董海霞 匡正書(shū)

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

1 引言

節(jié)能降耗是空調(diào)系統(tǒng)一個(gè)永恒的主題，而空調(diào)節(jié)能的終極目標(biāo)是不耗電。

隨著光伏離心式冷水機(jī)組在某寫(xiě)字大樓的成功使用，根據(jù)此辦公大樓光伏離心式空調(diào)系統(tǒng)的光伏發(fā)電量和空調(diào)機(jī)組耗電量的累積統(tǒng)計(jì)，光伏空調(diào)機(jī)組完全可實(shí)現(xiàn)此終極目標(biāo)。然而如何及時(shí)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)各安裝地點(diǎn)的光伏空調(diào)系統(tǒng)不耗市電呢？目前行業(yè)還沒(méi)有這樣的標(biāo)準(zhǔn)可以作為評(píng)價(jià)依據(jù)，為此根據(jù)光伏離心機(jī)系統(tǒng)耗電量評(píng)價(jià)需要，我們對(duì)此安裝地點(diǎn)的光伏冷水機(jī)組年耗電量計(jì)算及測(cè)試方法進(jìn)行了研究并及時(shí)制定了此地光伏空調(diào)系統(tǒng)的電量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2 基本理論

光伏直驅(qū)變頻離心式空調(diào)系統(tǒng)是一種直接采用光伏直流電直接驅(qū)動(dòng)的變頻式離心機(jī)系統(tǒng)。其包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、變頻離心機(jī)系統(tǒng)、發(fā)用電一體化管理系統(tǒng)（集成光伏微網(wǎng)和暖通群控）三個(gè)組成部分。能利用光伏直流電直接驅(qū)動(dòng)變頻離心機(jī)運(yùn)行，且能在光伏電能富余時(shí)，將光伏直流電逆變?yōu)榻涣麟姺答侂娋W(wǎng)，供其他用電設(shè)備使用，并能在光伏電能不足時(shí)從電網(wǎng)取電，實(shí)現(xiàn)混合供電，保證機(jī)組正常運(yùn)行。

由于光伏發(fā)電量與空調(diào)用電量不同步，因此評(píng)價(jià)需按一年的氣象周期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。光伏空調(diào)系統(tǒng)的年光伏發(fā)電量E1與空調(diào)運(yùn)行的年耗電量E2進(jìn)行對(duì)比，如果E1≥E2，光伏年發(fā)電量超過(guò)了空調(diào)運(yùn)行的年耗電量，那么，空調(diào)機(jī)組全年就不需要用市電，因此評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)提出如下指標(biāo)：

式中，

E1——太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)年發(fā)電量（kWh）；

E2——機(jī)組的全年耗電量（kWh）。

因此，光伏空調(diào)系統(tǒng)電量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的核心是如何及時(shí)測(cè)試和計(jì)算光伏空調(diào)系統(tǒng)年光伏發(fā)電量和空調(diào)運(yùn)行的年耗電量。

3 光伏空調(diào)系統(tǒng)年發(fā)電量E1的計(jì)算

不同地區(qū)太陽(yáng)輻射量是不同的，即使同一天在不同的時(shí)間點(diǎn)太陽(yáng)的輻射量也不同，測(cè)試計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB/T 50801-2013《可再生能源建筑應(yīng)用工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行評(píng)價(jià)光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，在此不再描述。

4 光伏直驅(qū)變頻離心式空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的年耗電量E2的計(jì)算

由于目前沒(méi)有相應(yīng)的空調(diào)機(jī)組年耗電量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)，因此我們從以下幾方面進(jìn)行研究和推導(dǎo)。

4.1 基本理論

機(jī)組全年空調(diào)季節(jié)的年耗電量=∑全年每個(gè)空調(diào)溫度點(diǎn)機(jī)組的輸入功率×全年每個(gè)空調(diào)溫度點(diǎn)的發(fā)生時(shí)間。

按照上述基本計(jì)算方法，我們只要知道具體地區(qū)全年每個(gè)空調(diào)溫度點(diǎn)的發(fā)生時(shí)間，測(cè)試出機(jī)組在每個(gè)空調(diào)溫度點(diǎn)的輸入功率，即可計(jì)算具體機(jī)組全年空調(diào)季節(jié)的年耗電量。

4.2 全年每個(gè)空調(diào)溫度點(diǎn)的發(fā)生時(shí)間

各個(gè)地區(qū)全年制冷季節(jié)空調(diào)溫度發(fā)生時(shí)間可依據(jù)GB/T 17758表C.3的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)查出各個(gè)主要城市的空調(diào)溫度發(fā)生時(shí)間。由于各個(gè)地區(qū)是不同的，我們采用比較接近珠海的廣州地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)及空調(diào)溫度發(fā)生時(shí)間作為計(jì)算依據(jù)進(jìn)行推導(dǎo)（其它地區(qū)采用類(lèi)似方法類(lèi)推），具體數(shù)據(jù)如表1所示。

