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        冷水機(jī)組選配及運(yùn)行方案對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的影響

        2013-10-16 03:24:58王曉飛
        機(jī)電信息 2013年1期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        王曉飛

        0 引言

        資源環(huán)境約束與經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的矛盾已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),相關(guān)資料顯示當(dāng)前我國(guó)建筑能耗已經(jīng)占到總能耗的27%以上,空調(diào)能耗約占建筑能耗的60%~70%。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展、人民生活水平的進(jìn)一步提高,這個(gè)比例必然進(jìn)一步擴(kuò)大。面對(duì)這樣一個(gè)基本情況,如何控制空調(diào)能耗已經(jīng)成為暖通空調(diào)從業(yè)人員必須面對(duì)的一個(gè)重要課題,中央空調(diào)系統(tǒng)由多種設(shè)備組成,包含了眾多與能耗相關(guān)的課題,如一次泵變流量系統(tǒng)、溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)、低溫送風(fēng)系統(tǒng)、大溫差小流量系統(tǒng)、冷水機(jī)組變頻控制、末端設(shè)備變風(fēng)量控制等,這些課題已經(jīng)被大家廣泛關(guān)注。作為暖通空調(diào)從業(yè)人員,筆者希望從另外一個(gè)角度探討空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的話題。

        目前設(shè)計(jì)人員及用戶往往只關(guān)注冷水機(jī)組的NPLV指標(biāo)(非標(biāo)準(zhǔn)綜合部分負(fù)荷性能系數(shù))及100%負(fù)荷時(shí)的能效比,認(rèn)為只要這2個(gè)指標(biāo)優(yōu)秀就一定節(jié)能,事實(shí)真的是這樣嗎?相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示空調(diào)夏季設(shè)計(jì)日部分負(fù)荷有如下特性:低于70%部分負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)間占全天總運(yùn)行時(shí)間的63%,也就是說(shuō)冷水機(jī)組在實(shí)際使用時(shí)多數(shù)情況下在部分負(fù)荷運(yùn)行,故而筆者認(rèn)為在建筑物空調(diào)負(fù)荷確 定后,如何確定冷水機(jī)組型號(hào)、數(shù)量及部分負(fù)荷運(yùn)行方案是一個(gè)非常值得探討的問(wèn)題。下文筆者根據(jù)國(guó)內(nèi)某知名廠家的產(chǎn)品數(shù)據(jù),通過(guò)對(duì)若干案例的具體分析,對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行闡述。

        1 分析計(jì)算的原則

        (1)空調(diào)系統(tǒng)包含眾多用電設(shè)備:冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔、末端設(shè)備等,基本可以分為2個(gè)大系統(tǒng):機(jī)房系統(tǒng)、末端系統(tǒng),本文只分析機(jī)房能耗,以不同機(jī)房方案下末端系統(tǒng)能耗一致為基礎(chǔ)。本文分析以定流量為基礎(chǔ),故而可忽略水泵、冷卻塔的能耗影響,最終將空調(diào)能耗分析簡(jiǎn)化為對(duì)冷水機(jī)組能耗的分析。

        (2) 冷水機(jī)組運(yùn)行工況:冷卻水進(jìn)出水溫度30/35 ℃,冷卻水側(cè)污垢系數(shù)0.044 m2·℃/kW,冷凍水進(jìn)出水溫度12/7 ℃,冷凍水側(cè)污垢系數(shù)0.018 m2·℃/kW。

        (3)雖然冷水機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)的全年耗電量受到眾多因素的制約,但我們可以通過(guò)選取典型工況進(jìn)行類比計(jì)算的方法來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算難度,下文機(jī)組全年耗電量計(jì)算按照AHRI 550/590(I-P)-2011中關(guān)于IPLV(AHRI標(biāo)準(zhǔn)工況下綜合部分負(fù)荷性能系數(shù))的計(jì)算方法進(jìn)行:IPLV=0.01×A+0.42×B+0.45×C+0.12×D,式中A/B/C/D分別對(duì)應(yīng)于100%/75%/50%/25%負(fù)荷百分比下冷水機(jī)組的能效比,如表1所示。

        表1 AHRI計(jì)算依據(jù)

        為了使計(jì)算結(jié)果更加貼近實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù),下文中冷水機(jī)組在各部分負(fù)荷點(diǎn)的功率指標(biāo)均按照恒定冷卻水進(jìn)水溫度(30 ℃)考慮。

