冰球馆中的能源优化 I. 作为多变量函数的系统 COP、载冷剂与设计选择

本文是探讨冰球馆能源优化系列文章的第一篇。此处我们采用一种称为函数优化的分析方法，以确定能够最大化整个冷却系统（载冷剂泵和冷却塔）性能系数（Coefficient Of Performance，即 ${\rm COP}_{sys}$）的设计和运行条件。我们将 ${\rm COP}_{sys}$ 视为电耗和载冷剂物理性质等多个变量的函数。通过最大化该函数，可以准确且严格地确定系统的最佳配置和载冷剂选择。我们研究了管道直径、深度和载冷剂类型（乙二醇和氨）对于平均尺寸冰场的重要性。我们发现了一个最佳载冷剂密度，并计算了载冷剂泵的电耗对 ${\rm COP}_{sys}$ 的影响权重。我们的公式已通过芬兰某冰球馆获得的热流测量数据进行了验证。这些公式还与技术和成本相关的约束进行了对比，并通过 COMSOL Multiphysics 程序进行了模拟实施。此处讨论的多变量方法具有通用性，可应用于建筑物理学及许多其他感兴趣领域的各种情况的严格初步研究。