冷水機(jī)組選配及運(yùn)行方案對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的影響

王曉飛

0 引言

資源環(huán)境約束與經(jīng)濟(jì)快速增長的矛盾已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，相關(guān)資料顯示當(dāng)前我國建筑能耗已經(jīng)占到總能耗的27%以上，空調(diào)能耗約占建筑能耗的60%～70%。隨著我國經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展、人民生活水平的進(jìn)一步提高，這個(gè)比例必然進(jìn)一步擴(kuò)大。面對(duì)這樣一個(gè)基本情況，如何控制空調(diào)能耗已經(jīng)成為暖通空調(diào)從業(yè)人員必須面對(duì)的一個(gè)重要課題，中央空調(diào)系統(tǒng)由多種設(shè)備組成，包含了眾多與能耗相關(guān)的課題，如一次泵變流量系統(tǒng)、溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)、低溫送風(fēng)系統(tǒng)、大溫差小流量系統(tǒng)、冷水機(jī)組變頻控制、末端設(shè)備變風(fēng)量控制等，這些課題已經(jīng)被大家廣泛關(guān)注。作為暖通空調(diào)從業(yè)人員，筆者希望從另外一個(gè)角度探討空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的話題。

目前設(shè)計(jì)人員及用戶往往只關(guān)注冷水機(jī)組的NPLV指標(biāo)（非標(biāo)準(zhǔn)綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)）及100%負(fù)荷時(shí)的能效比，認(rèn)為只要這2個(gè)指標(biāo)優(yōu)秀就一定節(jié)能，事實(shí)真的是這樣嗎？相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示空調(diào)夏季設(shè)計(jì)日部分負(fù)荷有如下特性：低于70%部分負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)間占全天總運(yùn)行時(shí)間的63%，也就是說冷水機(jī)組在實(shí)際使用時(shí)多數(shù)情況下在部分負(fù)荷運(yùn)行，故而筆者認(rèn)為在建筑物空調(diào)負(fù)荷確 定后，如何確定冷水機(jī)組型號(hào)、數(shù)量及部分負(fù)荷運(yùn)行方案是一個(gè)非常值得探討的問題。下文筆者根據(jù)國內(nèi)某知名廠家的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，通過對(duì)若干案例的具體分析，對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行闡述。

1 分析計(jì)算的原則

（1）空調(diào)系統(tǒng)包含眾多用電設(shè)備：冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔、末端設(shè)備等，基本可以分為2個(gè)大系統(tǒng)：機(jī)房系統(tǒng)、末端系統(tǒng)，本文只分析機(jī)房能耗，以不同機(jī)房方案下末端系統(tǒng)能耗一致為基礎(chǔ)。本文分析以定流量為基礎(chǔ)，故而可忽略水泵、冷卻塔的能耗影響，最終將空調(diào)能耗分析簡化為對(duì)冷水機(jī)組能耗的分析。

（2） 冷水機(jī)組運(yùn)行工況：冷卻水進(jìn)出水溫度30/35 ℃，冷卻水側(cè)污垢系數(shù)0.044 m2·℃/kW，冷凍水進(jìn)出水溫度12/7 ℃，冷凍水側(cè)污垢系數(shù)0.018 m2·℃/kW。

（3）雖然冷水機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)的全年耗電量受到眾多因素的制約，但我們可以通過選取典型工況進(jìn)行類比計(jì)算的方法來簡化計(jì)算難度，下文機(jī)組全年耗電量計(jì)算按照AHRI 550/590（I-P）-2011中關(guān)于IPLV（AHRI標(biāo)準(zhǔn)工況下綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)）的計(jì)算方法進(jìn)行：IPLV＝0.01×A＋0.42×B＋0.45×C＋0.12×D，式中A/B/C/D分別對(duì)應(yīng)于100%/75%/50%/25%負(fù)荷百分比下冷水機(jī)組的能效比，如表1所示。

表1 AHRI計(jì)算依據(jù)

為了使計(jì)算結(jié)果更加貼近實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，下文中冷水機(jī)組在各部分負(fù)荷點(diǎn)的功率指標(biāo)均按照恒定冷卻水進(jìn)水溫度（30 ℃）考慮。

