廣州某商場離心式冷水機組能耗分析與運行優(yōu)化

陳昌宜，汪愛珍，許曉彬

（珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海 519070）

0 引言

國家發(fā)改委聯(lián)合工信部等七部委印發(fā)《綠色高效制冷行動方案》，指出開展綠色高效制冷行動，促進(jìn)節(jié)能減排，應(yīng)對氣候變化，是我國加快生態(tài)文明建設(shè)的重要舉措。方案提出到2030年，我國大型公共建筑制冷能效提升30%，因此，提升綠色高效制冷產(chǎn)品供給、促進(jìn)綠色高效制冷消費、推進(jìn)節(jié)能改造成為主要手段。

本文針對廣州某大型商場集中式空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能需求，以系統(tǒng)實際運行能耗為基礎(chǔ)，對空調(diào)系統(tǒng)中主要耗能設(shè)備運行情況與能耗進(jìn)行記錄與分析，提出針對性改善建議［1］。

1 空調(diào)系統(tǒng)概況

該大型商場位于位于廣州市白云區(qū)廣州大道，屬于商場建筑。建筑地上5層，地下1層，空調(diào)面積約35000m2。建筑的主要功能為商場、餐廳、超市等。建筑的冷凍機房位于頂層樓頂，為露天放置。冷站由3臺離心式冷水機、3臺冷凍泵、3臺冷卻泵，8臺冷卻塔組成。

圖1 冷凍機房系統(tǒng)圖

冷站沒有自控系統(tǒng)，操作均通過人工完成，制冷機組采用永磁同步變頻離心式冷水機，冷凍水系統(tǒng)為一次泵定流量系統(tǒng)，冷機與對應(yīng)的冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔連鎖啟停。由于各水泵定頻運行，冷凍水供、回水管上設(shè)有旁通閥，因此在冷機啟停狀態(tài)相同時，冷凍水及冷卻水的流量基本不變［2］。

根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)情況，計劃對節(jié)能潛力較大的冷水機組進(jìn)行分析與改進(jìn)，以提升系統(tǒng)能效［3。冷站由2臺600RT，1臺400RT的離心式冷水機組作為冷源，機組主要設(shè)備參數(shù)如表1所示。

表1 離心機組參數(shù)表

由于水系統(tǒng)為一次泵定流量系統(tǒng)，管路沿程阻力變化很小，因此假定在相同的冷機開啟方式下，冷機的水流量不變。測量了不同冷機開啟狀態(tài)下的水流量，并通過冷機導(dǎo)出數(shù)據(jù)中的壓縮機電流負(fù)載率估算冷機的電功率，選取某典型日對3#冷機的連續(xù)運行參數(shù)進(jìn)行了分析。

通過圖2和圖3進(jìn)出水溫度數(shù)據(jù)對3#冷機制冷量進(jìn)行估算，并結(jié)合機組內(nèi)部電壓與電流數(shù)據(jù)，計算壓縮機功率，結(jié)果如圖4所示。機組參數(shù)除部分時段蒸發(fā)溫度高于水溫以外，水溫及壓縮機功率波動趨勢一致，可用于機組參數(shù)計算與合理性分析。針對蒸發(fā)溫度異常問題，需要結(jié)合實際工程測試分析。

圖2 3#冷機冷卻水進(jìn)出溫度圖

圖3 3#冷機冷凍水進(jìn)出溫度圖

圖4 3#冷機壓縮機功率與制冷量圖

從圖5、圖6數(shù)據(jù)可以看出1#冷機COP主要分布在4.5～6.8之間，低于額定標(biāo)稱值。在負(fù)荷率50%-75%附近區(qū)域，機組COP與導(dǎo)葉開度明顯分為兩個部分，且機組導(dǎo)葉開度在負(fù)荷率較高情況下，仍然出現(xiàn)開度較小情況，影響整機效率。

圖5 3#冷機負(fù)荷率與COP關(guān)系圖

圖6 3#冷機負(fù)荷率與導(dǎo)葉開度關(guān)系圖

基于上述問題，開展空調(diào)系統(tǒng)測試與問題分析工作。

2 空調(diào)系統(tǒng)測試與問題分析

針對存在的問題，我們分析了變頻離心機變頻、開關(guān)導(dǎo)葉開度、旁通等調(diào)整負(fù)荷的方式［4］，選取了若干組典型工況，對冷機運行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過現(xiàn)場實測情況，調(diào)節(jié)了冷機相關(guān)參數(shù)，對比調(diào)節(jié)前后的性能。

