冷水機(jī)組運(yùn)行組合方式的節(jié)能控制策略

冷水機(jī)組運(yùn)行組合方式的節(jié)能控制策略2010-9-7高亞鋒李百戰(zhàn)章文潔陳玉遠(yuǎn)分享到：QQ空間新浪微博開心網(wǎng)人人網(wǎng)摘要：結(jié)合工程實(shí)例，以能效比(EER)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，探討了空調(diào)系統(tǒng)冷水機(jī)組最佳運(yùn)行組合方式。與根據(jù)實(shí)測冷負(fù)荷開啟相應(yīng)制冷量冷水機(jī)組的運(yùn)行組合方式相比，冷水機(jī)組、冷水泵、冷卻塔、冷卻水泵的總耗電量可降低4.8%。關(guān)鍵詞：冷水機(jī)組；能效比；制冷性能系數(shù)ControlStrategyforEnergySavingofCombinedOperationModeofChillerGAOYa-feng，LIBai-zhan，ZHANGWen-iie，CHENYu-yuanAbstract：Basedoncasestudy，takingtheenergyefficiencyratio(EER)asanevaluationindex，theoptimalcombinedoperationmodeofchillersinair-conditioningsystemisinvestigatedandcomparedwiththecombinedoperationmodeofchillersgeneratingthecorrespondingrefrigeratingcapacitysimplybasedonthemeasuredcoolingload.Thetotalelectricconsumptionofchillers，coldwaterpumps，coolingtowersandcoolingwaterpumpscanbereducedby4.8%.Keywords：chiller；energyefficiencyratio(EER)；coefficientofperformance概述目前，中國每年竣工的建筑面積中公共建筑約4X108m2，在酒店、辦公、商場、教學(xué)樓等大型公共建筑中，空調(diào)系統(tǒng)能耗占建筑總能耗的50%以上，因此公共建筑的節(jié)能更應(yīng)引起社會(huì)各方的關(guān)注［1T。公共建筑的節(jié)能應(yīng)著手于每個(gè)環(huán)節(jié)，空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能首當(dāng)其沖。空調(diào)系統(tǒng)中，冷水機(jī)組、冷水泵、冷卻水泵及冷卻塔是系統(tǒng)中耗能較高的設(shè)備，根據(jù)冷負(fù)荷對冷水機(jī)的運(yùn)行合理配置，可以提高空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能率，且易于實(shí)現(xiàn)。對于冷水機(jī)組運(yùn)行的控制是在滿足末端負(fù)荷要求的前提下，根據(jù)冷負(fù)荷合理確定冷水機(jī)組的運(yùn)行組合方式，使空調(diào)系統(tǒng)具有較高的工作效率，又不至于頻繁啟停冷水機(jī)組，這對于保障冷水機(jī)組安全、可靠、節(jié)能運(yùn)行有著重要意義。冷水機(jī)組的運(yùn)行的控制方法有壓差旁通控制法、回水溫度控制法、負(fù)荷控制法［5］。目前由于旁通管的選擇、溫度和流量傳感器精度不高等因素，不同程度降低了以上3種方法對冷水機(jī)組運(yùn)行的控制精度。雖然這3種方法可以滿足末端負(fù)荷需求，卻不一定具有最佳的節(jié)能效果［6］。對于由多臺(tái)冷水機(jī)組構(gòu)成的冷源系統(tǒng)，某一負(fù)荷下開啟冷水機(jī)組的方式多樣，必然存在一種使得能耗最小的組合，且相對于以上3種控制方式而言易于實(shí)現(xiàn)。