一次泵大溫差定流量與變流量系統的對比分析

李寧 云嶺冬 許海松 許佐達 吳翠翠 劉海濱

中國建筑設計咨詢公司

一次泵大溫差定流量與變流量系統的對比分析

李寧 云嶺冬 許海松 許佐達 吳翠翠 劉海濱

中國建筑設計咨詢公司

結合工程案例，針對空調系統中的一次泵大溫差定流量與一次泵變流量系統，選擇了海口地區兩個實際案例進行對比分析：一次泵變流量系統節能效益明顯優于其他方案，但初投資也最高。經計算，本項目中該系統靜態投資回收期不超過3年，經濟性較好。

一次泵大溫差定流量一次泵變流量節能效益經濟性分析

冷水機組一次泵大溫差定流量與一次泵變流量系統是目前暖通行業內使用較多的兩種節能技術[1]，對于這類技術的研究層出不窮[2、3]，但多數研究僅是針對一次泵大溫差或一次泵變流量系統分別進行分析，兩種技術孰優孰劣以及適用于何種場合并未說明。

海南省海口市某廣場空調項目總建筑面積45.97萬m2，其中地上建筑面積14.22m2，地下建筑面積31.75m2，地下3層，地上5層，建筑功能包括商場、免稅店、書城、餐飲、免稅店等，共設置7個冷源。

本文結合該工程實例，按照不同建筑功能，選擇兩個冷源，分別對其采用一次泵大溫差定流量、標準溫差下一次泵變流量系統的節能效益、經濟效益進行對比分析，得出相關結論。

1 比選方案與計算方法

文獻[4]中指出，常水溫差型風機盤管應用于大水溫差工況下，制冷量大為下降，可適當降低供水溫度補償。結合已有數據考慮大溫差運行對末端空調設備的影響，在保證末端設備進、回風及表冷器參數一致的前提下，對典型末端設備（風機盤管、組合式空氣處理機組、組合式新風處理機組）在不同供回水溫度（7～12℃、5～12℃、5～13℃、6～13℃）下的供冷量進行計算，如下：

通過對典型末端設備在不同供回水溫度下冷量的變化趨勢進行分析：各末端設備5～12℃供回水溫差下供冷量與7～12℃供回水溫差下的冷量基本一致，部分設備還有所增加；而5～13℃、6～13℃供回水溫差下末端設備供冷量均有所降低，其中30000m3/h組合式空氣處理機組在5～13℃、6～13℃供回水溫差下的冷量衰減為12%左右，其他末端設備冷量衰減均在10%以下。由于工程設計中末端設備選擇往往考慮一定余量，因此認為可忽略不同供回水溫差對末端設備供冷量的影響。

確定各比選方案如下：方案一為一次泵定流量系統，供回水溫差為7～12℃（標準工況），方案二為一次泵大溫差定流量系統，供回水溫差為5～12℃，方案三為一次泵大溫差定流量系統，供回水溫差為5～13℃，方案四為一次泵大溫差定流量系統，供回水溫差為6～13℃，方案五為一次泵變流量系統，含下文所提及，一次泵變流量系統供回水溫差均為7～12℃。

在方案比選中，每個冷源冷水機組均采用同一型號離心式冷水機組，全年電耗計算以全年8760h負荷計算結果為基礎，以10%的負荷為基準對全年進行負荷劃分，按照所選冷機機型不同負荷率下的COP計算冷機耗電量及所選冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔耗電量，最終完成比選方案的對比分析。

2 冷源方案比選

2.1 負荷計算

對上述兩個冷源的設計負荷進行計算，計算參數按照國家及地方公共建筑節能標準中要求確定。冷源A所負擔空調區域建筑功能包括商場、餐飲（含廚房）、書店、休閑會所等，冷源B所負擔空調區域建筑功能主要為免稅店，功能較為單一，負荷計算結果如表1。

對全年（8760h）空調負荷進行計算，冷源A～B全年空調不同負荷率小時數如圖4、5，其中冷源A全年空調時間為4902h，冷源B全年空調時間為5129h。

2.2 冷源設備選型

僅列出A～B冷源在方案一（標準工況）下冷源主要設備參數，見表2～4，一次泵定流量大溫差運行工況，僅冷凍水泵流量與其輸入功率與標準工況有所不同，可根據溫差關系進行換算，一次泵變流量系統將增設冷凍水泵變頻控制裝置及系統自動控制系統。2.3各方案運行能耗對比

不同溫差下典型末端設備的冷量衰減基本在10%以下，可忽略大溫差定流量運行工況對末端設備供冷量的影響，因此各方案全年運行電耗不含末端空調設備耗電。冷源A全年耗電量計算結果如表4。其中方案五在計算水泵變頻節電量時，考慮水泵最低運行頻率為30Hz，冷凍水泵變頻節電量參照文獻[5]。

對冷源A各方案的全年耗電量進行計算，方案二～方案四總耗電量均比方案一（標準工況）有所降低，分別為6.34、15.34、17.99萬kWh，節電率在0.9%~ 2.6%之間，方案五全年耗電量最低，為651.20萬kWh，節電率約為6.24%。對比各方案中不同設備之間的用電量，方案二～方案四由于冷機供水溫度降低，冷機COP下降，其耗電量均有所升高，同時由于冷凍水供回水溫差的增大，冷凍水泵耗電量有所降低，最終是否能達到節能效果需計算兩者差值確定；而方案五中，由于冷機供回水溫度不變，冷機耗電量基本不變，冷凍水泵變頻節電量即為系統節電量。