對3#冷機典型工況下的運行情況進(jìn)行測試，結(jié)果如下：

圖7 3#冷機典型工況參數(shù)

此時壓縮機電流負(fù)載率為93.4%，壓縮機入口導(dǎo)葉開度為99.7%。對測試得到的參數(shù)進(jìn)行能量校核，不平衡率為9.4%［5］。

表2 3#冷機典型工況能量校核

該工況下，冷凍水流量比名義工況額定流量大12%，而供水溫度遠(yuǎn)高于7℃的設(shè)定值。根據(jù)蒸發(fā)溫度及冷凝溫度，計算得到此工況下逆卡諾循環(huán)COP為8.85，而實際COP為4.89，熱力完善度為0.55，實際COP遠(yuǎn)低于額定COP。

蒸發(fā)器與冷凝器的趨近溫度及換熱效率如表3所示?？梢钥吹?，兩器的趨近溫度偏高，換熱效率在55%左右。

表3 3#冷機典型工況蒸發(fā)器、冷凝器換熱情況

在測試中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)冷機負(fù)荷升高，電流達(dá)到甚至超過額定電流時，頻率達(dá)到額定頻率，入口導(dǎo)葉全開，然而電子膨脹閥開度仍然維持在48%左右。膨脹閥開度不足會使得制冷劑流量不足，換熱能力減弱。如圖8（a）所示，此時從蒸發(fā)器示液鏡中無法觀察到制冷劑。

圖8 調(diào)節(jié)前后蒸發(fā)器示液鏡液位

對冷機的各項運行調(diào)節(jié)手段進(jìn)行實際探究，發(fā)現(xiàn)壓縮機頻率、導(dǎo)葉開度等參數(shù)調(diào)節(jié)均能正常變化，而電子膨脹閥開度則不能隨負(fù)荷率增大正確動作。由此初步推斷，膨脹閥開度不足是導(dǎo)致冷機制冷量嚴(yán)重偏低的主要原因。

為研究電子膨脹閥開度對冷機的性能影響，對電子膨脹閥的開度進(jìn)行了手動調(diào)節(jié)，并對調(diào)節(jié)后的冷機性能進(jìn)行了測試，結(jié)果如下：

表4 3#冷機調(diào)節(jié)膨脹閥開度后參數(shù)

可以看到，當(dāng)膨脹閥開度增大時，冷機的COP顯著提升，達(dá)到6.0左右。而蒸發(fā)器示液鏡的液位也顯著升高，可以觀察到制冷劑的存在，機組換熱性能提升，見圖8（b）。

從3#冷機導(dǎo)出數(shù)據(jù)中的蒸發(fā)溫度在部分情況下與冷凍水出水溫度非常接近，甚至出現(xiàn)了蒸發(fā)溫度高于出水溫度的情況，由此說明蒸發(fā)溫度或冷凍水出水溫度的測量出現(xiàn)了偏差，而機組電子膨脹閥開度依據(jù)受吸排氣的過熱度進(jìn)行控制，偏差將會影響電子膨脹閥的調(diào)節(jié)。由于冷機面板顯示的冷凍水供回水溫差與管壁上安裝的溫度自記儀讀數(shù)相近，可以判斷是蒸發(fā)溫度存在偏差。根據(jù)冷機面板上顯示的蒸發(fā)溫度進(jìn)行研究，蒸發(fā)溫度是由蒸發(fā)壓力測定值換算得到，由此判斷，導(dǎo)致蒸發(fā)溫度顯示值出現(xiàn)偏差的原因是蒸發(fā)壓力傳感器自身存在偏差，并導(dǎo)致電子膨脹閥控制出現(xiàn)偏差，開度較小。

3 結(jié)論

通過對廣州某商場3臺離心式冷水機組能耗分析與運行優(yōu)化，可以得出以下節(jié)能改善建議：

1）冷機在高負(fù)荷工況下，電子膨脹閥開度仍然較低，制冷劑流量不足，使得蒸發(fā)器換熱量遠(yuǎn)低于額定值，機組性能下降。短期內(nèi)可通過調(diào)節(jié)冷機控制節(jié)流閥的閾值和修正過熱度參數(shù)，使得冷機負(fù)荷率較大時膨脹閥開度增大；長期來看，需要對有關(guān)傳感器及機組控制算法進(jìn)行修正，使得冷機高效運行。

2）從系統(tǒng)層面分析，各臺冷機的冷凍水、冷卻水流量均比額定值大，說明水泵選型偏大，難以達(dá)到最佳額定工況點。

3）部分冷機冷凝器趨近溫度較大，可能存在結(jié)垢情況，需定時清洗。