冷凍機(jī)的制冷效率與運(yùn)行電費(fèi)

1、冷凍機(jī)的制冷效率與運(yùn)行電費(fèi)        簡(jiǎn)介： 本文提出在冷凍機(jī)平均使用壽命中運(yùn)行電費(fèi)遠(yuǎn)大于冷凍機(jī)初投資的觀點(diǎn)，討論冷凍機(jī)的制冷效率對(duì)年運(yùn)行費(fèi)用的影響，在簡(jiǎn)介和初評(píng)IPLV、NPLV，分析多臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行和冷凍機(jī)部分負(fù)荷下運(yùn)行效率基礎(chǔ)上, 提出一種評(píng)估冷凍機(jī)組常年運(yùn)行電費(fèi)的方法，并舉例說(shuō)明高效率的冷凍機(jī)節(jié)能效果顯著。因此在選擇冷凍機(jī)時(shí)，不僅比較冷凍機(jī)售價(jià)，更應(yīng)比較冷凍機(jī)的制冷效率和運(yùn)行電費(fèi)。關(guān)鍵字：冷凍機(jī) 制冷效率 運(yùn)行電費(fèi) 部分負(fù)荷 1 關(guān)注冷凍機(jī)的運(yùn)行費(fèi)用和制冷效率在銷(xiāo)售和購(gòu)買(mǎi)冷凍機(jī)的過(guò)程中，商家和用戶十分重

2、視比較冷凍機(jī)的價(jià)格（初投資），卻忽略冷凍機(jī)的運(yùn)行費(fèi)用巨大這一事實(shí)：以冷凍機(jī)的平均壽命25年計(jì)，在對(duì)冷凍機(jī)的所有投資中，初投資約占8.3%，運(yùn)行費(fèi)用約占91.4%，制冷劑添加費(fèi)約占0.3%，故我們更應(yīng)關(guān)注冷凍機(jī)的運(yùn)行效率。比如若選用高效的水冷機(jī)組，其在25年平均壽命中節(jié)省的運(yùn)行電費(fèi)（與一般效率同類機(jī)組比較）可能接近機(jī)組初投資，相當(dāng)于白送百萬(wàn)元的冷凍機(jī)。果真如此嗎？分析冷凍機(jī)的運(yùn)行費(fèi)用需了解冷凍機(jī)的運(yùn)行規(guī)律和制冷效率。由于以空調(diào)系統(tǒng)滿負(fù)荷為前提來(lái)選擇冷凍機(jī)的容量，而冷凍機(jī)絕大部份時(shí)間在部分負(fù)荷下運(yùn)行，因此評(píng)價(jià)冷凍機(jī)的制冷效率不能僅冷凍機(jī)滿負(fù)荷下的制冷效率，還需要比較冷凍機(jī)在部分負(fù)荷工況下的制冷效率

3、。目前常用的二個(gè)指標(biāo)有IPLV和NPLV。2 IPLV，NPLV的定義及由來(lái)IPLV（ARI標(biāo)準(zhǔn)工況下綜合部分負(fù)荷效率）與NPLV（非ARI標(biāo)準(zhǔn)工況下綜合部分負(fù)荷效率）是ARI（美國(guó)空調(diào)制冷學(xué)會(huì)）運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)的方法，借助于大型機(jī)，對(duì)全美有代表性的29個(gè)城市的氣象數(shù)據(jù)、各類建筑物冷負(fù)荷、冷凍機(jī)的不同運(yùn)行時(shí)間，進(jìn)行綜合分析和加權(quán)平均處理，得出冷凍機(jī)的運(yùn)行時(shí)間百分比與冷凍機(jī)的負(fù)荷之間的關(guān)系，共有四種模式（見(jiàn)ARI550/590-98標(biāo)準(zhǔn)，白皮書(shū)）。ARI根據(jù)此四種模式制定一個(gè)針對(duì)冷凍機(jī)產(chǎn)品單機(jī)性能的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即單機(jī)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(jī)效率對(duì)應(yīng)負(fù)荷冷卻水進(jìn)水溫度對(duì)應(yīng)冷凍機(jī)負(fù)荷冷凍機(jī)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間百分比對(duì)應(yīng)冷凍機(jī)負(fù)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(jìn)水溫度為實(shí)際應(yīng)用中任一溫度，并且冷凍機(jī)100%與50%負(fù)荷（對(duì)應(yīng)冷卻水65F進(jìn)水溫度）之間, 冷凍機(jī)負(fù)荷與冷卻水進(jìn)水溫度呈線性關(guān)系；冷凍機(jī)50%與0負(fù)荷之間, 冷卻水進(jìn)水溫度恒為65F。上述NPLV、IPLV公式說(shuō)明：ARI