對冷源B各設備全年耗電量計算，如表5。

對冷源B各方案的全年耗電量進行計算，方案二與方案四雖采用大溫差運行，由于供水溫度降低造成冷機COP下降，冷凍水泵節電量小于冷機耗電量增加，其全年耗電量比方案一（標準工況）分別增加了0.02、1.67萬kWh，方案三全年耗電量比方案一（標準工況）略有降低為3.45萬kWh，節電率為1.15%。與方案一（標準工況）相比，方案五全年運行電耗可降低16.57萬kWh，節電率為5.54%，由于方案一與方案五供水溫度均為7℃，冷機耗電量基本不變，冷凍水泵變頻節電量即為系統節電量。

2.4 各方案經濟性對比

根據冷源A～B的設備選型結果，對其初投資進行對比分析。對于一次泵大溫差定流量系統，由于冷凍水量降低，冷凍水泵、機房冷凍水管道投資均有所降低，而對于一次泵變流量系統由于增加了冷凍水泵變頻控制器與系統變頻自控系統，初投資將明顯增加，具體結果見表6～7。

冷源A不同比選方案中，方案五初投資最高，增量投資為89.95萬元，方案二～方案四初投資均有所降低；冷源B方案二～三初投資均有所增加，這是由于當供水溫度降至5℃時，原有離心機COP降低使得其供冷量已不能滿足末端負荷的需求，需增大冷機型號予以補償導致總投資增加，方案五初投資最高，增量投資為27.14萬元。

冷源A不同比選方案運行電耗與節電量如表8，其中方案五節電量最高，每年可節電43.33萬kWh，結合海口地區的商業電價（約為0.71元/kWh），計算方案五的靜態投資回收期，約為3.0年。

冷源B不同比選方案運行電耗與節電量如表9，其中方案五節電量最高，每年可節電43.33萬kWh，結合海口地區的商業電價（約為0.71元/kWh），計算方案五的靜態投資回收期，約為2.3年，方案三盡管投資回收期也較短，但其節能效益明顯低于方案五。

3 結論

本文以海口市某廣場空調項目為例，對A～B兩個冷源的不同方案進行對比分析，初步得出如下結論：

1）本項目所選末端設備，保證其他參數不變，在大溫差工況下（5～12℃、5～13℃、6～13℃）末端風機盤管、組合式空氣處理機組及新風機組供冷量衰減基本在10%以下，由于工程設計中末端設備選型考慮一定富裕量，可忽略大溫差對其供冷量的影響。

2）一次泵大溫差定流量系統經濟性分析中，除考慮降低冷凍水泵、機房內冷水管道投資外，由于供水溫度降低，冷機COP下降，當不能滿足末端負荷需求時，通過增大冷機型號引起的冷機初投資增加不可忽略。

3）一次泵大溫差定流量系統各方案全年耗電量受到冷機部分負荷COP、冷凍水泵電耗的共同影響，相比標準工況，在何種溫差下更節能無法直觀判斷，需結合具體系統根據全年負荷經過計算后確定。

4）以本文中兩個冷源為例，一次泵變流量方案與其它方案相比，能達到更好的節能效果，經計算節能率約為5%～8%，增量投資約為4%～6%，靜態投資回收期為2～3年，常規空調系統正常運行的使用壽命一般為15～20年，因此本項目中該項技術的經濟效益較為可觀。

5）由于本項目位于海口地區，空調系統全年運行時間較長，文中所分析的兩個冷源全年運行時間均在5000h左右，因此所計算的節電量較高，靜態投資回收期較短，但對其他地區同樣的空調系統是否能達到上述經濟效益，需經過計算確定。

6）一次泵變流量系統與一次泵大溫差定流量相比，由于增加了冷凍水泵變頻控制器及自控系統，系統初投資較高，但其節能效益也更顯著（尤其在空調季較長的地區），可在系統設計中優先考慮，但系統運行控制比常規系統復雜，對系統的運行維護提出了更高的要求。

[1]吳丹蕓.某商業辦公建筑一次泵變流量大溫差系統的節能設計[J].工程建設與設計,2010,(7):70-73

[2]殷平.空調大溫差研究(4):空調冷水大溫差系統經濟分析[J].暖通空調,2001,31(1):68-72

[3]李彬,肖永全,李德英.變流量空調水系統的節能探討[J].暖通空調,2006,36(1):132-136

[4]仲華,張青,朱平.常水溫差風機盤管機組應用于大水溫差工況下的性能研究[J].暖通空調,2008,38(4):83-86

[5]殷平.空調大溫差研究(1):經濟分析方法[J].暖通空調,2000, 30(4):62-66

Com pa ra tive Ana lys is o f La rge Tem pe ra tu re Diffe ren c e Cons tan t Prim a ry Flow and Va riab le Flow Sys tem

LINing,YUN Ling-dong,XU Hai-song,XU Zuo-da,WU Cui-cui,LIU Hai-bin
China Building Design ConsultantsCompany

Combined w ith the project cases,aiming at large temperature difference constantprimary flow and variable primary flow system of the air conditioning system,two actual cases selected in Haikou were analyzed.The energy efficiency of the variable primary flow system was significantly superior to the others.Also,the initial investmentwas highest.A fter calculation,in thisproject,the static investmentpayback period wasnotmore than three years.The system had bettereconomy.

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1003-0344（2014）03-042-4

2013-5-7

李寧（1984～），男，碩士，工程師；北京市西城區德外大街36號樓A座15層1510室（100120）；E-mail:lnlingyun@126.com