冷凍機的制冷效率與運行電費

1、冷凍機的制冷效率與運行電費        簡介： 本文提出在冷凍機平均使用壽命中運行電費遠大于冷凍機初投資的觀點，討論冷凍機的制冷效率對年運行費用的影響，在簡介和初評IPLV、NPLV，分析多臺機組并聯(lián)運行和冷凍機部分負荷下運行效率基礎上, 提出一種評估冷凍機組常年運行電費的方法，并舉例說明高效率的冷凍機節(jié)能效果顯著。因此在選擇冷凍機時，不僅比較冷凍機售價，更應比較冷凍機的制冷效率和運行電費。關鍵字：冷凍機 制冷效率 運行電費 部分負荷 1 關注冷凍機的運行費用和制冷效率在銷售和購買冷凍機的過程中，商家和用戶十分重

2、視比較冷凍機的價格（初投資），卻忽略冷凍機的運行費用巨大這一事實：以冷凍機的平均壽命25年計，在對冷凍機的所有投資中，初投資約占8.3%，運行費用約占91.4%，制冷劑添加費約占0.3%，故我們更應關注冷凍機的運行效率。比如若選用高效的水冷機組，其在25年平均壽命中節(jié)省的運行電費（與一般效率同類機組比較）可能接近機組初投資，相當于白送百萬元的冷凍機。果真如此嗎？分析冷凍機的運行費用需了解冷凍機的運行規(guī)律和制冷效率。由于以空調系統(tǒng)滿負荷為前提來選擇冷凍機的容量，而冷凍機絕大部份時間在部分負荷下運行，因此評價冷凍機的制冷效率不能僅冷凍機滿負荷下的制冷效率，還需要比較冷凍機在部分負荷工況下的制冷效率

3、。目前常用的二個指標有IPLV和NPLV。2 IPLV，NPLV的定義及由來IPLV（ARI標準工況下綜合部分負荷效率）與NPLV（非ARI標準工況下綜合部分負荷效率）是ARI（美國空調制冷學會）運用概率統(tǒng)計的方法，借助于大型機，對全美有代表性的29個城市的氣象數(shù)據、各類建筑物冷負荷、冷凍機的不同運行時間，進行綜合分析和加權平均處理，得出冷凍機的運行時間百分比與冷凍機的負荷之間的關系，共有四種模式（見ARI550/590-98標準，白皮書）。ARI根據此四種模式制定一個針對冷凍機產品單機性能的評價標準，即單機IPLV或NPLV方程（綜合模式）：IPLV=1/（0.01/A+0.42/B+0.4

4、5/C+0.12/D） 其中：冷凍機效率對應負荷冷卻水進水溫度對應冷凍機負荷冷凍機負荷運行時間百分比對應冷凍機負荷A85F / 29.4ºC100%0.01B75F / 23.8ºC75%0.42C65F / 18.3ºC50%0.45D65F / 18.3ºC25%0.12NPLV公式與IPLV公式一樣，僅NPLV公式中冷卻水最高進水溫度為實際應用中任一溫度，并且冷凍機100%與50%負荷（對應冷卻水65F進水溫度）之間, 冷凍機負荷與冷卻水進水溫度呈線性關系；冷凍機50%與0負荷之間, 冷卻水進水溫度恒為65F。上述NPLV、IPLV公式說明：ARI

5、定義當冷卻水進水溫度低于65F時，冷凍機不開；即通過大量低溫室外新風帶走空調系統(tǒng)冷負荷，或使用熱交換器代替冷凍機。根據上述介紹，我們看出NPLV、IPLV公式不能直接應用到我國空調系統(tǒng)中評價冷凍機效率。原因如下：1) 美國氣象數(shù)據不能代表我國特定工程所在地區(qū)的氣象2) 建筑物類型及冷負荷的來源因工程而異3) 冷凍機的運行時間差異較大4) 當冷卻水進水溫度低于65F時，某些工程仍需開冷凍機5) 實際工程中絕大多數(shù)（85%以上）多臺機組并聯(lián)運行，與ARI假設單臺機組承擔空調系統(tǒng)負荷情況大相徑庭。上述差異均導致NPLV、IPLV公式中與冷凍機負荷相對應的冷凍機行時間百分比不同，尤其是第5條的影響。因

6、此有必要討論多臺機組并聯(lián)運行規(guī)律。3 多臺制冷機組并聯(lián)運行規(guī)律分析請看不同組合的多臺機組運行時，單機負荷與機組負荷（空調系統(tǒng)負荷）的關系。（見表1、圖1）表1 單機負荷與機組負荷對比 總負荷1200 ton02003004006008009001200方案11200 ton02003004006008009001200600 ton0200300400600400450600方案2600 ton00000400450600400 ton020030040000300400方案3800 ton0000600800600800400 ton0200300400300400300400方案4400