5、定義當(dāng)冷卻水進(jìn)水溫度低于65F時(shí)，冷凍機(jī)不開(kāi)；即通過(guò)大量低溫室外新風(fēng)帶走空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷，或使用熱交換器代替冷凍機(jī)。根據(jù)上述介紹，我們看出NPLV、IPLV公式不能直接應(yīng)用到我國(guó)空調(diào)系統(tǒng)中評(píng)價(jià)冷凍機(jī)效率。原因如下：1) 美國(guó)氣象數(shù)據(jù)不能代表我國(guó)特定工程所在地區(qū)的氣象2) 建筑物類型及冷負(fù)荷的來(lái)源因工程而異3) 冷凍機(jī)的運(yùn)行時(shí)間差異較大4) 當(dāng)冷卻水進(jìn)水溫度低于65F時(shí)，某些工程仍需開(kāi)冷凍機(jī)5) 實(shí)際工程中絕大多數(shù)（85%以上）多臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，與ARI假設(shè)單臺(tái)機(jī)組承擔(dān)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷情況大相徑庭。上述差異均導(dǎo)致NPLV、IPLV公式中與冷凍機(jī)負(fù)荷相對(duì)應(yīng)的冷凍機(jī)行時(shí)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(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行規(guī)律。3 多臺(tái)制冷機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行規(guī)律分析請(qǐng)看不同組合的多臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，單機(jī)負(fù)荷與機(jī)組負(fù)荷（空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷）的關(guān)系。（見(jiàn)表1、圖1）表1 單機(jī)負(fù)荷與機(jī)組負(fù)荷對(duì)比 總負(fù)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(jī)負(fù)荷與機(jī)組負(fù)荷對(duì)比上述圖表表明：1) 采用多臺(tái)冷凍機(jī)的項(xiàng)目，單機(jī)在高負(fù)荷區(qū)( 100%-75%)運(yùn)行的時(shí)間百分比隨臺(tái)數(shù)增加而急增，遠(yuǎn)超過(guò)用一臺(tái)冷凍機(jī)提供全額冷負(fù)荷的情況。2) 制冷量均等的單機(jī)負(fù)荷與機(jī)組負(fù)荷（空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷）關(guān)系如下：Y=N/j *X ( j=1,2, .N) ；( j-1/N< X < j/N )Y 單機(jī)負(fù)荷；X 機(jī)組負(fù)荷；N 單機(jī)數(shù)量3) 單機(jī)制冷量以1,2,4 ., 2N 倍分配而產(chǎn)生的組合，其單機(jī)在高負(fù)荷區(qū)間運(yùn)行的時(shí)間百分比最大 4) 在實(shí)際運(yùn)行中，冷凍機(jī)單機(jī)制冷量差別小于3倍

8、且多臺(tái)單機(jī)制冷量相同。因?yàn)榭紤]到冷凍機(jī)單機(jī)制冷量范圍的限制和冷凍機(jī)互換、備用，不同制冷量冷凍機(jī)的成本、占地面積。5) ARI推出的適用于單一機(jī)組制冷的NPLV、IPLV公式推廣到多臺(tái)機(jī)組制冷時(shí)，式中A、B、C、D的權(quán)重（運(yùn)行時(shí)間百分比）將向高負(fù)荷區(qū)偏移，偏移程度與冷凍機(jī)臺(tái)數(shù)、單機(jī)制冷量分配有關(guān)。（見(jiàn)圖2）圖2 單機(jī)負(fù)荷與機(jī)組負(fù)荷的差異 上述對(duì)比圖表明：采用2-3臺(tái)冷凍機(jī)的常規(guī)項(xiàng)目中，單機(jī)在50%負(fù)荷以上區(qū)間運(yùn)行的時(shí)間百分比超過(guò)87.2%上海某項(xiàng)目使用三臺(tái)冷凍機(jī)(一臺(tái)300 ton,二臺(tái)600ton)，單機(jī)累計(jì)運(yùn)行16734小時(shí)，其中在50%負(fù)荷以上區(qū)間運(yùn)行的時(shí)間為15395小時(shí)，時(shí)間百分比為9