4.3 室外環(huán)境干球、濕球溫度統(tǒng)計(jì)

由于本次評(píng)價(jià)的機(jī)組為水冷機(jī)組，水冷機(jī)組的熱源是以水作為熱源環(huán)境測(cè)試條件，且室外干球溫度不是唯一的環(huán)境條件，其冷卻水溫度除與室外環(huán)境干球溫度有關(guān)外，還與本地區(qū)的濕球溫度有關(guān)。因此在本標(biāo)準(zhǔn)中我們還需要統(tǒng)計(jì)廣州地區(qū)不同的室外干球溫度所對(duì)應(yīng)的濕球溫度（含濕量）。然后根據(jù)干、濕球溫度氣象條件決定水冷機(jī)組對(duì)應(yīng)的冷卻水進(jìn)水溫度。表2為廣州地區(qū)氣象數(shù)據(jù)整理后的溫濕度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

4.4 水冷冷水機(jī)組冷卻水進(jìn)水溫度的確定

根據(jù)工程上水冷冷水機(jī)組采用冷卻水塔對(duì)冷卻水進(jìn)行冷卻循環(huán)使用，按行業(yè)一般情況，冷卻水被冷卻塔冷卻后的溫度至少高于環(huán)境濕球溫度2~3℃。根據(jù)公司配置冷卻水塔的冷卻效果，本標(biāo)準(zhǔn)采用冷卻水溫度在濕球溫度上加3℃。

4.5 各溫度下的負(fù)荷百分比

根據(jù)GB/T 17758-2010標(biāo)準(zhǔn)中C.5.4規(guī)定，辦公建筑制冷0負(fù)荷的室外溫度為21℃，達(dá)到空調(diào)滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)的室外溫度為35℃，建筑物的制冷負(fù)荷線(xiàn)為0負(fù)荷和100%負(fù)荷的等比斜直線(xiàn)，據(jù)此各溫度下辦公建筑的負(fù)荷率如表3所示。

4.6 耗電量測(cè)試點(diǎn)

本項(xiàng)目中的光伏離心式冷水機(jī)組是可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的機(jī)組，可以按上述15個(gè)溫度、負(fù)荷點(diǎn)測(cè)試輸入功率后與每個(gè)溫度的運(yùn)行時(shí)間用式（1）匯總即可。

然而，測(cè)試點(diǎn)太多，在實(shí)際操作中較為不便。為了簡(jiǎn)化測(cè)試，我們依據(jù)IPLV的測(cè)試方法，將所有的溫度點(diǎn)劃分為四個(gè)溫度區(qū)間，按照IPLV的推導(dǎo)方法，將四溫度區(qū)間的負(fù)荷按照接近100%、75%、50%、25%來(lái)推導(dǎo)四個(gè)溫度區(qū)間的權(quán)重時(shí)間和進(jìn)水溫度，推導(dǎo)過(guò)程及方法如表4所示。廣州地區(qū)四個(gè)溫度區(qū)間的運(yùn)行權(quán)重及測(cè)試工況如表5。

4.7 空調(diào)機(jī)組年耗電量計(jì)算

根據(jù)以上推導(dǎo)，廣州地區(qū)冷水機(jī)組年耗電量測(cè)試表5中A、B、C、D四個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的輸入功率即可獲得。

年耗電量按四個(gè)溫度區(qū)間后計(jì)算公式如下：

式中：

E2——機(jī)組的全年耗電量（kW）；

Wa——機(jī)組在A(yíng)點(diǎn)的實(shí)測(cè)輸入功率（kW）；

Wb——機(jī)組在B點(diǎn)的實(shí)測(cè)輸入功率（kW）；

Wc——機(jī)組在C點(diǎn)的實(shí)測(cè)輸入功率（kW）；

Wd——機(jī)組在D點(diǎn)的實(shí)測(cè)輸入功率（kW）；

Ha——機(jī)組在A(yíng)點(diǎn)的全年權(quán)重運(yùn)行時(shí)間（h）；

Hb——機(jī)組在B點(diǎn)的全年權(quán)重運(yùn)行時(shí)間（h）；

Hc——機(jī)組在C點(diǎn)的全年權(quán)重運(yùn)行時(shí)間（h）；

Hd——機(jī)組在D點(diǎn)的全年權(quán)重運(yùn)行時(shí)間（h）

因此廣州地區(qū)水冷機(jī)組只需按表5工況測(cè)試四個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的輸入功率即可計(jì)算其全年的耗電量。