本文結(jié)合工程實(shí)例，對冷水機(jī)組運(yùn)行組合方式的節(jié)能控制策略進(jìn)行分析。冷源及空調(diào)負(fù)荷概況某教學(xué)樓是集教學(xué)、科研、辦公、會(huì)議等功能于一體的綜合性建筑?？偨ㄖ娣e約70032m2，地下3層，地上26層，建筑高99.1m，空調(diào)面積約37000m2，教學(xué)樓的使用時(shí)間為8:00—24:00?？照{(diào)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，負(fù)荷隨著室外溫度變化?？照{(diào)系統(tǒng)在冷負(fù)荷范圍為0?10%、10%?20%、20%?30%、30%?40%、40%?50%、50%?60%、60%?70%、70%?80%、80%?90%、90%?100%的運(yùn)行時(shí)間，分別占總運(yùn)行時(shí)間的11.5%、17.5%、13.3%、12.7%、13.3%、13.3%、&7%、6.6%、2.3%、0.8%。對于大型空調(diào)系統(tǒng)，為使空調(diào)系統(tǒng)在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)也有較高的效率，設(shè)計(jì)人員多采用大容量離心式冷水機(jī)組與小容量螺桿式冷水機(jī)組進(jìn)行組合。當(dāng)負(fù)荷較小時(shí)，運(yùn)行螺桿式機(jī)組即可。在進(jìn)行螺桿式機(jī)組選型時(shí)，可按照離心式機(jī)組制冷能力的40%進(jìn)行選擇⑷。該空調(diào)系統(tǒng)選用3臺(tái)離心式機(jī)組與1臺(tái)螺桿式機(jī)組，冷水進(jìn)、出水溫度為13、7°C，冷卻水進(jìn)、出水溫為32、37°C。冷水機(jī)組與附屬設(shè)備見表1⑺，冷水系統(tǒng)流程見圖1。表1冷水機(jī)組與附屬設(shè)備閃設(shè)備名稱參數(shù)數(shù)量/臺(tái)備注離心式冷水機(jī)組制冷量為2637kW,功率為490kW3—螺桿式冷水機(jī)組制冷量為1167kW,功率為251kW1—冷水泵流量為324m3h，揚(yáng)程為37m，功率為45kW43用1備

流量為128ms/h，揚(yáng)程為37m，功率為18.5kW21用1備冷卻水泵流量為700m3/h，揚(yáng)程為32m，功率為75kW43用1備流量為350m3/h，揚(yáng)程為32m，功率為55kW21用1備冷卻塔流量為700m3/h，功率為22kW3—流量為350m3/h，功率為11kW1—離心式冷木機(jī)姐離心式玲水機(jī)紐蛾桿式冷水機(jī)紐■3K黠分水器?1冷水系統(tǒng)流程離心式冷木機(jī)姐離心式玲水機(jī)紐蛾桿式冷水機(jī)紐■3K黠分水器冷水機(jī)組最佳運(yùn)行組合方式不同部分負(fù)荷率下冷水機(jī)組的性能曲線見圖2。離心式機(jī)組在部分負(fù)荷率為60%時(shí)制冷性能系數(shù)最大，而后隨著負(fù)荷增大而降低。螺桿式機(jī)組在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)制冷性能系數(shù)最小，當(dāng)部分負(fù)荷率為30%時(shí)最大。

、乜LI、乜LIiIb1L,丄I1.■)0203040506070m9()100郵井負(fù)術(shù)率#%圖2不同部分負(fù)荷率下冷水機(jī)組的性能曲線十鰥桿式機(jī)細(xì)十離心式機(jī)細(xì)本文選用能效比（EER）來評(píng)價(jià)冷水系統(tǒng)的運(yùn)行效率，冷水系統(tǒng)的能效比表示冷水系統(tǒng)總制冷量與冷水機(jī)組、冷卻塔、冷水泵、冷卻水泵耗電量之比。根據(jù)冷水機(jī)組容量，不同負(fù)荷下機(jī)組運(yùn)行組合方式見表2。由于在每臺(tái)冷水機(jī)組出水管上均安裝了定流量閥，從而確保了冷水機(jī)組與冷水泵、冷卻水泵在額定流量下運(yùn)行。