下文中NPLV指標(biāo)對(duì)應(yīng)的各部分負(fù)荷點(diǎn)冷卻水進(jìn)水溫度如表1所示。

（4）冷水機(jī)組全年運(yùn)行時(shí)間按照3 000 h考慮。以下筆者將根據(jù)具體案例采用不同的冷水機(jī)組選配方案、不同的部分負(fù)荷運(yùn)行方案，對(duì)冷水機(jī)組在不同方案下的全年運(yùn)行總能耗進(jìn)行分析計(jì)算。

2 針對(duì)設(shè)計(jì)空調(diào)負(fù)荷為750 kW項(xiàng)目的分析計(jì)算

我們有2種冷水機(jī)組選配方案：1臺(tái)WCFX36TR；2臺(tái)WCFX18SR，表2分別顯示了WCFX18SR、WCFX36TR機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

（1）按照配置1臺(tái)WCFX36TR，冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算結(jié)果如表3所示。

（2） 按照配置2臺(tái)WCFX18SR，冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算根據(jù)部分負(fù)荷運(yùn)行方案不同會(huì)有不同的計(jì)算方法，下面列舉了其中2種計(jì)算方法。

運(yùn)行方案一如表4所示。

運(yùn)行方案二如表5所示。

根據(jù)上述分析，得出如下結(jié)論：

（1）各方案對(duì)應(yīng)的冷水機(jī)組全年總耗電量統(tǒng)計(jì)，如表6所示。

（2）各型號(hào)冷水機(jī)組的100%負(fù)荷能效比、NPLV指標(biāo)統(tǒng)計(jì)，如表7所示。

針對(duì)上部分析計(jì)算，雖然WCFX36TR機(jī)組在100%負(fù)荷時(shí)的能效比及NPLV指標(biāo)均優(yōu)于WCFX18SR機(jī)組，但該項(xiàng)目配置2臺(tái)WCFX18SR機(jī)組并采用運(yùn)行方案二更加節(jié)能。

對(duì)最終用戶來講，這其中有一個(gè)初投資與運(yùn)行費(fèi)用的綜合考慮問題。在闡述這個(gè)問題之前，我們需要先了解一個(gè)客觀事實(shí)：以冷水機(jī)組的平均壽命25年計(jì)，在對(duì)冷水機(jī)組的所有投資中，初投資僅約占8.3%，運(yùn)行費(fèi)用約占91.4%，制冷劑添加費(fèi)約占0.3%[1]。也就是說與冷水機(jī)組在整個(gè)使用壽命內(nèi)的運(yùn)行費(fèi)用相比，初投資完全可以忽略不計(jì)，或者說少量的初投資差異，很快會(huì)在使用過程中由于運(yùn)行費(fèi)用的減少而回收。

針對(duì)此項(xiàng)目初投資與運(yùn)行費(fèi)用的相對(duì)關(guān)系如下：

按照市場價(jià)格，2臺(tái)WCFX18SR 較之1臺(tái)WCFX36TR的初投資差價(jià)約4萬元左右，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，2臺(tái)WCFX18SR運(yùn)行策方案二較之1臺(tái)WCFX36TR的年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省6 284元（按照電費(fèi)為1元/kW·h考慮），如此，初投資回收期約6.37年。

表2 WCFX18SR、WCFX36TR機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)

表3 1臺(tái)WCFX36TR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算

表4 2臺(tái)WCFX18SR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案一

表5 2臺(tái)WCFX18SR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案二

表6 各方案對(duì)應(yīng)的冷水機(jī)組全年總耗電量

表7 各型號(hào)冷水機(jī)組100%負(fù)荷能效比、NPLV指標(biāo)

3 針對(duì)設(shè)計(jì)空調(diào)負(fù)荷為1 610 kW項(xiàng)目的分析計(jì)算

我們有3種冷水機(jī)組選配方案：1臺(tái) WCFX69R；1臺(tái) WXFX46TR、1臺(tái)WCFX23SR；3臺(tái) WCFX23SR。 表 8分別 顯 示 了 WCFX23SR、WXFX46TR、WCFX69R機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

（1）按照配置1臺(tái)WCFX69R，冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算結(jié)果如表9所示。

