葉飛

摘 要：依據(jù)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、研究文獻(xiàn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)，該文提出了中央空調(diào)系統(tǒng)的溫濕度指標(biāo)、能效比模型、制冷系統(tǒng)能效比模型、冷凍水輸送系數(shù)模型、空調(diào)末端能效比模型?；谏鲜鲋笜?biāo)和模型，構(gòu)建了中央空調(diào)運(yùn)行能效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和對(duì)應(yīng)的能效診斷方法。

關(guān)鍵詞：溫濕度指標(biāo) 能效比模型 制冷系統(tǒng)能效比模型 冷凍水輸送系數(shù)模型 空調(diào)末端能效比模型

中圖分類(lèi)號(hào)：TB657 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）09（a）-0079-03

在發(fā)達(dá)國(guó)家中，暖通空調(diào)能耗占建筑能耗的65%，若以建筑能耗占總能耗的35%計(jì)算，暖通空調(diào)能耗占總能耗的比例高達(dá)23%。空調(diào)也是通信機(jī)房和基站中的最主要的耗電設(shè)備，空調(diào)系統(tǒng)能耗占整個(gè)通信行業(yè)能耗的40%以上。目前，我國(guó)大多數(shù)公共建筑中應(yīng)用的中央空調(diào)機(jī)組普遍處于設(shè)計(jì)選型不合理、運(yùn)行能耗高、自動(dòng)化水平低、維修率高、使用壽命短的困境，節(jié)能潛力很大。

1 技術(shù)原理

如圖1所示，水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)由中央空調(diào)主機(jī)、冷卻水系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)等部件構(gòu)成。

2 能效標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

（1）國(guó)外能效標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

美國(guó)的最低能效要求MEPS制度于2000年開(kāi)始實(shí)施。

日本的空調(diào)能效法以“平均能效比COP”作為評(píng)價(jià)對(duì)象，要求4.0 kW以下壁掛機(jī)從2003年開(kāi)始實(shí)施，其它機(jī)種2006年之后實(shí)施；2010年新的空調(diào)節(jié)能法采用季節(jié)能效比“APF”作為節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)。

歐盟2012年頒布了空調(diào)的ERP生態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)施條例，規(guī)定了空調(diào)的生態(tài)設(shè)計(jì)的要求、合格評(píng)定的方式、市場(chǎng)監(jiān)管中的驗(yàn)證程序等等，空調(diào)器能耗與效率的測(cè)量和計(jì)算。

澳大利亞設(shè)備能效委員會(huì)2010年提出了有關(guān)空調(diào)最低能效要求的法規(guī)影響評(píng)估報(bào)告，強(qiáng)化了空調(diào)的最低能效標(biāo)準(zhǔn)水平。

（2）我國(guó)能效標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

空調(diào)行業(yè)常見(jiàn)的能效比指標(biāo)主要是EER和COP，EER是空調(diào)器的制冷性能系數(shù)，也稱(chēng)能效比，表示空調(diào)器的單位功率制冷量。COP是制冷（熱）循環(huán)中產(chǎn)生的制冷（熱）量與制冷（熱）所耗電功率之比，分為制冷和制熱時(shí)的COP，制冷時(shí)的性能系數(shù)也稱(chēng)ERR。EER和COP越高，空調(diào)器能耗越小，性能比越高。

3 能效模型及評(píng)價(jià)指標(biāo)

依據(jù)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、研究文獻(xiàn)，該文主要建立用于中央空調(diào)能效分析的模型、指標(biāo)及限值[1-2]。

3.1 能效比模型及指標(biāo)

當(dāng)輸入能源全部為電能時(shí)，能效比模型定義如式（1）。

式（1）中：EERs為空調(diào)系統(tǒng)能效比；Q為空調(diào)系統(tǒng)制備的總冷量，單位為千瓦時(shí)（kWh）；ΣNi為空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備，包括冷水機(jī)組、冷卻水泵、冷卻塔、空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備等的總電耗，單位為千瓦時(shí)（kWh）。

EERs指標(biāo)用于評(píng)價(jià)空調(diào)系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率，EERs指標(biāo)值越高，越節(jié)能。

3.2 制冷系統(tǒng)能效比模型

當(dāng)使用電驅(qū)動(dòng)冷水機(jī)組時(shí)，采用制冷系統(tǒng)能效比模型評(píng)價(jià)制冷子系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況，如式（2）所示。

式（2）中：EERr為制冷系統(tǒng)能效比；ΣNj 為制冷系統(tǒng)主要設(shè)備的電耗，單位為千瓦時(shí)（kWh）。

當(dāng)系統(tǒng)采用水冷冷水機(jī)組，并采用蒸發(fā)式冷卻塔冷卻時(shí)，應(yīng)采用式（3）計(jì)算。

式（3）中：Nchiller、Ncp、Nct分別為冷水機(jī)組、冷卻水泵、冷卻塔能耗，單位為千瓦時(shí)（kwh）。

3.3 冷凍水輸送系數(shù)模型

式（4）中：WTFchw為冷凍水輸送系數(shù)；Nchp為冷凍水泵總能耗，單位為千瓦時(shí)（kWh）。

3.4 空調(diào)末端能效比模型

式（5）中：EERt 空調(diào)末端能效比；ΣNt為各類(lèi)空調(diào)末端的年電耗，單位為千瓦時(shí)（kWh）。

4 能效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

基于上述提出的能效指標(biāo)，該文構(gòu)建了中央空調(diào)運(yùn)行能效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖中的一級(jí)指標(biāo)、室內(nèi)環(huán)境二級(jí)指標(biāo)不提供計(jì)算方法和限值，只是用來(lái)表征其下屬指標(biāo)的分類(lèi)。

