制冷系統(tǒng)優(yōu)化方案評價

黃麗嫦 駱超 龔宇烈 曲勇 王海祥

摘要：本文對某辦公大樓進行了制冷系統(tǒng)優(yōu)化方案設(shè)計，綜合考慮系統(tǒng)的節(jié)能性、經(jīng)濟性和環(huán)保性，構(gòu)造了制冷系統(tǒng)的評價目標函數(shù)，結(jié)果表明壓縮機變頻技術(shù)的節(jié)能性要好于水泵變頻，適當提高室內(nèi)溫度，其節(jié)能效果要明顯優(yōu)于單一的壓縮機或者水泵變頻。

Abstract： Different kinds of optimization of refrigeration systems are designed based on equipment technologies. A new evaluation object function are built based on the factors of economic， energy-efficiency and environment. The result shows that the energy efficiency performance of compressor frequency conversion technology is better than water pump. The energy efficiency effect of increasing indoor temperature properly is obviously better than a single compressor or water pump frequency conversion.

關(guān)鍵詞：制冷系統(tǒng);變頻技術(shù);評價目標;節(jié)能潛力

Key words： refrigeration system;frequency conversion technology;evaluation object;energy-saving potential

中圖分類號：TU831.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）21-0213-02

0? 引言

制冷系統(tǒng)的能耗在建筑業(yè)和工業(yè)中占有較大的比重。很多學(xué)者對空調(diào)等制冷系統(tǒng)進行了優(yōu)化方案和節(jié)能潛力的分析。羅運有[1]通過實驗測試手段，評估了空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能潛力。在技術(shù)手段方面，中央空調(diào)系統(tǒng)可以通過排風冷量回收等技術(shù)手段，達到減少制冷空調(diào)不必要的冷負荷和提高能源利用效率的目的，同時提高空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能潛力[2];國內(nèi)高校除了建筑整體能耗，包括墻體、窗體、空調(diào)和照明等做了節(jié)能分析外，還對空調(diào)系統(tǒng)提出了節(jié)能改造方案，同時進行了整體能效和經(jīng)濟的分析[3-7]。通過對不同地區(qū)的公共建筑能耗系統(tǒng)進行夏季測試，發(fā)現(xiàn)這些地方空調(diào)系統(tǒng)存在設(shè)計不合理、運行效率低、管理不規(guī)范等問題[8-9]。在評價指標方面，許曉瑜[10]引入系統(tǒng)能耗比的概念，可以直觀地對比制冷系統(tǒng)在不同負荷和季節(jié)下的能耗情況，能耗比越小，系統(tǒng)的節(jié)能性越優(yōu);姜遠征[11]等對山東某公共機構(gòu)的能耗進行了審計和分析，利用統(tǒng)計法，發(fā)現(xiàn)空調(diào)的能耗費用最高，建議采用熱泵系統(tǒng)進行改造;黃晶[12]從輸送系統(tǒng)、空調(diào)末端對大型醫(yī)院的空調(diào)系統(tǒng)進行節(jié)能改造，最后對方案做總能耗評價;謝勇[13]對辦公空調(diào)系統(tǒng)的全年電耗做了詳細的統(tǒng)計，并且通過綠色建筑的標準對其進行評價。

上述研究中的優(yōu)化方案僅簡單對比了不同優(yōu)化方案的節(jié)能性，還缺乏相關(guān)的評價目標函數(shù)，因此，在保持室內(nèi)環(huán)境舒適的前提下，有必要對這些公共建筑的空調(diào)系統(tǒng)進行優(yōu)化方案設(shè)計，并通過目標函數(shù)進行量化分析。

1? 系統(tǒng)概況

以南方地區(qū)某辦公建筑為例，辦公樓共有三層，面向南方，空調(diào)使用建筑面積約300平米?？照{(diào)系統(tǒng)主要由冷水機組、冷凍、冷卻和末端用戶等部分組成?？照{(diào)末端采用風機盤管處理新風和回風后送給用戶，制冷機組采用螺桿制冷機組制冷，冷卻系統(tǒng)采用風冷。

辦公系統(tǒng)中央空調(diào)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和性能指標如表1所示。

2? 優(yōu)化方案

按照節(jié)能的相關(guān)標準，對制冷系統(tǒng)進行優(yōu)化方案設(shè)計，方案一、二、三分別提出水泵變頻技術(shù)、壓縮機變頻技術(shù)和提高室內(nèi)溫度的方法，對原有空調(diào)系統(tǒng)進行節(jié)能改造，方案四、五、六分別對上述三種方案進行兩兩組合，加大空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果，即，方案四采用一、二組合，方案五采用二、三組合、方案六采用一、三的組合，方案七采用前三種方案的組合，從而使空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果達到最佳。利用式（1）-（4）計算七種方案的性能指標如表2所示。

WTFcooling，water為冷凍水及冷卻水輸送系統(tǒng)效率;COP為制冷機制冷系數(shù);EER為制冷系統(tǒng)能效比;Wc，p、Wco，p、Wc為冷凍水泵、冷卻水泵及壓縮機功率，kW。

3? 評價指標分析

從經(jīng)濟性、節(jié)能性和環(huán)保性三方面對系統(tǒng)進行評價。構(gòu)造空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化方案的評價目標函數(shù)F（c，w），單位運行費用的相對節(jié)能量，即：

式中：W0—改造前系統(tǒng)耗電量，直接測試得出，（kWh/y）;Wi—第i種優(yōu)化方案的耗電量，模擬計算得出，（kWh/y）;c—當?shù)赜秒妰r格，（元/kWh）。F（c，w）值越大說明單位運行費用下的節(jié)能潛力越大，環(huán)保性越好，方案越優(yōu)。

通過表3，可以看出，優(yōu)化方案七的評價指標最大，為0.4579，其節(jié)能性、經(jīng)濟性和環(huán)保性最好;優(yōu)化方案一的評價目標函數(shù)值最小，為0.0542，節(jié)能效果最不明顯。

4? 結(jié)論

基于構(gòu)造評價指標函數(shù)，對辦公大樓制冷系統(tǒng)的優(yōu)化方案進行計算和分析，通過采用變頻水泵、變頻壓縮機和調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的方法，可以有效提高系統(tǒng)的節(jié)能性，其評價指標最高;采用壓縮機變頻的節(jié)能性要優(yōu)于變頻水泵;采用適當提升室內(nèi)溫度的方法來提高系統(tǒng)節(jié)能性要優(yōu)于分別采用變頻水泵和壓縮機。

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