光伏冷水機年耗電量評價標準的研究

董海霞 匡正書

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

1 引言

節(jié)能降耗是空調(diào)系統(tǒng)一個永恒的主題，而空調(diào)節(jié)能的終極目標是不耗電。

隨著光伏離心式冷水機組在某寫字大樓的成功使用，根據(jù)此辦公大樓光伏離心式空調(diào)系統(tǒng)的光伏發(fā)電量和空調(diào)機組耗電量的累積統(tǒng)計，光伏空調(diào)機組完全可實現(xiàn)此終極目標。然而如何及時設(shè)計和評價各安裝地點的光伏空調(diào)系統(tǒng)不耗市電呢？目前行業(yè)還沒有這樣的標準可以作為評價依據(jù)，為此根據(jù)光伏離心機系統(tǒng)耗電量評價需要，我們對此安裝地點的光伏冷水機組年耗電量計算及測試方法進行了研究并及時制定了此地光伏空調(diào)系統(tǒng)的電量評價標準。

2 基本理論

光伏直驅(qū)變頻離心式空調(diào)系統(tǒng)是一種直接采用光伏直流電直接驅(qū)動的變頻式離心機系統(tǒng)。其包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、變頻離心機系統(tǒng)、發(fā)用電一體化管理系統(tǒng)（集成光伏微網(wǎng)和暖通群控）三個組成部分。能利用光伏直流電直接驅(qū)動變頻離心機運行，且能在光伏電能富余時，將光伏直流電逆變?yōu)榻涣麟姺答侂娋W(wǎng)，供其他用電設(shè)備使用，并能在光伏電能不足時從電網(wǎng)取電，實現(xiàn)混合供電，保證機組正常運行。

由于光伏發(fā)電量與空調(diào)用電量不同步，因此評價需按一年的氣象周期進行統(tǒng)計。光伏空調(diào)系統(tǒng)的年光伏發(fā)電量E1與空調(diào)運行的年耗電量E2進行對比，如果E1≥E2，光伏年發(fā)電量超過了空調(diào)運行的年耗電量，那么，空調(diào)機組全年就不需要用市電，因此評價標準提出如下指標：

式中，

E1——太陽能光伏系統(tǒng)年發(fā)電量（kWh）；

E2——機組的全年耗電量（kWh）。

因此，光伏空調(diào)系統(tǒng)電量評價標準的核心是如何及時測試和計算光伏空調(diào)系統(tǒng)年光伏發(fā)電量和空調(diào)運行的年耗電量。

3 光伏空調(diào)系統(tǒng)年發(fā)電量E1的計算

不同地區(qū)太陽輻射量是不同的，即使同一天在不同的時間點太陽的輻射量也不同，測試計算標準依據(jù)GB/T 50801-2013《可再生能源建筑應用工程評價標準》進行評價光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，在此不再描述。

4 光伏直驅(qū)變頻離心式空調(diào)系統(tǒng)運行的年耗電量E2的計算

由于目前沒有相應的空調(diào)機組年耗電量的相關(guān)標準指導，因此我們從以下幾方面進行研究和推導。

4.1 基本理論

機組全年空調(diào)季節(jié)的年耗電量=∑全年每個空調(diào)溫度點機組的輸入功率×全年每個空調(diào)溫度點的發(fā)生時間。

按照上述基本計算方法，我們只要知道具體地區(qū)全年每個空調(diào)溫度點的發(fā)生時間，測試出機組在每個空調(diào)溫度點的輸入功率，即可計算具體機組全年空調(diào)季節(jié)的年耗電量。

4.2 全年每個空調(diào)溫度點的發(fā)生時間

各個地區(qū)全年制冷季節(jié)空調(diào)溫度發(fā)生時間可依據(jù)GB/T 17758表C.3的統(tǒng)計數(shù)據(jù)查出各個主要城市的空調(diào)溫度發(fā)生時間。由于各個地區(qū)是不同的，我們采用比較接近珠海的廣州地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)及空調(diào)溫度發(fā)生時間作為計算依據(jù)進行推導（其它地區(qū)采用類似方法類推），具體數(shù)據(jù)如表1所示。

4.3 室外環(huán)境干球、濕球溫度統(tǒng)計

由于本次評價的機組為水冷機組，水冷機組的熱源是以水作為熱源環(huán)境測試條件，且室外干球溫度不是唯一的環(huán)境條件，其冷卻水溫度除與室外環(huán)境干球溫度有關(guān)外，還與本地區(qū)的濕球溫度有關(guān)。因此在本標準中我們還需要統(tǒng)計廣州地區(qū)不同的室外干球溫度所對應的濕球溫度（含濕量）。然后根據(jù)干、濕球溫度氣象條件決定水冷機組對應的冷卻水進水溫度。表2為廣州地區(qū)氣象數(shù)據(jù)整理后的溫濕度統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

4.4 水冷冷水機組冷卻水進水溫度的確定

根據(jù)工程上水冷冷水機組采用冷卻水塔對冷卻水進行冷卻循環(huán)使用，按行業(yè)一般情況，冷卻水被冷卻塔冷卻后的溫度至少高于環(huán)境濕球溫度2~3℃。根據(jù)公司配置冷卻水塔的冷卻效果，本標準采用冷卻水溫度在濕球溫度上加3℃。

