从动态负荷特性分析集中供冷的节能优势

2014-05-12杨海松

天津建设科技 2014年2期

关键词：供冷冷水机组能效

□文 /杨海松

从动态负荷特性分析集中供冷的节能优势

□文 /杨海松

于家堡金融区采用集中供冷能源中心。文章从土地占用、设备投资、运行管理等方面分析了区域集中供冷的节能优势并给出各种措施的节能潜力。

动态负荷；集中供冷；节能；潜力

于家堡金融区位于滨海新区中心商务区，规划建筑面积950万m2，共120个地块。于家堡金融区的供冷方案，最初为每个地块单独设置供冷机房。由于于家堡金融区具有业态清晰，统一建设的优势，可以进行区域集中供冷，文章以建设中的起步区南能源中心为例，从节能角度对区域集中供冷的优势进行分析。

1 国内外研究现状

国内外从20世纪90年代开始进行综合部分负荷性能系数的相关研究。美国空调与制冷学会标准（ARI—550/590-98）提出的综合部分负荷性能系数IPLV（IntegratePartialLoadValue）来评价不同类型冷水机组在整个空调季节中的综合性能，可以更准确地反映冷水机组能耗[1]。

综合部分负荷性能系数的概念最早于1986年提出来的，后来经过多次修改完善，形成了美国空调与制冷学会ARI550-92《离心式和回转式螺杆式冷水机组》以及ARI590-92《容积式冷水机组》2个标准中规定的综合部分负荷性能系数IPLV（IntegratePartial LoadValue），在部分负荷下求得制冷性能系数，再按加权系数公式计算出冷水机组部分负荷性能值，主要反映冷水机组的部分负荷调节功能。2个标准中规定的综合部分负荷性能系数IPLV的计算公式为

其中：A、B、C、D分别是冷水机组在 100%、75%、50%和25%负荷下的EER或COP。方程式中的系数是冷水机组在评价负荷点运行时的权重系数。基于美国29个城市的平均气候和大部分建筑类型，经过一段试验运作后，美国空调与制冷学会ARI又于1998年推出了新的标准（ARI—550/590—98），将所有采用蒸气压缩式制冷循环的冷水机组统一为一个相同的部分负荷评价标准，提出了新的IPLV计算公式

同济大学夏国欣等曾以北京市旅馆建筑为例推导出类似公式。我国颁布GB50189—2005《公共建筑节能标准》，也引入了IPLV的概念

该公式仍基于常规的中央空调设计。IPLV概念的提出，初衷是基于传统的供冷方式，衡量单台空调机组面对不同负荷状态的性能表现。通过集中供冷，集合各地块的制冷设备并动态组合投入运行，可以较大程度克服大马拉小车的现象，最大限度地节约能源。如果把供冷中心的所有机组看成单台设备，也可以应用IPLV的概念进行评价，但不能简单的套用前述各公式，需要按照ARI提供的方法，根据各负荷状况所占的实际运行时间权重进行修正。

根据美国空调与制冷协会（ARI）的研究，中央空调系统99%以上的时间是在部分负荷状态下运行，而空调机组在不同的负荷率下会表现出不同的性能[2]。同济大学李魁山等也曾在上海地区做过能效测试，发现空调机组在低负荷运行时，实测能效值远小于理论能效值[3]。

2 工程概况

于家堡金融区起步区3-18、3-25、3-26等8个地块，见图1，供冷面积80万m2。最初的规划方案为分散设置制冷机房，需设计8个机房，每个地块应配备1～2台制冷机。集中供冷中心设与起步区公共绿地3-30地块的地下空间合建，共配备6台大型制冷机，见图2。

图1 于家堡金融区

图2 集中供冷规划

3 集中供冷综合部分性能系数（IPLV）分析

从理论上分析，在正常天气下，从供冷季开始，气温逐渐升高，然后逐渐降低，能源的需求也同步变化。在一个供冷季，各个需求点出现的时间跨度基本是均匀的，见表1。针对于整个机组，可以假定负荷需求是线性变化的。而实际动态投入设备的负荷率应重新进行核算。

表1 不同负荷率下设备运行时间

表1中计算出了4个区间段的时间分布，而不是100%、75%、50%、25%4个边界，需要进行区间之间的平均计算。按照ARI提供的计算方法，可得

整理后可得IPLV=0.38A+0.458B+0.099C+0.063D

与ARI及GB50189—2005的经验公式对比，采用集中供冷的方式，由于低负荷状态下运行时间减少，因此，空调机组的能效提高。公式仅是从本项目推导，适用性有限。但随着越来越多的集中供冷项目，可获得更多的运行数据，通过这些数据推导集中供冷经验公式是可行的。

4 于家堡集中供冷节能潜力分析

本项目的节能潜力可从主机效率、电机效率和管理等几个方面讨论，具体如下。

由于设备高效运行能效的时间权重增加，使集中供冷比传统的分散供冷方式能效提高。以国外某厂家定频离心机在100%、75%、50%、25%负荷下单机能效比分别为 5.00、4.82、4.34、3.47为例，可以得出，本项目集中和分散供冷的综合能效比分别为4.76和4.477，节能率在6%左右。如果采用蓄能技术，在运行过程中通过蓄能、放能，调节设备的负荷率，还可进一步提高系统的能效。目前，本项目采用冰蓄冷方式，充分利用削峰填谷的减排效应。

由于项目规模变化，设备选型变化，也节能提供了空间。就电制冷而言，常用的制冷机组包括螺杆式压缩机和离心式压缩机。二者的工作原理不同，适用范围和工作效率也不同。一般来说离心机的能效更高，但适用于大型、特大型项目。与螺杆机比较，离心机在机械损耗上可以节约4%的无用功。就本项目而言，采用区域集中供冷，为选用大型离心机创造了条件。

由于本项目采用大型离心机，电机选型为6kV高压电机，线损和变损较常规的380V电机将节能5%～10%。通常情况下，线损和变损占系统能耗的10%，采用高压电机，可节能0.5%～1%。