5 基于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的診斷方法

采用圖2所示能效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行運(yùn)行能效診斷時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。

（1）指標(biāo)的全年累計(jì)工況限值適用于節(jié)能評(píng)估（全年工況測(cè)評(píng)），典型工況限值適用于節(jié)能檢測(cè)（單點(diǎn)工況測(cè)試）。

（2）各指標(biāo)計(jì)算所需的流量、溫度、電量等信息由現(xiàn)場(chǎng)布置的傳感器采集，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線匯集到客戶(hù)側(cè)主站。

（3）空調(diào)系統(tǒng)能效比指標(biāo)反映系統(tǒng)的整體能效特性，超標(biāo)說(shuō)明系統(tǒng)整體有能效問(wèn)題；其下屬子指標(biāo)體現(xiàn)具體部件的能效問(wèn)題，例如當(dāng)冷凍水輸送系數(shù)超標(biāo)時(shí)，說(shuō)明冷凍水輸送系統(tǒng)存在能效問(wèn)題。

（4）當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)指標(biāo)超標(biāo)時(shí)，客戶(hù)側(cè)主站發(fā)送能效報(bào)警，并提醒工作人員按照典型問(wèn)題檢查空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。表1、表2給出了冷卻水輸送系數(shù)指標(biāo)、冷水機(jī)組運(yùn)行效率指標(biāo)偏低的可能原因[3-4]。

（5）根據(jù)上述指標(biāo)的計(jì)算和分析，給出空調(diào)系統(tǒng)的能效診斷意見(jiàn)，制定節(jié)能改造措施，如更換水泵電機(jī)、提高制冷工況下的房間預(yù)設(shè)溫度、系統(tǒng)維護(hù)等。對(duì)提出的節(jié)能措施，要綜合考慮改造成本、節(jié)能效果，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析。

冷卻水泵揚(yáng)程過(guò)高冷卻水回路存在不合理阻力部件，導(dǎo)致冷卻水泵揚(yáng)程偏大定流量運(yùn)行的冷卻水泵，當(dāng)揚(yáng)程超出正常情況下的數(shù)值時(shí)，應(yīng)該檢查冷卻水環(huán)路壓降過(guò)濾器清洗工作不夠，壓降過(guò)大；閥門(mén)調(diào)節(jié)失靈，管路中的閥門(mén)常年處于半開(kāi)或開(kāi)度很小的狀態(tài)；水泵選型過(guò)大后為防止燒泵，關(guān)閉閥門(mén)，調(diào)整水泵工作點(diǎn)。

冷卻水供回溫差過(guò)小由于實(shí)際流量偏大，導(dǎo)致供回水溫差過(guò)小根據(jù)運(yùn)行記錄或一段時(shí)間內(nèi)的測(cè)量結(jié)果，判斷溫差是否偏小冷卻水定流量運(yùn)行，部分負(fù)荷下會(huì)出現(xiàn)小溫差現(xiàn)象；水泵選型過(guò)大，工作點(diǎn)右偏，導(dǎo)致流量偏大；冷機(jī)旁通，一機(jī)對(duì)兩泵，導(dǎo)致小溫差工況運(yùn)行；水力調(diào)節(jié)不勻，或者部分末端旁通，造成小溫差工況運(yùn)行。

冷卻水泵效率低水泵的額定效率一般在70%以上，實(shí)測(cè)中很多水泵的效率小于50%比較冷水機(jī)組COP全年累計(jì)值與當(dāng)?shù)亟ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)水泵選型過(guò)大，工作點(diǎn)偏離，導(dǎo)致效率降低

設(shè)備自身參數(shù)（如額定制冷量、性能等）與實(shí)際需求不匹配冷水機(jī)組偏離最佳工況點(diǎn)比較最大冷負(fù)荷工況下的冷水機(jī)組COP瞬時(shí)值與冷水機(jī)組額定COP 冷水機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)選型偏大，冷水機(jī)組性能老化。

設(shè)備運(yùn)行管理時(shí)存在的問(wèn)題冷機(jī)COP偏低比較冷水機(jī)組COP全年累計(jì)值與當(dāng)?shù)亟ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)多臺(tái)冷機(jī)運(yùn)行時(shí)策略過(guò)于保守，冷卻塔效率偏低導(dǎo)致冷卻水回水溫度偏高等。

設(shè)備自身參數(shù)（如額定制冷量、性能等）與實(shí)際需求不匹配，冷水機(jī)組偏離最佳工況點(diǎn)，比較最大冷負(fù)荷工況下的冷水機(jī)組COP瞬時(shí)值與冷水機(jī)組額定COP 冷水機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)選型偏大，冷水機(jī)組性能老化。

設(shè)備運(yùn)行管理時(shí)存在的問(wèn)題冷機(jī)COP偏低，比較冷水機(jī)組COP全年累計(jì)值與當(dāng)?shù)亟ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)多臺(tái)冷機(jī)運(yùn)行時(shí)策略過(guò)于保守，冷卻塔效率偏低導(dǎo)致冷卻水回水溫度偏高等。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 17981-2007，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[S].2007.

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