（2）按照配置1臺(tái)WCFX23SR、1臺(tái)WXFX46TR，冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算根據(jù)部分負(fù)荷運(yùn)行方案不同會(huì)有不同的計(jì)算方法，下面列舉了其中3種計(jì)算方法。

運(yùn)行方案一如表10所示。

運(yùn)行方案二如表11所示。

運(yùn)行方案三如表12所示。

（3）按照配置3臺(tái)WCFX23SR，冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算根據(jù)部分負(fù)荷運(yùn)行方案不同會(huì)有不同的計(jì)算方法，下面列舉了其中4種計(jì)算方法。

運(yùn)行方案一如表13所示。

運(yùn)行方案二如表14所示。

運(yùn)行方案三如表15所示。

運(yùn)行方案四如表16所示。

（4）根據(jù)上述分析，得出如下結(jié)論：

1）各方案對(duì)應(yīng)的冷水機(jī)組全年運(yùn)行能耗統(tǒng)計(jì)，如表17所示。

2）各型號(hào)冷水機(jī)組的100%負(fù)荷能效比、NPLV指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如表18所示。

針對(duì)上部分析計(jì)算，雖然WCFX46TR機(jī)組在100%負(fù)荷時(shí)的能效比及NPLV指標(biāo)最優(yōu),但該項(xiàng)目配置3臺(tái)WCFX23SR機(jī)組并采用運(yùn)行方案四更加節(jié)能。

表8 WCFX23SR、WXFX46TR、WCFX69R機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)

表9 1臺(tái)WCFX69R冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算

表10 1臺(tái)WCFX23SR、1臺(tái)WXFX46TR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案一

表11 1臺(tái)WCFX23SR、1臺(tái)WXFX46TR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案二

表12 1臺(tái)WCFX23SR、1臺(tái)WXFX46TR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案三

針對(duì)此項(xiàng)目初投資與運(yùn)行費(fèi)用的相對(duì)關(guān)系如下：

按照市場價(jià)格，3臺(tái)WCFX23SR 較之1臺(tái)WCFX69R的初投資差價(jià)約7萬元左右，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，3臺(tái)WCFX18SR運(yùn)行方案四較之1臺(tái)WCFX69R的年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省29 677元（按照電費(fèi)為1元/kW·h考慮），初投資回收期約2.36年。

4 結(jié)語

筆者曾針對(duì)大量案例做過不同的分析計(jì)算，其結(jié)論與上述2個(gè)案例的計(jì)算結(jié)果一致，故而，我們可以得到如下結(jié)論：

（1）冷水機(jī)組選配方案及部分負(fù)荷運(yùn)行方案的確定對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用有很大影響，我們不能只關(guān)注冷水機(jī)組的NPLV指標(biāo)和100%負(fù)荷時(shí)的能效比。

（2） 通過優(yōu)化冷水機(jī)組選配方案及部分負(fù)荷運(yùn)行方案會(huì)帶來空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的大量節(jié)省，少量的初投資差異很快會(huì)在使用過程中回收回來，系統(tǒng)越大初投資回收周期越短。

（3）冷水機(jī)組選配方案及部分負(fù)荷運(yùn)行方案的確定需要綜合考慮地理環(huán)境、建筑物類型、空調(diào)日部分負(fù)荷變化情況、各廠家設(shè)備運(yùn)行特性等眾多因素，需要經(jīng)過詳細(xì)的對(duì)比計(jì)算才能得出最優(yōu)化方案。

注：A/B/E/F分別對(duì)應(yīng)表2中A/B/E/F部分負(fù)荷點(diǎn)。

表13 3臺(tái)WXFX23SR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案一

表14 3臺(tái)WXFX23SR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案二

表15 3臺(tái)WXFX23SR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案三

表16 3臺(tái)WXFX23SR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案四

表17 各方案對(duì)應(yīng)的冷水機(jī)組全年總耗電量

表18 各型號(hào)冷水機(jī)組100%負(fù)荷能效比、NPLV指標(biāo)

［1］賈晶，楊涌泉，李元旦.冷凍機(jī)的制冷效率與運(yùn)行電費(fèi)［A］.全國暖通空調(diào)制冷2004年學(xué)術(shù)年會(huì)資料摘要集［C］，2004