冷水機組選配及運行方案對空調系統的影響

2013-10-16 03:24:58王曉飛

機電信息 2013年1期

關鍵詞：系統

王曉飛

0 引言

資源環境約束與經濟快速增長的矛盾已經成為我國經濟社會發展面臨的嚴峻挑戰，相關資料顯示當前我國建筑能耗已經占到總能耗的27%以上，空調能耗約占建筑能耗的60%～70%。隨著我國經濟的進一步發展、人民生活水平的進一步提高，這個比例必然進一步擴大。面對這樣一個基本情況，如何控制空調能耗已經成為暖通空調從業人員必須面對的一個重要課題，中央空調系統由多種設備組成，包含了眾多與能耗相關的課題，如一次泵變流量系統、溫濕度獨立控制系統、低溫送風系統、大溫差小流量系統、冷水機組變頻控制、末端設備變風量控制等，這些課題已經被大家廣泛關注。作為暖通空調從業人員，筆者希望從另外一個角度探討空調系統節能的話題。

目前設計人員及用戶往往只關注冷水機組的NPLV指標（非標準綜合部分負荷性能系數）及100%負荷時的能效比，認為只要這2個指標優秀就一定節能，事實真的是這樣嗎？相關統計顯示空調夏季設計日部分負荷有如下特性：低于70%部分負荷的運行時間占全天總運行時間的63%，也就是說冷水機組在實際使用時多數情況下在部分負荷運行，故而筆者認為在建筑物空調負荷確定后，如何確定冷水機組型號、數量及部分負荷運行方案是一個非常值得探討的問題。下文筆者根據國內某知名廠家的產品數據，通過對若干案例的具體分析，對這個問題進行闡述。

1 分析計算的原則

（1）空調系統包含眾多用電設備：冷水機組、水泵、冷卻塔、末端設備等，基本可以分為2個大系統：機房系統、末端系統，本文只分析機房能耗，以不同機房方案下末端系統能耗一致為基礎。本文分析以定流量為基礎，故而可忽略水泵、冷卻塔的能耗影響，最終將空調能耗分析簡化為對冷水機組能耗的分析。

（2）冷水機組運行工況：冷卻水進出水溫度30/35 ℃，冷卻水側污垢系數0.044 m2·℃/kW，冷凍水進出水溫度12/7 ℃，冷凍水側污垢系數0.018 m2·℃/kW。

（3）雖然冷水機組實際運行時的全年耗電量受到眾多因素的制約，但我們可以通過選取典型工況進行類比計算的方法來簡化計算難度，下文機組全年耗電量計算按照AHRI 550/590（I-P）-2011中關于IPLV（AHRI標準工況下綜合部分負荷性能系數）的計算方法進行：IPLV＝0.01×A＋0.42×B＋0.45×C＋0.12×D，式中A/B/C/D分別對應于100%/75%/50%/25%負荷百分比下冷水機組的能效比，如表1所示。

表1 AHRI計算依據

為了使計算結果更加貼近實際運行數據，下文中冷水機組在各部分負荷點的功率指標均按照恒定冷卻水進水溫度（30 ℃）考慮。

下文中NPLV指標對應的各部分負荷點冷卻水進水溫度如表1所示。

（4）冷水機組全年運行時間按照3 000 h考慮。以下筆者將根據具體案例采用不同的冷水機組選配方案、不同的部分負荷運行方案，對冷水機組在不同方案下的全年運行總能耗進行分析計算。

2 針對設計空調負荷為750 kW項目的分析計算

我們有2種冷水機組選配方案：1臺WCFX36TR；2臺WCFX18SR，表2分別顯示了WCFX18SR、WCFX36TR機組的運行數據。

（1）按照配置1臺WCFX36TR，冷水機組全年總耗電量計算結果如表3所示。

（2）按照配置2臺WCFX18SR，冷水機組全年總耗電量計算根據部分負荷運行方案不同會有不同的計算方法，下面列舉了其中2種計算方法。

運行方案一如表4所示。

運行方案二如表5所示。

根據上述分析，得出如下結論：

（1）各方案對應的冷水機組全年總耗電量統計，如表6所示。

（2）各型號冷水機組的100%負荷能效比、NPLV指標統計，如表7所示。

針對上部分析計算，雖然WCFX36TR機組在100%負荷時的能效比及NPLV指標均優于WCFX18SR機組，但該項目配置2臺WCFX18SR機組并采用運行方案二更加節能。

對最終用戶來講，這其中有一個初投資與運行費用的綜合考慮問題。在闡述這個問題之前，我們需要先了解一個客觀事實：以冷水機組的平均壽命25年計，在對冷水機組的所有投資中，初投資僅約占8.3%，運行費用約占91.4%，制冷劑添加費約占0.3%[1]。也就是說與冷水機組在整個使用壽命內的運行費用相比，初投資完全可以忽略不計，或者說少量的初投資差異，很快會在使用過程中由于運行費用的減少而回收。

針對此項目初投資與運行費用的相對關系如下：

按照市場價格，2臺WCFX18SR 較之1臺WCFX36TR的初投資差價約4萬元左右，根據上述計算結果，2臺WCFX18SR運行策方案二較之1臺WCFX36TR的年運行費用節省6 284元（按照電費為1元/kW·h考慮），如此，初投資回收期約6.37年。