        下文中NPLV指標(biāo)對(duì)應(yīng)的各部分負(fù)荷點(diǎn)冷卻水進(jìn)水溫度如表1所示。

        (4)冷水機(jī)組全年運(yùn)行時(shí)間按照3 000 h考慮。以下筆者將根據(jù)具體案例采用不同的冷水機(jī)組選配方案、不同的部分負(fù)荷運(yùn)行方案,對(duì)冷水機(jī)組在不同方案下的全年運(yùn)行總能耗進(jìn)行分析計(jì)算。

        2 針對(duì)設(shè)計(jì)空調(diào)負(fù)荷為750 kW項(xiàng)目的分析計(jì)算

        我們有2種冷水機(jī)組選配方案:1臺(tái)WCFX36TR;2臺(tái)WCFX18SR,表2分別顯示了WCFX18SR、WCFX36TR機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

        (1)按照配置1臺(tái)WCFX36TR,冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算結(jié)果如表3所示。

        (2) 按照配置2臺(tái)WCFX18SR,冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算根據(jù)部分負(fù)荷運(yùn)行方案不同會(huì)有不同的計(jì)算方法,下面列舉了其中2種計(jì)算方法。

        運(yùn)行方案一如表4所示。

        運(yùn)行方案二如表5所示。

        根據(jù)上述分析,得出如下結(jié)論:

        (1)各方案對(duì)應(yīng)的冷水機(jī)組全年總耗電量統(tǒng)計(jì),如表6所示。

        (2)各型號(hào)冷水機(jī)組的100%負(fù)荷能效比、NPLV指標(biāo)統(tǒng)計(jì),如表7所示。

        針對(duì)上部分析計(jì)算,雖然WCFX36TR機(jī)組在100%負(fù)荷時(shí)的能效比及NPLV指標(biāo)均優(yōu)于WCFX18SR機(jī)組,但該項(xiàng)目配置2臺(tái)WCFX18SR機(jī)組并采用運(yùn)行方案二更加節(jié)能。

        對(duì)最終用戶來(lái)講,這其中有一個(gè)初投資與運(yùn)行費(fèi)用的綜合考慮問(wèn)題。在闡述這個(gè)問(wèn)題之前,我們需要先了解一個(gè)客觀事實(shí):以冷水機(jī)組的平均壽命25年計(jì),在對(duì)冷水機(jī)組的所有投資中,初投資僅約占8.3%,運(yùn)行費(fèi)用約占91.4%,制冷劑添加費(fèi)約占0.3%[1]。也就是說(shuō)與冷水機(jī)組在整個(gè)使用壽命內(nèi)的運(yùn)行費(fèi)用相比,初投資完全可以忽略不計(jì),或者說(shuō)少量的初投資差異,很快會(huì)在使用過(guò)程中由于運(yùn)行費(fèi)用的減少而回收。

        針對(duì)此項(xiàng)目初投資與運(yùn)行費(fèi)用的相對(duì)關(guān)系如下:

        按照市場(chǎng)價(jià)格,2臺(tái)WCFX18SR 較之1臺(tái)WCFX36TR的初投資差價(jià)約4萬(wàn)元左右,根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果,2臺(tái)WCFX18SR運(yùn)行策方案二較之1臺(tái)WCFX36TR的年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省6 284元(按照電費(fèi)為1元/kW·h考慮),如此,初投資回收期約6.37年。

        表2 WCFX18SR、WCFX36TR機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)

        表3 1臺(tái)WCFX36TR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算

        表4 2臺(tái)WCFX18SR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案一

        表5 2臺(tái)WCFX18SR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案二

        表6 各方案對(duì)應(yīng)的冷水機(jī)組全年總耗電量

        表7 各型號(hào)冷水機(jī)組100%負(fù)荷能效比、NPLV指標(biāo)

        3 針對(duì)設(shè)計(jì)空調(diào)負(fù)荷為1 610 kW項(xiàng)目的分析計(jì)算

        我們有3種冷水機(jī)組選配方案:1臺(tái) WCFX69R;1臺(tái) WXFX46TR、1臺(tái)WCFX23SR;3臺(tái) WCFX23SR。 表 8分別 顯 示 了 WCFX23SR、WXFX46TR、WCFX69R機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

        (1)按照配置1臺(tái)WCFX69R,冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算結(jié)果如表9所示。

