廣州電信大廈中央空調系統冷水機組運行負荷率分析

林宇航

(廣東發展銀行股份公司,廣州510080)

0 引言

現代建筑大廈的中央空調系統通常都是按照大廈冷負荷最不利情況進行設計安裝的,在投入運行后機組的制冷量都比實際冷負荷大,而空調系統作為大廈的主要耗電設備,其運行能耗比通常占整棟大廈的30%～50%。設計的過度冗余容易造成機組大部分時間都運行在低負荷率區間,能耗大、效率低,造成電能的浪費[1]。通過研究電信大廈空調系統的動態負荷變化規律,以及系統全年的負荷率和能耗情況,分析該中央空調系統的整體負荷運行情況以及機組運行配置的合理性。

1 系統概況及負荷基本情況

1.1 中央空調系統概況

大廈共28層,采用4臺冷水機組提供空調所需冷量,4臺機組互相搭配交替運行;冷卻水系統為開式循環水系統,在大廈樓頂設有8臺并聯聯接冷卻水塔;冷凍水系統為閉式循環水系統,分為低、中、高區3個區,其中在5F設置高區冷媒的熱交換設備間,以保證高區供冷壓力。大廈內各樓層的冷量負荷主要由設置在各樓層空調區域的盤管風機負擔,在每一層內公共走廊的東西面各設1臺新風機。設備配置如下:

1#機組和2#機組:19XR5655467DHS離心式機組,單臺制冷量2880kW(750冷噸),以下簡稱為大機;

3#機組和 4#機組:30HXC260A螺桿機組,單臺制冷量960kW(250冷噸),以下簡稱為小機;

1#～8#冷卻塔:循環水量900m3/h,電機功率7.5kW;

1#冷卻泵90kW,1#冷凍泵75kW,專供1#機組;

2#冷卻泵90kW,2#冷凍泵75kW,專供2#機組;

3#冷卻泵37kW,3#冷凍泵30kW,專供3#機組;

4#冷卻泵37kW,4#冷凍泵30kW,專供4#機組。

1.2 機組運行模式

冷水機組運行的模式主要為單臺大機或小機、1臺大機+1臺小機、2臺小機,表1為大廈冷水機組2007年全年的運行模式。

表1 機組運行模式及時間

1.3 全年負荷基本情況

由于4臺冷水機組其運行電壓都是穩定在380V,本文利用機組運行的電流值表示空調負荷,分析大廈4臺冷水機組全年的運行情況,如圖1所示。

圖1 2007年全年空調負荷情況

2 系統的負荷運行分析

單臺冷水機組的最佳 (最高)COP值通常不是出現在滿負荷時,而是出現在部分負荷的時候[2]。在多開一臺冷水機組要消耗能量,但是如果多開了一臺冷水機組能使在線運行的冷水機組都處在最佳或者比較佳的COP,也會節省能量。

一般在設計空調系統時,都是根據計算的最大冷負荷選擇冷水機組[3],該大廈設計在最大冷負荷時開啟1臺大機+1臺小機的組合形式,在實際使用中運行于最大負荷工況的時間頻頻率是很少的,在2007年度運行數據可以看出,在負荷高峰期也是按照這種組合形式運行的。

3#、4#機組的滿負荷電流值及1#、2#機組的滿負荷電流值分別為561A和947A,按照1臺大機+1臺小機為滿負荷運行方式計算100%冷負荷的話 (注:按機組負荷電流比成線性正比例關系來計算),以運行電流值分析負荷運行時間頻數,將2007年1月～11月份空調負荷運行實測數據分析如表2。

表2 1月～11月份空調負荷運行實測數據

可以看出該大廈的空調負荷大多集中在13%～90%之間,空調負荷大都有這種時間頻數特點,即運行于部分負荷的時間占絕大多數。根據上表可得出空調負荷與負荷時間頻數間的關系,即負荷時間頻數圖,如圖2所示。

圖2 負荷時間頻數圖

3 機組運行配置及負荷率分析

針對負荷的實際運行特點,大廈設置了多種冷水機組單獨運行或組合運行的模式,根據冷負荷的變化,通過加載或卸載在線運行機組來實施冷水機組制冷量的控制[4]。當負荷減小時,相應地減少冷水機組的運行臺數,讓剩下的在線運行的冷水機組處于較高的負荷點,通常都是盡量讓冷機處于滿負荷的工作狀態,從而提高整個冷水機組系統的工作效率。在負荷增加時,相應地增加投入運行的機組,滿足現時大廈冷負荷的要求。

按照大廈目前的配置策略,都是以空調的負荷以及管理經驗來控制冷水機組的起停,并適當結合考慮單臺冷水機組的COP,一般都是在較高負荷率時考慮加載,大廈這種起停控制措施是否符合 “冷水機組的最佳 (最高)COP值通常不是出現在滿負荷時,而是出現在部分負荷的時候”這一規律?而結合單臺機組COP控制機組群的效果是否符合機組實際性能規律?

圖3～圖6分別為4臺機組全年運行負荷分布規律圖。

可以看出4臺機組的負荷率絕大部分都集中在60%～90%之間,這部分的時間頻數都在85%以上,即大部份時間都運行在部分負荷區間,基本符合 “冷水機組的最佳 (最高)COP值通常不是出現在滿負荷時,而是出現在部分負荷的時候”這一規律。

從表3可以清楚看到機組全年運行負荷的時間頻數。

圖7和圖8為大廈這兩種型號機組的負荷率與COP性能測試數據 (數據來源:相關生產廠家)。

由圖7和圖8機組 “負荷率與COP關系”圖可以知道,機組較高效率區間在50%～90%之間,即在這區間是機組運行的最優運行區間。而大廈4臺機組的運行負荷率都集中在60%～90%之間,可得結論,機組的運行基本符合其性能指標,也就是機組群的運行調控調度較合理,基本不需要進行進一步的優化。

表3 機組全年運行負荷率時間頻數

4 結論

通過對系統運行數據的整理分析,該大廈空調冷負荷及冷水機組運行配置分析結論如下:

大廈的空調負荷大多集中在13%～90%之間,即運行于部分負荷的時間占絕大多數。4臺機組的負荷率絕大部分都集中在60%～90%之間,由機組 “負荷率—COP”圖可以知道,機組較高效率區間在50%～90%之間,即在這區間是機組運行的最優運行區間。冷水機組的啟停及運行模式基本符合大廈全年負荷的時間分布及其性能指標,也就是機組群的運行調控調度較合理,不需要進行進一步的優化。

[1] 陸耀慶主編.實用供熱空調設計手冊.中國建筑工業出版社,1993:887-890

[2] 麥粵幫,劉金平.夏熱冬暖地區建筑空調系統冷負荷分析及其優化調節[D].廣州,華南理工大學,2007

[3] Sheila J.Hayter.Energy andMoney Savingswithout Increasing Time,Costs.ASHRAE Journal,2004,46(9):48-50

[4] 姜家麟.多臺冷水機組組合的控制.制冷技術,2000(2):31-34