7、ton0000300400300400400 ton000000300400圖1單機負荷與機組負荷對比上述圖表表明：1) 采用多臺冷凍機的項目，單機在高負荷區(qū)( 100%-75%)運行的時間百分比隨臺數(shù)增加而急增，遠超過用一臺冷凍機提供全額冷負荷的情況。2) 制冷量均等的單機負荷與機組負荷（空調系統(tǒng)負荷）關系如下：Y=N/j *X ( j=1,2, .N) ；( j-1/N< X < j/N )Y 單機負荷；X 機組負荷；N 單機數(shù)量3) 單機制冷量以1,2,4 ., 2N 倍分配而產生的組合，其單機在高負荷區(qū)間運行的時間百分比最大 4) 在實際運行中，冷凍機單機制冷量差別小于3倍

8、且多臺單機制冷量相同。因為考慮到冷凍機單機制冷量范圍的限制和冷凍機互換、備用，不同制冷量冷凍機的成本、占地面積。5) ARI推出的適用于單一機組制冷的NPLV、IPLV公式推廣到多臺機組制冷時，式中A、B、C、D的權重（運行時間百分比）將向高負荷區(qū)偏移，偏移程度與冷凍機臺數(shù)、單機制冷量分配有關。（見圖2）圖2 單機負荷與機組負荷的差異 上述對比圖表明：采用2-3臺冷凍機的常規(guī)項目中，單機在50%負荷以上區(qū)間運行的時間百分比超過87.2%上海某項目使用三臺冷凍機(一臺300 ton,二臺600ton)，單機累計運行16734小時，其中在50%負荷以上區(qū)間運行的時間為15395小時，時間百分比為9

9、2%上述對多臺機組運行規(guī)律的分析表明：只需要比較各品牌冷凍機在50%負荷以上時的效率，就能評估冷凍機在不同空調系統(tǒng)中的節(jié)能效果。1         4 制冷機組部分負荷下運行效率的分析比較比較冷凍機在部分負荷下運行效率時，有下列有趣現(xiàn)象：1) 冷卻水進水溫度不變時，負荷越高，冷凍機運行效率越高，在100%附近時冷凍機運行效率最高（見圖3）。圖3 冷凍機運行效率比較（冷卻水進水溫度不變）這就是用多臺機組代替單一機組運行時可節(jié)能的原因：因為在同一時刻，冷卻水進水溫度對于任一臺機組相同，多臺機組中的單機負荷大于單一機組運

10、行負荷，故單機的運行效率高，節(jié)能。2)冷卻水進水溫度與空調系統(tǒng)負荷同步變化時（受太陽得熱影響），冷凍機運行效率在65%-75%區(qū)間內效率最高（見圖4）。 圖4冷凍機運行效率比較（冷卻水進水溫度變化）這是因為在冷凍水溫度不變情況下，冷卻水進水溫度降低后，減小了冷凝器與蒸發(fā)器中制冷劑的壓差，冷凍機運行效率提高，相當于增加了散熱面積。3) 與多臺機組代替單一機組運行的節(jié)能措施相比，冷卻水進水溫度降低對冷凍機運行效率提高影響較大。在實際工程中，冷卻水進水溫度與空調系統(tǒng)負荷變化趨勢相同。4) 空調系統(tǒng)負荷變化大時，通過加減冷凍機來節(jié)能。客觀上冷卻水進水溫度降低對冷凍機運行效率提高有利，主觀上提高冷凍水出

11、水溫度，也可提高冷凍機運行效率（空調系統(tǒng)負荷減小，允許提高冷凍水出水溫度）。但是物極必反，冷卻水進水溫度與冷凍水出水溫度溫差減小過度，對離心機而言會發(fā)生喘振。5 冷凍機壽命周期內的運行費用分析比較了解了冷凍機組（含多臺）的運行和部分負荷下運行效率，我們可以抓住本質，比較不同品牌冷凍機在正常壽命中的運行費用。雖然特定工程所處的地理環(huán)境不同、建筑物類型不同、冷負荷來源不同、冷凍機的臺數(shù)和運行時間不同，但是我們可以通過類比方法，比較典型工況下不同品牌冷凍機的運行效率，結合全年冷凍機運行時間表，以冷凍機運行效率的綜合指標，綜合考慮不同品牌冷凍機的運行效率差異的最大值和最小值，就可以比較不同品牌冷凍機全年的運行費用，并推算出冷凍機在正常壽命中的運行費用差異，以協(xié)助我們合理選擇冷凍機。以四臺650冷噸的冷凍機為例，評價四臺冷凍機運行效率的綜合指標PLV4應介于單機滿負荷效率FLV與NPLV之間，因為四臺冷凍機在一年四季中既不是全部滿負荷運行，也與一臺冷凍機承擔空調系統(tǒng)負荷的情況區(qū)別較大。用公式表示：PLV4=A*FLV+(1-A)*N