注：式（2）可以通用于所有制冷季節(jié)的空調(diào)耗電量計(jì)算，但表5的值僅適用廣州地區(qū)的辦公建筑水冷空調(diào)機(jī)組，其它地區(qū)各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的權(quán)重和測(cè)試工況應(yīng)根據(jù)各個(gè)地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)重新推導(dǎo)。熱泵機(jī)組的年耗電量還應(yīng)加上制熱季節(jié)的年耗電量。

5 測(cè)試方法的研究

對(duì)于可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的離心式冷水機(jī)組，在測(cè)試臺(tái)如能準(zhǔn)確卸載到表5規(guī)定的部分負(fù)荷和工況點(diǎn)時(shí)，完全可以按照式（2）各負(fù)荷測(cè)試點(diǎn)測(cè)出的輸入功率進(jìn)行直接計(jì)算耗電量，但是大部分螺桿機(jī)組或者安裝在工程上的離心機(jī)組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)采用直接測(cè)試負(fù)荷點(diǎn)的輸入功率比較困難，且直接測(cè)輸入功率在測(cè)式點(diǎn)不準(zhǔn)確時(shí)差導(dǎo)較大；因此在本備案標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)試方法做出了如下規(guī)定。

表1 制冷季節(jié)需要制冷的各溫度發(fā)生時(shí)間（摘自GB/T 17758-2010）

表2 廣州地區(qū)干球溫度、含濕量統(tǒng)計(jì)

表3 各溫度點(diǎn)的水溫及建筑負(fù)荷

表4 各部分負(fù)荷點(diǎn)推導(dǎo)表

（1）為了測(cè)試或計(jì)算的準(zhǔn)確性，本備案標(biāo)準(zhǔn)仍規(guī)定除100%負(fù)荷的A點(diǎn)采用直接測(cè)試輸入功率外，其余B、C、D三個(gè)負(fù)荷點(diǎn)仍采用測(cè)試其附近（依據(jù)GB/T 10870規(guī)定誤差±2%）的COP，然后再根據(jù)B、C、D（附件點(diǎn)±2%均可）的COP用式（3）準(zhǔn)確計(jì)算A、B、C、D三個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的輸入功率。

式中：

W——為目標(biāo)點(diǎn)B或C或D點(diǎn)的輸入功率；

負(fù)荷%——為B、C或D的負(fù)荷率，查表5獲得；

Q——機(jī)組的標(biāo)稱(chēng)準(zhǔn)制冷量；

COP——為B、C或D對(duì)應(yīng)的COP。

（2）對(duì)于不能卸載到B、C、D負(fù)荷點(diǎn)（負(fù)荷率誤差超過(guò)±2%）的機(jī)組，采用在規(guī)定的B（或C、D）工況下測(cè)試其它負(fù)荷點(diǎn)的COP，然后用內(nèi)插法計(jì)算B（或C、D）點(diǎn)的COP，按式（3）分別計(jì)算相應(yīng)測(cè)試點(diǎn)的輸入功率。

（3）對(duì)于不能卸載到D（或C、B）的機(jī)組，測(cè)試方法按照GB/T 18430.1-2007(工況按表5)采用除CD（衰減系數(shù)）求得最低負(fù)荷點(diǎn)COP，再按式(3)求其相應(yīng)點(diǎn)的輸入功率。

CD——衰減系數(shù)，是由于機(jī)組無(wú)法達(dá)到最小負(fù)荷，壓縮機(jī)循環(huán)停機(jī)引起。計(jì)算公式參見(jiàn)GB/ T 18430.1-2007規(guī)定。

A、B、C、D各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的輸入功率均測(cè)試或計(jì)算之后，即可按式（2）及表5的權(quán)重時(shí)間計(jì)算年制冷季節(jié)耗電量E2。

表5 廣州地區(qū)四個(gè)溫度區(qū)間的負(fù)荷率、權(quán)重時(shí)間及工況

6 光伏空調(diào)系統(tǒng)耗電量評(píng)價(jià)

通用對(duì)上述安裝位置的光伏離心式冷水機(jī)組的年光伏發(fā)電量和空調(diào)機(jī)組運(yùn)行年耗電量的計(jì)算和測(cè)試方法的研究，按此方法測(cè)得的光伏發(fā)電量與空調(diào)運(yùn)行的年耗電量與實(shí)際運(yùn)行累計(jì)統(tǒng)計(jì)電量是相符的，發(fā)電量大于耗電量。且實(shí)際運(yùn)行的累積年耗電量比實(shí)測(cè)年耗電量更低，原因是單位從節(jié)能出發(fā)規(guī)定在環(huán)境溫度低于25℃時(shí)，中央空調(diào)不能開(kāi)啟。