光伏冷水机年耗电量评价标准的研究

董海霞 匡正书

（珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070）

1 引言

节能降耗是空调系统一个永恒的主题，而空调节能的终极目标是不耗电。

随着光伏离心式冷水机组在某写字大楼的成功使用，根据此办公大楼光伏离心式空调系统的光伏发电量和空调机组耗电量的累积统计，光伏空调机组完全可实现此终极目标。然而如何及时设计和评价各安装地点的光伏空调系统不耗市电呢？目前行业还没有这样的标准可以作为评价依据，为此根据光伏离心机系统耗电量评价需要，我们对此安装地点的光伏冷水机组年耗电量计算及测试方法进行了研究并及时制定了此地光伏空调系统的电量评价标准。

2 基本理论

光伏直驱变频离心式空调系统是一种直接采用光伏直流电直接驱动的变频式离心机系统。其包括光伏发电系统、变频离心机系统、发用电一体化管理系统（集成光伏微网和暖通群控）三个组成部分。能利用光伏直流电直接驱动变频离心机运行，且能在光伏电能富余时，将光伏直流电逆变为交流电反馈电网，供其他用电设备使用，并能在光伏电能不足时从电网取电，实现混合供电，保证机组正常运行。

由于光伏发电量与空调用电量不同步，因此评价需按一年的气象周期进行统计。光伏空调系统的年光伏发电量E1与空调运行的年耗电量E2进行对比，如果E1≥E2，光伏年发电量超过了空调运行的年耗电量，那么，空调机组全年就不需要用市电，因此评价标准提出如下指标：

式中，

E1——太阳能光伏系统年发电量（kWh）；

E2——机组的全年耗电量（kWh）。

因此，光伏空调系统电量评价标准的核心是如何及时测试和计算光伏空调系统年光伏发电量和空调运行的年耗电量。

3 光伏空调系统年发电量E1的计算

不同地区太阳辐射量是不同的，即使同一天在不同的时间点太阳的辐射量也不同，测试计算标准依据GB/T 50801-2013《可再生能源建筑应用工程评价标准》进行评价光伏发电系统的发电量，在此不再描述。

4 光伏直驱变频离心式空调系统运行的年耗电量E2的计算

由于目前没有相应的空调机组年耗电量的相关标准指导，因此我们从以下几方面进行研究和推导。

4.1 基本理论

机组全年空调季节的年耗电量=∑全年每个空调温度点机组的输入功率×全年每个空调温度点的发生时间。

按照上述基本计算方法，我们只要知道具体地区全年每个空调温度点的发生时间，测试出机组在每个空调温度点的输入功率，即可计算具体机组全年空调季节的年耗电量。

4.2 全年每个空调温度点的发生时间

各个地区全年制冷季节空调温度发生时间可依据GB/T 17758表C.3的统计数据查出各个主要城市的空调温度发生时间。由于各个地区是不同的，我们采用比较接近珠海的广州地区的气象数据及空调温度发生时间作为计算依据进行推导（其它地区采用类似方法类推），具体数据如表1所示。

4.3 室外环境干球、湿球温度统计

由于本次评价的机组为水冷机组，水冷机组的热源是以水作为热源环境测试条件，且室外干球温度不是唯一的环境条件，其冷却水温度除与室外环境干球温度有关外，还与本地区的湿球温度有关。因此在本标准中我们还需要统计广州地区不同的室外干球温度所对应的湿球温度（含湿量）。然后根据干、湿球温度气象条件决定水冷机组对应的冷却水进水温度。表2为广州地区气象数据整理后的温湿度统计数据。

4.4 水冷冷水机组冷却水进水温度的确定

根据工程上水冷冷水机组采用冷却水塔对冷却水进行冷却循环使用，按行业一般情况，冷却水被冷却塔冷却后的温度至少高于环境湿球温度2~3℃。根据公司配置冷却水塔的冷却效果，本标准采用冷却水温度在湿球温度上加3℃。

4.5 各温度下的负荷百分比

根据GB/T 17758-2010标准中C.5.4规定，办公建筑制冷0负荷的室外温度为21℃，达到空调满负荷时的室外温度为35℃，建筑物的制冷负荷线为0负荷和100%负荷的等比斜直线，据此各温度下办公建筑的负荷率如表3所示。