認(rèn)為冷卻水泵、冷卻塔的運(yùn)行功率與額定功率近似相等，二者的運(yùn)行功率按其額定功率計(jì)算，冷卻水流量、冷水流量均為機(jī)組額定流量。在相同負(fù)荷情況下，末端設(shè)備（風(fēng)機(jī)盤管）的能耗不變，只考慮冷水機(jī)組與冷水泵、冷卻水泵、冷卻塔的耗電量。不同負(fù)荷范圍下不同機(jī)組運(yùn)行組合方式的EER變化見圖3?8。由圖3可知，隨著負(fù)荷的增加，開啟離心式機(jī)組時(shí)冷水系統(tǒng)的EER逐漸增加。當(dāng)負(fù)荷為1091kW時(shí)，兩者的EER相等。為減少冷水機(jī)組頻繁開停機(jī)次數(shù)，提高使用壽命，在低負(fù)荷情況下，單獨(dú)運(yùn)行螺桿式機(jī)組即可。此時(shí)，EER較小（1.1?3.3），若考慮末端風(fēng)機(jī)的耗電，整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的EER將會(huì)更低即使采取大小容量機(jī)組搭配的方式，在較低負(fù)荷時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率仍然很低，因此應(yīng)減少冷水機(jī)組的開啟時(shí)間甚至不開啟，盡可能利用新風(fēng)對室內(nèi)降溫。表2不同負(fù)荷下機(jī)組運(yùn)行組合方式負(fù)荷范圍@/kW運(yùn)行組合方式范圍1①/kWW1167螺桿式機(jī)組；1臺(tái)離心式機(jī)組螺桿式機(jī)組+1臺(tái)離心式機(jī)組；1臺(tái)離心式機(jī)組；2范圍21167ve/kWW2637臺(tái)離心式機(jī)組范圍32637VO/kWW38042臺(tái)離心式機(jī)組；螺桿式機(jī)組+1臺(tái)離心式機(jī)組2臺(tái)離心式機(jī)組；螺桿式機(jī)組+2臺(tái)離心式機(jī)組；3范圍43804Ve/kWW5274臺(tái)離心式機(jī)組2臺(tái)離心式機(jī)組+螺桿式機(jī)組；3臺(tái)離心式機(jī)組；螺范圍55274VO/kWW6441桿式機(jī)組+3臺(tái)離心式機(jī)組范圍66441VO/kWW7911螺桿式機(jī)組+3臺(tái)離心式機(jī)組；3臺(tái)離心式機(jī)組范圍77911VO/kW螺桿式機(jī)組+3臺(tái)離心式機(jī)組44(]一丄■(]一丄■M25D450650850]()501250hfll桿式機(jī)組2.1臺(tái)漓心式機(jī)縱圖3負(fù)荷范圍1下不同機(jī)組運(yùn)行組合方式的EER變化3立臺(tái)噺心式機(jī)俎圖4負(fù)荷范圍2TT同機(jī)組運(yùn)行組合方式的EER變化4.4Wtj?50?nw7?sod?7S0R伽I』臺(tái)犧■住式flltfl監(jiān)配桿h4.4Wtj?50?nw7?sod?7S0R伽I』臺(tái)犧■住式flltfl監(jiān)配桿h禹心式何罰圖9員荷雄禺6序不同機(jī)明命齊組臺(tái)方式MEERgitj.oI—11271K)3(W3100X創(chuàng)1卯rt地荷應(yīng)樂u^K^Am匕擁料我帆卻+i右.gam3_&531)054505??57^5W06術(shù)。占2(K)fiJMJ6500fl期刖u粋離心式機(jī)惘工舉秤式機(jī)州刈右龐心AMtt壬鬻舒真町陽十$臺(tái)離心N艦雄魚荷范囲3下不同機(jī)型運(yùn)行組合方式的EER變化吉gj-?^”=3師42004S00彳son5tm仇曲翻1.2音離心真機(jī)ta2-Vtl^UflL+2fr^.LAWLML33評(píng)碼-￡?丈柳刖2)0魚荷范困4下不同機(jī)組運(yùn)齊爼合方武的EER孌住員15蔥幗5下不同臥組適行廻合方式的EER變化由圖4可知，當(dāng)負(fù)荷范圍為1167?2637kW時(shí)，只開啟1臺(tái)離心式機(jī)組，冷水系統(tǒng)的效率將會(huì)達(dá)到最咼，此時(shí)EER為3.70?4.22。