對(duì)IPLV應(yīng)用的探討

曾振威

(深圳市拓普威機(jī)電設(shè)備安裝工程有限公司,深圳518002)

計(jì)算主機(jī)全年能耗的最佳辦法是根據(jù)建筑物形態(tài)參數(shù)、氣候狀況、主機(jī)設(shè)計(jì)負(fù)荷點(diǎn)和部分負(fù)荷點(diǎn)性能系數(shù)等,利用相關(guān)軟件如eQUEST,EnergyPlus,Dest等建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算。但上述條件一般無法滿足,因此就需要采用一些簡單可行的評(píng)估方法。其中最常用的方法是采用IPLV(綜合部分負(fù)荷性能值)和滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)性能系數(shù) (COP)。兩者方法都不可能準(zhǔn)確計(jì)算主機(jī)全年能耗,但相對(duì)而言,因?yàn)镮PLV其兼顧了滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)和部分負(fù)荷點(diǎn)(及相應(yīng)的冷卻水溫度)的綜合性能,因此在考察某臺(tái)機(jī)組的全年綜合表現(xiàn)比單純的滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)性能更具有客觀性,因而被相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)主、顧問公司、設(shè)計(jì)院廣泛接受和采用。

賈晶在一系列論文[1,2]中通過對(duì)同一個(gè)案例進(jìn)行分析后認(rèn)為,一臺(tái)在滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)高效但I(xiàn)PLV不高的機(jī)組,其全年運(yùn)行費(fèi)用比一臺(tái)滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)低效但I(xiàn)PLV高的機(jī)組要少。并由此得出結(jié)論 “冷水機(jī)組的選型宜采用名義制冷工況性能系數(shù) (COP)較高的產(chǎn)品,并兼顧機(jī)組的IPLV,須同時(shí)考慮滿負(fù)荷和部分負(fù)荷因素”[2]。本文將對(duì)該案例再次進(jìn)行深入分析并作出不同的解讀。

在分析之前,我們先對(duì)文獻(xiàn) [2]中的相關(guān)論點(diǎn)做一個(gè)闡述。

1 對(duì)ASHRAE90.1-2010機(jī)組能效規(guī)定的解讀

該標(biāo)準(zhǔn)專門針對(duì)變頻機(jī)組規(guī)定了認(rèn)證途徑(Path B),因?yàn)榭紤]到變頻器本身在滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)要增加部分能耗,因此其COP比常規(guī)機(jī)組稍低,但卻在IPLV獲得大幅提升。文 [2]解讀為 “允許方案B(即途徑B,筆者注)的COP比方案2的COP平均低3.0%,但要求方案B的IPLV比方案A的IPLV平均高20.3%作為補(bǔ)償。故2種方案COP與IPLV要求的差值平均相差6.7倍以上”。個(gè)人認(rèn)為這不是一種準(zhǔn)確的理解方式。

2 對(duì)計(jì)算能耗兩個(gè)公式的理解[2,3]

作者提出了計(jì)算全年能耗兩個(gè)公式如下,但兩者之間是不相等的:

式中:E為機(jī)組全年能耗;H為機(jī)組的全年運(yùn)行時(shí)間;T為機(jī)組名義冷量;A,B,C,D分別為100%,75%,50%和25%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)COP(kW/kW)。

特別針對(duì)公式1的理解如表1[2](最后一行為筆者所加)。

表1 與機(jī)組4種負(fù)荷相關(guān)的參數(shù)的權(quán)重比較

從表1可以看出,式 (1)中的負(fù)荷權(quán)重累積只有58%,是不可能等于式 (2)的。曹琦教授指出[4]“IPLV中權(quán)重系數(shù)的真實(shí)含義是相應(yīng)負(fù)荷率段的時(shí)間頻數(shù)”。表1中的58%可以理解為機(jī)組(單機(jī))/系統(tǒng) (多機(jī))的全年平均負(fù)荷率。事實(shí)上在本例中將式 (2)乘以該系數(shù)得出的結(jié)果與式(1)的吻合度很高,其精度在工程上是可以接受的。

3 對(duì)文獻(xiàn) [1,2]中案例的再分析

采用式 (1)的結(jié)果:

變頻機(jī)組:402900kWh

高效機(jī)組:387960kWh

采用式 (2)并乘以全年平均負(fù)荷率0.58,則結(jié)果為:

變頻機(jī)組 (IPLV=8.06):379519kWh

高效機(jī)組 (IPLV=7.84):390168kWh

但如果采用滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)COP作為計(jì)算依據(jù),則兩者分別為:

變頻機(jī)組 (IPLV=5.16):592814kWh

高效機(jī)組 (IPLV=6.82):448522kWh

從上面的結(jié)果可以看出,采用IPLV公式并乘以負(fù)荷系數(shù)的方法與實(shí)際結(jié)果的最大偏差為5.8%,而采用滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)COP為計(jì)算依據(jù)的結(jié)果最大偏差為47%,那么相對(duì)來說,無疑采用IPLV比滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)更接近實(shí)際。韓樹衡指出[5]:普遍來說,應(yīng)該是 (以kW/RT表示的)IPLV(NPLV)值越高,其能耗越高。