4.6 耗电量测试点

本项目中的光伏离心式冷水机组是可以实现无级调节的机组，可以按上述15个温度、负荷点测试输入功率后与每个温度的运行时间用式（1）汇总即可。

然而，测试点太多，在实际操作中较为不便。为了简化测试，我们依据IPLV的测试方法，将所有的温度点划分为四个温度区间，按照IPLV的推导方法，将四温度区间的负荷按照接近100%、75%、50%、25%来推导四个温度区间的权重时间和进水温度，推导过程及方法如表4所示。广州地区四个温度区间的运行权重及测试工况如表5。

4.7 空调机组年耗电量计算

根据以上推导，广州地区冷水机组年耗电量测试表5中A、B、C、D四个负荷点的输入功率即可获得。

年耗电量按四个温度区间后计算公式如下：

式中：

E2——机组的全年耗电量（kW）；

Wa——机组在A点的实测输入功率（kW）；

Wb——机组在B点的实测输入功率（kW）；

Wc——机组在C点的实测输入功率（kW）；

Wd——机组在D点的实测输入功率（kW）；

Ha——机组在A点的全年权重运行时间（h）；

Hb——机组在B点的全年权重运行时间（h）；

Hc——机组在C点的全年权重运行时间（h）；

Hd——机组在D点的全年权重运行时间（h）

因此广州地区水冷机组只需按表5工况测试四个负荷点的输入功率即可计算其全年的耗电量。

注：式（2）可以通用于所有制冷季节的空调耗电量计算，但表5的值仅适用广州地区的办公建筑水冷空调机组，其它地区各个负荷点的权重和测试工况应根据各个地区的气象数据重新推导。热泵机组的年耗电量还应加上制热季节的年耗电量。

5 测试方法的研究

对于可实现无级调节的离心式冷水机组，在测试台如能准确卸载到表5规定的部分负荷和工况点时，完全可以按照式（2）各负荷测试点测出的输入功率进行直接计算耗电量，但是大部分螺杆机组或者安装在工程上的离心机组进行现场测试时采用直接测试负荷点的输入功率比较困难，且直接测输入功率在测式点不准确时差导较大；因此在本备案标准中的测试方法做出了如下规定。

表1 制冷季节需要制冷的各温度发生时间（摘自GB/T 17758-2010）

表2 广州地区干球温度、含湿量统计

表3 各温度点的水温及建筑负荷

表4 各部分负荷点推导表

（1）为了测试或计算的准确性，本备案标准仍规定除100%负荷的A点采用直接测试输入功率外，其余B、C、D三个负荷点仍采用测试其附近（依据GB/T 10870规定误差±2%）的COP，然后再根据B、C、D（附件点±2%均可）的COP用式（3）准确计算A、B、C、D三个负荷点的输入功率。

式中：

W——为目标点B或C或D点的输入功率；

负荷%——为B、C或D的负荷率，查表5获得；

Q——机组的标称准制冷量；

COP——为B、C或D对应的COP。

（2）对于不能卸载到B、C、D负荷点（负荷率误差超过±2%）的机组，采用在规定的B（或C、D）工况下测试其它负荷点的COP，然后用内插法计算B（或C、D）点的COP，按式（3）分别计算相应测试点的输入功率。

（3）对于不能卸载到D（或C、B）的机组，测试方法按照GB/T 18430.1-2007(工况按表5)采用除CD（衰减系数）求得最低负荷点COP，再按式(3)求其相应点的输入功率。

CD——衰减系数，是由于机组无法达到最小负荷，压缩机循环停机引起。计算公式参见GB/ T 18430.1-2007规定。

A、B、C、D各个负荷点的输入功率均测试或计算之后，即可按式（2）及表5的权重时间计算年制冷季节耗电量E2。

表5 广州地区四个温度区间的负荷率、权重时间及工况

6 光伏空调系统耗电量评价

通用对上述安装位置的光伏离心式冷水机组的年光伏发电量和空调机组运行年耗电量的计算和测试方法的研究，按此方法测得的光伏发电量与空调运行的年耗电量与实际运行累计统计电量是相符的，发电量大于耗电量。且实际运行的累积年耗电量比实测年耗电量更低，原因是单位从节能出发规定在环境温度低于25℃时，中央空调不能开启。