汪雨清，卜 震，董翠麗（上海市建筑科學(xué)研究院有限公司， 上海 201108）

大型公共建筑因其高能耗引起人們的廣泛關(guān)注[1]，而供暖空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗則占大型公共建筑用能的 40%～50%[2]，能耗占比高。近年來針對(duì)大型公共建筑節(jié)能工作，也取得了一系列的成就[3]。傳統(tǒng)的空調(diào)用能診斷主要以專家經(jīng)驗(yàn)為主，耗時(shí)耗力，因此難以跟上新時(shí)代下基于智能化系統(tǒng)的新型高效用能診斷。當(dāng)前，建筑智能化系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和控制建筑的主要用能設(shè)備，通過智能化平臺(tái)可實(shí)時(shí)顯示建筑各設(shè)備運(yùn)行和能耗等基本用能參數(shù)。

憑借部分運(yùn)維記錄及智能化平臺(tái)監(jiān)測(cè)的供冷用能數(shù)據(jù)，并基于空調(diào)系統(tǒng)供冷冷源機(jī)組運(yùn)行性能系數(shù)（Coefficient of Performance，COP）及運(yùn)行負(fù)荷率等指標(biāo)，可快速、有效診斷大型公共建筑的空調(diào)供冷系統(tǒng)冷源運(yùn)行中存在的用能問題，并結(jié)合專業(yè)知識(shí)分析原因，給出優(yōu)化策略。

1 冷水機(jī)組運(yùn)行關(guān)鍵指標(biāo)

通常空調(diào)冷源機(jī)組的運(yùn)行評(píng)價(jià)采用的關(guān)鍵指標(biāo)主要為冷水機(jī)組運(yùn)行性能系數(shù)，指冷水機(jī)組制備的冷量與冷水機(jī)組能耗之比，計(jì)算公式如式（1）所示。

式中：COP—冷水機(jī)組運(yùn)行性能系數(shù)；

Q—冷水機(jī)組制備的冷量，kWh；

Nchiller—冷水機(jī)組的能耗，kWh。

對(duì)于電制冷機(jī)組，Nchiller為輸入的電量；對(duì)吸收式冷水機(jī)組，Nchiller為加熱熱源消耗量（以低位熱值計(jì)）與電量消耗量（折算成一次能源）之和。

冷機(jī)運(yùn)行的另外一個(gè)重要指標(biāo)即為冷機(jī)負(fù)荷率，指標(biāo)可有效反映冷機(jī)實(shí)際運(yùn)行制冷量占額定制冷量的比例，可初步判定冷機(jī)實(shí)際運(yùn)行出力。指標(biāo)計(jì)算公式如式（2）所示。

式中：R—冷水機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷率；

Qs—冷水機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)制備的冷量，kWh；

Qe—冷水機(jī)組額定工況運(yùn)行下制備的冷量，kWh。

2 診斷案例供冷系統(tǒng)

本案例建筑位于夏熱冬冷地區(qū)，主要功能為辦公和商業(yè)。空調(diào)系統(tǒng)分為內(nèi)區(qū)和外區(qū)，其中內(nèi)區(qū)常年供冷。在過渡季和冬季內(nèi)區(qū)供冷時(shí)段，主要供冷策略為采用冰蓄冷與常規(guī)電制冷機(jī)組相結(jié)合的模式，白天由冰蓄冷系統(tǒng)承擔(dān)內(nèi)區(qū)供冷負(fù)荷，晚間則由常規(guī)電制冷主機(jī)提供內(nèi)區(qū)所需冷量。建筑配備的 3 臺(tái)雙工況離心式冷水機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱雙工況冷機(jī)）和 3 臺(tái)常規(guī)電制冷離心式冷水機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱常規(guī)冷機(jī)）。其中 3 臺(tái)雙工況冷機(jī)在冬季和過渡季主要用于夜間制冰，3 臺(tái)常規(guī)冷機(jī)則用于夜間制冷。本次診斷對(duì)象為常規(guī)冷機(jī)，冷機(jī)額定供冷量等參數(shù)見表 1。

表1 常規(guī)冷機(jī)性能系數(shù)表

3 常規(guī)冷機(jī)用能診斷

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及溝通可知，過渡季和冬季建筑內(nèi)區(qū)晚間負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定，晚間主要開啟常規(guī) 2 號(hào)冷機(jī)，1 號(hào)常規(guī)冷機(jī)從不開啟。分別選取過渡季和冬季典型月數(shù)據(jù)，分析 2 號(hào)冷機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷率及運(yùn)行 COP，分別如圖 1、圖 2 所示。

