冷水机组选配及运行方案对空调系统的影响

2013-10-16王晓飞

机电信息 2013年1期

王晓飞

0 引言

资源环境约束与经济快速增长的矛盾已经成为我国经济社会发展面临的严峻挑战，相关资料显示当前我国建筑能耗已经占到总能耗的27%以上，空调能耗约占建筑能耗的60%～70%。随着我国经济的进一步发展、人民生活水平的进一步提高，这个比例必然进一步扩大。面对这样一个基本情况，如何控制空调能耗已经成为暖通空调从业人员必须面对的一个重要课题，中央空调系统由多种设备组成，包含了众多与能耗相关的课题，如一次泵变流量系统、温湿度独立控制系统、低温送风系统、大温差小流量系统、冷水机组变频控制、末端设备变风量控制等，这些课题已经被大家广泛关注。作为暖通空调从业人员，笔者希望从另外一个角度探讨空调系统节能的话题。

目前设计人员及用户往往只关注冷水机组的NPLV指标（非标准综合部分负荷性能系数）及100%负荷时的能效比，认为只要这2个指标优秀就一定节能，事实真的是这样吗？相关统计显示空调夏季设计日部分负荷有如下特性：低于70%部分负荷的运行时间占全天总运行时间的63%，也就是说冷水机组在实际使用时多数情况下在部分负荷运行，故而笔者认为在建筑物空调负荷确定后，如何确定冷水机组型号、数量及部分负荷运行方案是一个非常值得探讨的问题。下文笔者根据国内某知名厂家的产品数据，通过对若干案例的具体分析，对这个问题进行阐述。

1 分析计算的原则

（1）空调系统包含众多用电设备：冷水机组、水泵、冷却塔、末端设备等，基本可以分为2个大系统：机房系统、末端系统，本文只分析机房能耗，以不同机房方案下末端系统能耗一致为基础。本文分析以定流量为基础，故而可忽略水泵、冷却塔的能耗影响，最终将空调能耗分析简化为对冷水机组能耗的分析。

（2）冷水机组运行工况：冷却水进出水温度30/35 ℃，冷却水侧污垢系数0.044 m2·℃/kW，冷冻水进出水温度12/7 ℃，冷冻水侧污垢系数0.018 m2·℃/kW。

（3）虽然冷水机组实际运行时的全年耗电量受到众多因素的制约，但我们可以通过选取典型工况进行类比计算的方法来简化计算难度，下文机组全年耗电量计算按照AHRI 550/590（I-P）-2011中关于IPLV（AHRI标准工况下综合部分负荷性能系数）的计算方法进行：IPLV＝0.01×A＋0.42×B＋0.45×C＋0.12×D，式中A/B/C/D分别对应于100%/75%/50%/25%负荷百分比下冷水机组的能效比，如表1所示。

表1 AHRI计算依据

为了使计算结果更加贴近实际运行数据，下文中冷水机组在各部分负荷点的功率指标均按照恒定冷却水进水温度（30 ℃）考虑。

下文中NPLV指标对应的各部分负荷点冷却水进水温度如表1所示。

（4）冷水机组全年运行时间按照3 000 h考虑。以下笔者将根据具体案例采用不同的冷水机组选配方案、不同的部分负荷运行方案，对冷水机组在不同方案下的全年运行总能耗进行分析计算。

2 针对设计空调负荷为750 kW项目的分析计算

我们有2种冷水机组选配方案：1台WCFX36TR；2台WCFX18SR，表2分别显示了WCFX18SR、WCFX36TR机组的运行数据。

（1）按照配置1台WCFX36TR，冷水机组全年总耗电量计算结果如表3所示。

（2）按照配置2台WCFX18SR，冷水机组全年总耗电量计算根据部分负荷运行方案不同会有不同的计算方法，下面列举了其中2种计算方法。

运行方案一如表4所示。

运行方案二如表5所示。

根据上述分析，得出如下结论：

（1）各方案对应的冷水机组全年总耗电量统计，如表6所示。

（2）各型号冷水机组的100%负荷能效比、NPLV指标统计，如表7所示。

针对上部分析计算，虽然WCFX36TR机组在100%负荷时的能效比及NPLV指标均优于WCFX18SR机组，但该项目配置2台WCFX18SR机组并采用运行方案二更加节能。

对最终用户来讲，这其中有一个初投资与运行费用的综合考虑问题。在阐述这个问题之前，我们需要先了解一个客观事实：以冷水机组的平均寿命25年计，在对冷水机组的所有投资中，初投资仅约占8.3%，运行费用约占91.4%，制冷剂添加费约占0.3%[1]。也就是说与冷水机组在整个使用寿命内的运行费用相比，初投资完全可以忽略不计，或者说少量的初投资差异，很快会在使用过程中由于运行费用的减少而回收。

针对此项目初投资与运行费用的相对关系如下：

按照市场价格，2台WCFX18SR 较之1台WCFX36TR的初投资差价约4万元左右，根据上述计算结果，2台WCFX18SR运行策方案二较之1台WCFX36TR的年运行费用节省6 284元（按照电费为1元/kW·h考虑），如此，初投资回收期约6.37年。