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)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)行規(guī)律和冷凍機(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)用和制冷效率在銷售和購(gòu)買冷凍機(jī)的過程中，商家和用戶十分重視比較冷凍機(jī)的價(jià)格（初投資），卻忽略冷凍機(jī)的

2、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)的制冷效率不能僅參考冷凍機(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。目前常用的二個(gè)指標(biāo)有IPLV和NPLV

3、。2 IPLV，NPLV的定義及由來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，借助于大計(jì)算機(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ARI550/590-98標(biāo)準(zhǔn)，白皮書）。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+0.45/C+0.12/D） 其中：冷凍機(jī)效

4、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公式說明：ARI定義當(dāng)冷卻水進(jìn)水溫度低于65F時(shí)，冷凍

5、機(jī)不開；即通過大量低溫室外新風(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)特工程所在地區(qū)的氣象2) 建筑物類型及冷負(fù)荷的來源因工程而異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。因此有必要討論多臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行規(guī)律。3 多

6、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 ton00003004003004004

7、00 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倍且多臺(tái)單機(jī)制冷量相同。因?yàn)榭紤]到冷凍機(jī)單

8、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92%上述對(duì)多臺(tái)機(jī)組運(yùn)行規(guī)律的分析表明：只

9、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。     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)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)（受太陽得熱影

10、響），冷凍機(jī)運(yùn)行效率在65%-75%區(qū)間內(nèi)效率最高（見圖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)，通過加減冷凍機(jī)來節(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，

11、冷卻水進(jìn)水溫度與冷凍水出水溫度溫差減小過度，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)行規(guī)律和部分負(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

12、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)*NPLV,取A=0.5, 權(quán)系數(shù)A范圍（0<A<1）比較兩種效率的制冷機(jī)組（根據(jù)樣本）的性能參數(shù)如下：二種效率的冷凍機(jī)滿負(fù)荷效率FLV單機(jī)NPLV效率綜合指標(biāo)PLV4效率(A=0.5)650冷噸（TON）KW/TONKW/TONKW/TON高效機(jī)組0.6040.5170.5605普通機(jī)組0.6570.5920.6245冷凍機(jī)性能差別0.0

13、530.0750.0640根據(jù)上表計(jì)算冷凍機(jī)在正常壽命中的運(yùn)行電費(fèi)及其差異如下：1) 機(jī)組使用壽命中的運(yùn)行電費(fèi)=機(jī)組壽命×電費(fèi)×全年機(jī)組能耗2) 全年機(jī)組能耗=全年機(jī)組運(yùn)行時(shí)間×機(jī)組總冷噸×綜合指標(biāo)PLV4二種效率冷凍機(jī)壽命中運(yùn)行電費(fèi)（四臺(tái)650冷噸）機(jī)組電費(fèi)(元)PLV4適中(A=0.5)機(jī)組電費(fèi)(元)PLV4=FLV(A=1)機(jī)組電費(fèi)(元)PLV4=NPLV(A=0)高效機(jī)組51,151,23055,121,04047,181,420普通機(jī)組56,991,87059,957,82054,025,920制冷機(jī)組運(yùn)行電費(fèi)差別5,840,6404,836,

14、7806,844,500全年機(jī)組運(yùn)行時(shí)間=6個(gè)月×30天/月×12小時(shí)/天=2160 小時(shí) 機(jī)組總冷噸=4臺(tái)×650TON/臺(tái)=2600 TON全年機(jī)組能耗=2160小時(shí)×2600 TON×PLV4（KW/TON）機(jī)組壽命=25年；電費(fèi)=0.65元/度； 四臺(tái)650冷噸冷凍機(jī)的進(jìn)口設(shè)備價(jià)約為54萬美元，與約5100-5700萬元（人民幣）冷凍機(jī)壽命周期運(yùn)行電費(fèi)相比，占冷凍機(jī)全部投資費(fèi)用的9%。而二種效率冷凍機(jī)的電費(fèi)差價(jià)約為584萬元（人民幣），介于483-684萬元（人民幣）之間。故采用高效制冷機(jī)組，在運(yùn)行壽命周期內(nèi)可節(jié)省約500多萬元電費(fèi)，可以回收54萬美元的冷凍機(jī)采購(gòu)費(fèi)。相當(dāng)于白送百萬元的冷凍機(jī)，這正是冷凍機(jī)高效率的體現(xiàn)。 6 結(jié)論：1) 在冷凍機(jī)的選擇中，應(yīng)兼顧冷凍機(jī)的初投資和運(yùn)行效率。因?yàn)樵趯?duì)冷凍機(jī)的所有投資中，初投資僅占8.3%，運(yùn)行電費(fèi)占91.4%。高效率的冷凍機(jī)在平均壽命25年中節(jié)省的