4.5 各溫度下的負荷百分比

根據(jù)GB/T 17758-2010標準中C.5.4規(guī)定，辦公建筑制冷0負荷的室外溫度為21℃，達到空調(diào)滿負荷時的室外溫度為35℃，建筑物的制冷負荷線為0負荷和100%負荷的等比斜直線，據(jù)此各溫度下辦公建筑的負荷率如表3所示。

4.6 耗電量測試點

本項目中的光伏離心式冷水機組是可以實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)的機組，可以按上述15個溫度、負荷點測試輸入功率后與每個溫度的運行時間用式（1）匯總即可。

然而，測試點太多，在實際操作中較為不便。為了簡化測試，我們依據(jù)IPLV的測試方法，將所有的溫度點劃分為四個溫度區(qū)間，按照IPLV的推導方法，將四溫度區(qū)間的負荷按照接近100%、75%、50%、25%來推導四個溫度區(qū)間的權(quán)重時間和進水溫度，推導過程及方法如表4所示。廣州地區(qū)四個溫度區(qū)間的運行權(quán)重及測試工況如表5。

4.7 空調(diào)機組年耗電量計算

根據(jù)以上推導，廣州地區(qū)冷水機組年耗電量測試表5中A、B、C、D四個負荷點的輸入功率即可獲得。

年耗電量按四個溫度區(qū)間后計算公式如下：

式中：

E2——機組的全年耗電量（kW）；

Wa——機組在A點的實測輸入功率（kW）；

Wb——機組在B點的實測輸入功率（kW）；

Wc——機組在C點的實測輸入功率（kW）；

Wd——機組在D點的實測輸入功率（kW）；

Ha——機組在A點的全年權(quán)重運行時間（h）；

Hb——機組在B點的全年權(quán)重運行時間（h）；

Hc——機組在C點的全年權(quán)重運行時間（h）；

Hd——機組在D點的全年權(quán)重運行時間（h）

因此廣州地區(qū)水冷機組只需按表5工況測試四個負荷點的輸入功率即可計算其全年的耗電量。

注：式（2）可以通用于所有制冷季節(jié)的空調(diào)耗電量計算，但表5的值僅適用廣州地區(qū)的辦公建筑水冷空調(diào)機組，其它地區(qū)各個負荷點的權(quán)重和測試工況應根據(jù)各個地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)重新推導。熱泵機組的年耗電量還應加上制熱季節(jié)的年耗電量。

5 測試方法的研究

對于可實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)的離心式冷水機組，在測試臺如能準確卸載到表5規(guī)定的部分負荷和工況點時，完全可以按照式（2）各負荷測試點測出的輸入功率進行直接計算耗電量，但是大部分螺桿機組或者安裝在工程上的離心機組進行現(xiàn)場測試時采用直接測試負荷點的輸入功率比較困難，且直接測輸入功率在測式點不準確時差導較大；因此在本備案標準中的測試方法做出了如下規(guī)定。

表1 制冷季節(jié)需要制冷的各溫度發(fā)生時間（摘自GB/T 17758-2010）

表2 廣州地區(qū)干球溫度、含濕量統(tǒng)計

表3 各溫度點的水溫及建筑負荷

表4 各部分負荷點推導表

（1）為了測試或計算的準確性，本備案標準仍規(guī)定除100%負荷的A點采用直接測試輸入功率外，其余B、C、D三個負荷點仍采用測試其附近（依據(jù)GB/T 10870規(guī)定誤差±2%）的COP，然后再根據(jù)B、C、D（附件點±2%均可）的COP用式（3）準確計算A、B、C、D三個負荷點的輸入功率。

式中：

W——為目標點B或C或D點的輸入功率；

負荷%——為B、C或D的負荷率，查表5獲得；

Q——機組的標稱準制冷量；

COP——為B、C或D對應的COP。

（2）對于不能卸載到B、C、D負荷點（負荷率誤差超過±2%）的機組，采用在規(guī)定的B（或C、D）工況下測試其它負荷點的COP，然后用內(nèi)插法計算B（或C、D）點的COP，按式（3）分別計算相應測試點的輸入功率。

（3）對于不能卸載到D（或C、B）的機組，測試方法按照GB/T 18430.1-2007(工況按表5)采用除CD（衰減系數(shù)）求得最低負荷點COP，再按式(3)求其相應點的輸入功率。

CD——衰減系數(shù)，是由于機組無法達到最小負荷，壓縮機循環(huán)停機引起。計算公式參見GB/ T 18430.1-2007規(guī)定。

A、B、C、D各個負荷點的輸入功率均測試或計算之后，即可按式（2）及表5的權(quán)重時間計算年制冷季節(jié)耗電量E2。

表5 廣州地區(qū)四個溫度區(qū)間的負荷率、權(quán)重時間及工況

6 光伏空調(diào)系統(tǒng)耗電量評價

通用對上述安裝位置的光伏離心式冷水機組的年光伏發(fā)電量和空調(diào)機組運行年耗電量的計算和測試方法的研究，按此方法測得的光伏發(fā)電量與空調(diào)運行的年耗電量與實際運行累計統(tǒng)計電量是相符的，發(fā)電量大于耗電量。且實際運行的累積年耗電量比實測年耗電量更低，原因是單位從節(jié)能出發(fā)規(guī)定在環(huán)境溫度低于25℃時，中央空調(diào)不能開啟。