9、2%上述對(duì)多臺(tái)機(jī)組運(yùn)行規(guī)律的分析表明：只需要比較各品牌冷凍機(jī)在50%負(fù)荷以上時(shí)的效率，就能評(píng)估冷凍機(jī)在不同空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能效果。1         4 制冷機(jī)組部分負(fù)荷下運(yùn)行效率的分析比較比較冷凍機(jī)在部分負(fù)荷下運(yùn)行效率時(shí)，有下列有趣現(xiàn)象：1) 冷卻水進(jìn)水溫度不變時(shí)，負(fù)荷越高，冷凍機(jī)運(yùn)行效率越高，在100%附近時(shí)冷凍機(jī)運(yùn)行效率最高（見(jiàn)圖3）。圖3 冷凍機(jī)運(yùn)行效率比較（冷卻水進(jìn)水溫度不變）這就是用多臺(tái)機(jī)組代替單一機(jī)組運(yùn)行時(shí)可節(jié)能的原因：因?yàn)樵谕粫r(shí)刻，冷卻水進(jìn)水溫度對(duì)于任一臺(tái)機(jī)組相同，多臺(tái)機(jī)組中的單機(jī)負(fù)荷大于單一機(jī)組運(yùn)

10、行負(fù)荷，故單機(jī)的運(yùn)行效率高，節(jié)能。2)冷卻水進(jìn)水溫度與空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷同步變化時(shí)（受太陽(yáng)得熱影響），冷凍機(jī)運(yùn)行效率在65%-75%區(qū)間內(nèi)效率最高（見(jiàn)圖4）。 圖4冷凍機(jī)運(yùn)行效率比較（冷卻水進(jìn)水溫度變化）這是因?yàn)樵诶鋬鏊疁囟炔蛔兦闆r下，冷卻水進(jìn)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(jī)運(yùn)行效率提高，相當(dāng)于增加了散熱面積。3) 與多臺(tái)機(jī)組代替單一機(jī)組運(yùn)行的節(jié)能措施相比，冷卻水進(jìn)水溫度降低對(duì)冷凍機(jī)運(yùn)行效率提高影響較大。在實(shí)際工程中，冷卻水進(jìn)水溫度與空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷變化趨勢(shì)相同。4) 空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷變化大時(shí)，通過(guò)加減冷凍機(jī)來(lái)節(jié)能?？陀^上冷卻水進(jìn)水溫度降低對(duì)冷凍機(jī)運(yùn)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(jī)運(yùn)行效率（空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷減小，允許提高冷凍水出水溫度）。但是物極必反，冷卻水進(jìn)水溫度與冷凍水出水溫度溫差減小過(guò)度，對(duì)離心機(jī)而言會(huì)發(fā)生喘振。5 冷凍機(jī)壽命周期內(nèi)的運(yùn)行費(fèi)用分析比較了解了冷凍機(jī)組（含多臺(tái)）的運(yùn)行和部分負(fù)荷下運(yùn)行效率，我們可以抓住本質(zhì)，比較不同品牌冷凍機(jī)在正常壽命中的運(yùn)行費(fèi)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(fù)荷來(lái)源不同、冷凍機(jī)的臺(tái)數(shù)和運(yùn)行時(shí)間不同，但是我們可以通過(guò)類比方法，比較典型工況下不同品牌冷凍機(jī)的運(yùn)行效率，結(jié)合全年冷凍機(jī)運(yùn)行時(shí)間表，以冷凍機(jī)運(yùn)行效率的綜合指標(biāo)，綜合考慮不同品牌冷凍機(jī)的運(yùn)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(jī)全年的運(yùn)行費(fèi)用，并推算出冷凍機(jī)在正常壽命中的運(yùn)行費(fèi)用差異，以協(xié)助我們合理選擇冷凍機(jī)。以四臺(tái)650冷噸的冷凍機(jī)為例，評(píng)價(jià)四臺(tái)冷凍機(jī)運(yùn)行效率的綜合指標(biāo)PLV4應(yīng)介于單機(jī)滿負(fù)荷效率FLV與NPLV之間，因?yàn)樗呐_(tái)冷凍機(jī)在一年四季中既不是全部滿負(fù)荷運(yùn)行，也與一臺(tái)冷凍機(jī)承擔(dān)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的情況區(qū)別較大。用公式表示：PLV4=A*FLV+(1-A)*N