雖然就本特例而言,IPLV高的機(jī)組的全年能耗高,雖然計(jì)算結(jié)果已經(jīng)很接近實(shí)際,但該項(xiàng)目不具有典型意義,之前也有類似分析。文獻(xiàn) [5]就對(duì)文獻(xiàn)[6]中的案例進(jìn)行分析后認(rèn)為:至于文獻(xiàn)[2](實(shí)為文獻(xiàn)[6],筆者注)中的算例出現(xiàn)的IPLV(以kW/RT表示,筆者注)高的冷水機(jī)組反而省電的結(jié)果,是由于作者脫離實(shí)際隨意杜撰部分負(fù)荷下機(jī)組效率 (kW/ton)衍生出來的怪胎,不足為憑。

另外,需要指出的是,本例中高效機(jī)組的滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)COP為6.82,超過國標(biāo)一級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)10%以上;而普通變頻機(jī)組的滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)能效為5.16,僅超過三級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)1%左右,兩者的COP相差32.2%,但兩者的全年運(yùn)行費(fèi)用僅相差3.71%(本例中設(shè)計(jì)工況與國標(biāo)額定工況接近,對(duì)性能系數(shù)的影響可以忽略不計(jì))。那么,按照文獻(xiàn) [2]作者對(duì)ASHRAE90.1-2010標(biāo)準(zhǔn)的分析,兩者差值相差8.7倍!那么是否意味著為了節(jié)省1%的能耗,高效機(jī)組的滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)COP比變頻機(jī)組至少高9%才能滿足要求?

4 如何理解 “部分負(fù)荷”

在文獻(xiàn) [2]中也提出了有3臺(tái)機(jī)組的機(jī)房在系統(tǒng)部分負(fù)荷工況下單機(jī)的冷量都處于100%或者接近100%高負(fù)荷率點(diǎn),并以此為依據(jù),結(jié)合幾條簡單的主機(jī)性能曲線分析認(rèn)為,在滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)高效的機(jī)組對(duì)減少系統(tǒng)的運(yùn)行能耗有利。

不可否認(rèn)的是,對(duì)于多臺(tái)機(jī)組而言,如果按照常規(guī) “機(jī)組運(yùn)行數(shù)量越少越好”的控制策略,單機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷區(qū)間會(huì)相對(duì)處于高位值。而且數(shù)量越多,負(fù)荷率越高。

但從另外一個(gè)角度看,就系統(tǒng)而言,冷卻水溫度與系統(tǒng)負(fù)荷存在一定的關(guān)聯(lián),隨著系統(tǒng)負(fù)荷的減少,冷卻水溫度也隨之降低。因此,在部分負(fù)荷運(yùn)行區(qū)間,雖然單機(jī)負(fù)荷率處于高位,但冷卻水溫度已經(jīng)不是設(shè)計(jì)點(diǎn)的溫度,因此也不能直接套用滿載設(shè)計(jì)點(diǎn) (負(fù)荷為100%,冷卻水溫度為設(shè)計(jì)溫度)的性能參數(shù)。這樣直接引用負(fù)荷變化而不指出冷卻水溫度的變化有一定的誤導(dǎo)作用——這樣導(dǎo)致很多使用者認(rèn)為在系統(tǒng)部分負(fù)荷的工況下的單機(jī)冷量為滿載設(shè)計(jì)點(diǎn),而實(shí)際上僅是高負(fù)荷率 (沒有考慮冷卻水溫度對(duì)性能的影響)。

之所以提出這個(gè)問題是因?yàn)樵诙ɡ鋮s水流量下,主機(jī)的性能系數(shù)COP取決于部分負(fù)荷百分比和冷卻水進(jìn)水溫度,而冷卻水的進(jìn)水溫度對(duì)主機(jī)性能系數(shù)COP的影響更大。

表2為一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)定頻3517kW(1000RT)(IPLV=6.456)離心機(jī)組的不同負(fù)荷率與不同冷卻水溫度下的性能參數(shù)表,很清楚表明在推薦的運(yùn)行范圍內(nèi)[2]冷卻水溫度對(duì)機(jī)組性能的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于負(fù)荷率的影響。

表2 3517kW定頻離心機(jī)組在不同冷卻水溫度和負(fù)荷率下的性能系數(shù)

該機(jī)組在國標(biāo)規(guī)定工況下各部分負(fù)荷點(diǎn)的性能系數(shù)如表3。

表3 國標(biāo)工況下機(jī)組部分負(fù)荷性能參數(shù)及IPLV

如果我們將表3中的部分負(fù)荷率全部改為100%負(fù)荷率,性能系數(shù)參見表2,此時(shí)各相關(guān)參數(shù)如表4,那么此時(shí)的 “IPLV”變?yōu)?.773。