圖1 過渡季和冬季典型月2號(hào)冷機(jī)夜間運(yùn)行負(fù)荷率

圖2 冬季和過渡季典型月2 號(hào)冷機(jī)夜間運(yùn)行 COP 分布情況

分析冬季和過渡季典型月2 號(hào)冷機(jī)夜間運(yùn)行的負(fù)荷率和 COP 分布情況可知，冬季和過渡季夜間 2 號(hào)冷機(jī)運(yùn)行負(fù)載率低于 55%（1 號(hào)冷機(jī)額定制冷量為 2 號(hào)或 3 號(hào)冷機(jī)額定制冷量的 55%）以下時(shí)段分別占 58% 和 69%，COP 分布分別為 2.96～3.77 和 2.53～3.74，COP 均值分別為 3.37 和 3.14。可以看出，冬季和過渡季夜間運(yùn)行 2 號(hào)大的冷機(jī)，多數(shù)時(shí)段均處于低負(fù)荷率運(yùn)行，且運(yùn)行 COP 均低于 3.5，僅為 2 號(hào)冷機(jī)額定 COP 的 60% 左右。因此，此策略下夜間運(yùn)行 2 號(hào)冷機(jī)進(jìn)行內(nèi)區(qū)供冷，存在一定的用能潛力。

4 優(yōu)化及節(jié)能效益計(jì)算

為最大發(fā)揮冷機(jī)制冷能力，本次提出采用 “小冷機(jī)替代大冷機(jī)”的運(yùn)行優(yōu)化策略，改善冷機(jī)運(yùn)行效率偏低和負(fù)荷率低的情形。結(jié)合實(shí)際冷機(jī) 2019年全年用能數(shù)據(jù)（圖 3），初步測(cè)算冬季（12月、1月及 2月）及過渡季（3～5月、10～11月）內(nèi)區(qū)供冷采用“小冷機(jī)替代大冷機(jī)”可節(jié)省的電量。

圖3 全年逐月常規(guī)冷機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)

因夏季白日冰蓄冷系統(tǒng)供冷量不足情況下，開啟部分常規(guī)冷機(jī)，因無法準(zhǔn)確剝離具體夏季夜間常規(guī)冷機(jī)用電，本次僅計(jì)算過渡季和冬季夜間運(yùn)行常規(guī)冷機(jī)用電及采用優(yōu)化策略后可節(jié)省的電量。

分別統(tǒng)計(jì)和計(jì)算冬季及過渡季常規(guī)冷機(jī)夜間運(yùn)行用電量，分別為 151709 kWh 和 589100 kWh，低于 55% 運(yùn)行時(shí)段分別占 58% 和 69%，對(duì)應(yīng)的常規(guī)冷機(jī)運(yùn)行 COP 均值分別為 3.37 和 3.14。替代 2 號(hào)冷機(jī)負(fù)荷率低于 55% 的時(shí)段運(yùn)行的 1 號(hào)常規(guī)冷機(jī)（小冷機(jī)）額定 COP 為 5.57，且基本可保證小冷機(jī)運(yùn)行負(fù)荷率在 80%～100%，始終處于高效運(yùn)行狀態(tài)。據(jù)文獻(xiàn)《基于全年負(fù)荷計(jì)算的制冷機(jī)組選型》[5]可知，冷機(jī) COP 在負(fù)荷率為 80% 以上時(shí)，基本接近額定 COP。冬季及過渡季夜間內(nèi)區(qū)供冷優(yōu)化節(jié)能量及單項(xiàng)節(jié)能率計(jì)算見表 2。

表2 冬季及過渡季優(yōu)化節(jié)能效果計(jì)算

通過計(jì)算可知，冬季和過渡季采用“小冷機(jī)替代大冷機(jī)”運(yùn)行優(yōu)化策略，單項(xiàng)節(jié)能率分別可達(dá) 65% 和 61%，節(jié)能率較高，說明采用此優(yōu)化措施可有效提升設(shè)備運(yùn)行效率，節(jié)能效益明顯。

5 結(jié)語

本文基于建筑實(shí)際運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)，并通過空調(diào)供冷系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)判定，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)開展用能診斷，發(fā)現(xiàn)案例中建筑內(nèi)區(qū)在冬季和過渡季夜間供冷時(shí)，采用的常規(guī)冷機(jī)運(yùn)行負(fù)荷率及系統(tǒng) COP 均較低，提出采用“小冷機(jī)替代大冷機(jī)”的運(yùn)行優(yōu)化策略，提升常規(guī)冷機(jī)運(yùn)行負(fù)載率及運(yùn)行 COP，節(jié)能效益顯著。