        (2)按照配置1臺(tái)WCFX23SR、1臺(tái)WXFX46TR,冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算根據(jù)部分負(fù)荷運(yùn)行方案不同會(huì)有不同的計(jì)算方法,下面列舉了其中3種計(jì)算方法。

        運(yùn)行方案一如表10所示。

        運(yùn)行方案二如表11所示。

        運(yùn)行方案三如表12所示。

        (3)按照配置3臺(tái)WCFX23SR,冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算根據(jù)部分負(fù)荷運(yùn)行方案不同會(huì)有不同的計(jì)算方法,下面列舉了其中4種計(jì)算方法。

        運(yùn)行方案一如表13所示。

        運(yùn)行方案二如表14所示。

        運(yùn)行方案三如表15所示。

        運(yùn)行方案四如表16所示。

        (4)根據(jù)上述分析,得出如下結(jié)論:

        1)各方案對(duì)應(yīng)的冷水機(jī)組全年運(yùn)行能耗統(tǒng)計(jì),如表17所示。

        2)各型號(hào)冷水機(jī)組的100%負(fù)荷能效比、NPLV指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如表18所示。

        針對(duì)上部分析計(jì)算,雖然WCFX46TR機(jī)組在100%負(fù)荷時(shí)的能效比及NPLV指標(biāo)最優(yōu),但該項(xiàng)目配置3臺(tái)WCFX23SR機(jī)組并采用運(yùn)行方案四更加節(jié)能。

        表8 WCFX23SR、WXFX46TR、WCFX69R機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)

        表9 1臺(tái)WCFX69R冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算

        表10 1臺(tái)WCFX23SR、1臺(tái)WXFX46TR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案一

        表11 1臺(tái)WCFX23SR、1臺(tái)WXFX46TR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案二

        表12 1臺(tái)WCFX23SR、1臺(tái)WXFX46TR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案三

        針對(duì)此項(xiàng)目初投資與運(yùn)行費(fèi)用的相對(duì)關(guān)系如下:

        按照市場(chǎng)價(jià)格,3臺(tái)WCFX23SR 較之1臺(tái)WCFX69R的初投資差價(jià)約7萬(wàn)元左右,根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果,3臺(tái)WCFX18SR運(yùn)行方案四較之1臺(tái)WCFX69R的年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省29 677元(按照電費(fèi)為1元/kW·h考慮),初投資回收期約2.36年。

        4 結(jié)語(yǔ)

        筆者曾針對(duì)大量案例做過(guò)不同的分析計(jì)算,其結(jié)論與上述2個(gè)案例的計(jì)算結(jié)果一致,故而,我們可以得到如下結(jié)論:

        (1)冷水機(jī)組選配方案及部分負(fù)荷運(yùn)行方案的確定對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用有很大影響,我們不能只關(guān)注冷水機(jī)組的NPLV指標(biāo)和100%負(fù)荷時(shí)的能效比。

        (2) 通過(guò)優(yōu)化冷水機(jī)組選配方案及部分負(fù)荷運(yùn)行方案會(huì)帶來(lái)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的大量節(jié)省,少量的初投資差異很快會(huì)在使用過(guò)程中回收回來(lái),系統(tǒng)越大初投資回收周期越短。

        (3)冷水機(jī)組選配方案及部分負(fù)荷運(yùn)行方案的確定需要綜合考慮地理環(huán)境、建筑物類型、空調(diào)日部分負(fù)荷變化情況、各廠家設(shè)備運(yùn)行特性等眾多因素,需要經(jīng)過(guò)詳細(xì)的對(duì)比計(jì)算才能得出最優(yōu)化方案。

        注:A/B/E/F分別對(duì)應(yīng)表2中A/B/E/F部分負(fù)荷點(diǎn)。

        表13 3臺(tái)WXFX23SR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案一

        表14 3臺(tái)WXFX23SR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案二

        表15 3臺(tái)WXFX23SR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案三

        表16 3臺(tái)WXFX23SR冷水機(jī)組全年總耗電量計(jì)算方案四

        表17 各方案對(duì)應(yīng)的冷水機(jī)組全年總耗電量

        表18 各型號(hào)冷水機(jī)組100%負(fù)荷能效比、NPLV指標(biāo)

        [1]賈晶,楊涌泉,李元旦.冷凍機(jī)的制冷效率與運(yùn)行電費(fèi)[A].全國(guó)暖通空調(diào)制冷2004年學(xué)術(shù)年會(huì)資料摘要集[C],2004

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