與單機(jī)相比,兩者相差4.7%。因此我們可以說,即使機(jī)組處于高負(fù)荷率工況,只要冷卻水溫度按照國標(biāo)工況,單機(jī)的IPLV也能大致反映系統(tǒng)整體的 “IPLV”。

表4 負(fù)荷率100%但冷卻水溫度變化時(shí)的性能參數(shù)

那么我們能否將此規(guī)律引申到多機(jī)組系統(tǒng)中,我們不妨考察一個(gè)具有兩臺(tái)上述型號(hào)的機(jī)房。相關(guān)參數(shù)如表5。

此時(shí)系統(tǒng) “IPLV”為6.775,與單機(jī) IPLV=6.456比較,兩者僅相差4.7%。

3臺(tái)機(jī)組的系統(tǒng) “IPLV”為6.825,與單機(jī)比較相差5.4%。

表5 2臺(tái)3517kW離心機(jī)組國標(biāo)工況下系統(tǒng)參數(shù)

4臺(tái)機(jī)組的系統(tǒng) “IPLV”為6.773,與單機(jī)比較相差4.7%。

從上面的分析可以看出,采用單機(jī)的IPLV能基本反映系統(tǒng)的IPLV。

文 [1,2]根據(jù)幾條簡單的主機(jī)性能曲線就比較得出 “高效機(jī)組的年運(yùn)行費(fèi)用會(huì)低于變頻機(jī)組”的結(jié)論是不科學(xué)的。首先是對(duì) “部分負(fù)荷”的理解不夠全面,將系統(tǒng)部分負(fù)荷工況下單機(jī)部分負(fù)荷工況 (同時(shí)考慮負(fù)荷率和冷卻水溫度)簡單理解為處于高負(fù)荷率 (不考慮冷卻水溫度)。其次是滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)高效并不意味著其它部分負(fù)荷點(diǎn)高效,即IPLV不一定高,結(jié)合本文第3節(jié)分析,單機(jī)能耗就不一定低。還有就文 [1,2]中案例的高效機(jī)組性能數(shù)據(jù),姑且不論其滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)COP高達(dá)6.82能否實(shí)現(xiàn),即使能夠?qū)崿F(xiàn),其價(jià)格是否能在采購方的承受范圍之內(nèi)也是一個(gè)問題。

5 離心機(jī)組變頻節(jié)能分析

在離心機(jī)組上安裝變頻驅(qū)動(dòng)被認(rèn)為是回收相對(duì)快速的節(jié)能方式之一。常規(guī)運(yùn)行模式下機(jī)組的大部分時(shí)間在60%～85%之間[2]。那么我們不妨考察平均負(fù)荷率75%但不同冷卻水溫度下的節(jié)能效果。

表6 75%負(fù)荷率下不同冷卻水溫度下的節(jié)能效果

從上面可以看出,即使按照常規(guī)控制下的高負(fù)荷率運(yùn)行,變頻機(jī)組的節(jié)能效果也是相當(dāng)明顯的。如果采用全變頻系統(tǒng),結(jié)合更先進(jìn)的控制模式讓平均運(yùn)行負(fù)荷更低,其節(jié)能效果更加可觀,這種控制方法現(xiàn)在已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。

6 結(jié)論

(1)采用IPLV作為評(píng)估主機(jī)和系統(tǒng)全年能耗比滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)性能參數(shù)更客觀,可用于定性及初步的定量比較。

(2)對(duì)主機(jī)而言,冷卻水進(jìn)水溫度對(duì)性能系數(shù)的影響比負(fù)荷率更為明顯,因此滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)的性能系數(shù)不能代替負(fù)荷為100%但冷卻水溫度較低工況下的性能。

(3)因此主機(jī)的選型應(yīng)該將IPLV列為主要和關(guān)鍵參數(shù)。滿載設(shè)計(jì)點(diǎn)的耗電量主要用于電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (如電纜和斷路器的選擇)。

[1]賈晶,嚴(yán)新娟.對(duì)變頻離心式冷水機(jī)組全年節(jié)電的探討[J].暖通空調(diào),2009,39(1):66-69

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[3]賈晶,趙錫晶,李杰.用IPLV/NPLV指評(píng)估冷水機(jī)組全年能耗的局限性[J].暖通空調(diào),2010,40(3):19-22

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[5]韓樹衡.對(duì)如何正確應(yīng)用綜合部分負(fù)荷系數(shù)之我見[J].制冷與空調(diào),2005,5(6):80-82

[6]王王君.ARI550/590標(biāo)準(zhǔn)中的NPLV/IPLV能夠用來描述機(jī)組部分負(fù)荷運(yùn)行費(fèi)用嗎?[J].冷凍空調(diào)標(biāo)準(zhǔn)與檢測,2004,26(6):15-16