由圖5可知，當(dāng)負(fù)荷范圍為2637?2910kW時(shí)，初期開啟螺桿式機(jī)組+1臺(tái)離心式機(jī)組的EER略高于開啟2臺(tái)離心式機(jī)組，但隨著負(fù)荷的增加，開啟2臺(tái)離心式機(jī)組的EER將會(huì)逐漸增大至4.13，遠(yuǎn)高于開啟螺桿式機(jī)組+1臺(tái)離心式機(jī)組。由于負(fù)荷范圍2637?2910kW運(yùn)行時(shí)間較短，在實(shí)際運(yùn)行中，負(fù)荷范圍為2637?3804kW時(shí)，采用開啟2臺(tái)離心式機(jī)組的方案。此時(shí)，冷水系統(tǒng)的EER為3.78?4.13。由圖6可知，當(dāng)負(fù)荷范圍為3804?5274kW時(shí)，采用開啟2臺(tái)離心式機(jī)組的方案，冷水系統(tǒng)EER最高。由圖7、8可知，當(dāng)負(fù)荷范圍為5274?7911kW時(shí)，應(yīng)開啟3臺(tái)離心式機(jī)組，此時(shí)冷水系統(tǒng)的效率最高。冷水機(jī)組最佳運(yùn)行組合方式見表3。表3冷水機(jī)組最佳運(yùn)行組合方式負(fù)荷范圍〃kw冷水系統(tǒng)EER最佳運(yùn)行組合方式e/kWW10911.1?3.3螺桿式機(jī)組1091VO/kWW26373.3?4.11臺(tái)離心式機(jī)組2637VO/kWW52743.8?4.22臺(tái)離心式機(jī)組5274VO/kWW79114.1?4.23臺(tái)離心式機(jī)組冷水機(jī)組實(shí)際運(yùn)行組合方式4.1制冷性能系數(shù)的影響因素在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，冷水機(jī)組的運(yùn)行情況很難做到與額定情況相同，因此冷水機(jī)組的最大制冷量、制冷性能系數(shù)與圖1相比存在一定差別。因此，應(yīng)對不同負(fù)荷下冷水機(jī)組的冷水出水溫度、冷卻水進(jìn)水溫度、冷卻水、冷水管道的污垢系數(shù)等進(jìn)行適當(dāng)修正。冷水機(jī)組的冷水出水溫度每增加1°c或冷卻水進(jìn)水溫度每降低1°C時(shí)，制冷性能系數(shù)增加2%?3%［8］。下面從冷水出水溫度、冷卻水進(jìn)水溫度、污垢系數(shù)3個(gè)方面進(jìn)行分析。冷水出水溫度隨著冷水出水溫度的升高，冷水機(jī)組的制冷量與制冷性能系數(shù)有所提高。當(dāng)冷水出水溫度由6C提高到10C時(shí)，制冷量提高13%，制冷性能系數(shù)提高11%。冷卻水進(jìn)水溫度隨著冷卻水進(jìn)水溫度的降低，冷水機(jī)組的制冷量與性能系數(shù)有所提高。當(dāng)冷卻水進(jìn)水溫度由32C降低到26C時(shí)，制冷量與制冷性能系數(shù)均提高約20%。污垢系數(shù)受水質(zhì)的影響，冷水機(jī)組換熱器會(huì)結(jié)垢，隨著冷水機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的延長，結(jié)垢現(xiàn)象會(huì)越發(fā)嚴(yán)重，污垢系數(shù)會(huì)增大，換熱器的換熱能力將會(huì)下降，機(jī)組的制冷量及制冷性能系數(shù)也會(huì)隨之降低。4.2實(shí)際運(yùn)行組合方式增開冷水機(jī)組的判斷條件：當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)(15?20min)a］冷水機(jī)組冷水出水溫度的實(shí)測值高于設(shè)定值時(shí)，判定冷水機(jī)組的制冷量已經(jīng)達(dá)到最大值，此時(shí)運(yùn)行的冷水機(jī)組已不能滿足末端負(fù)荷的需要，應(yīng)增開一臺(tái)冷水機(jī)組。根據(jù)以上分析，考慮一定的余量，可得到冷水機(jī)組實(shí)際運(yùn)行組合方式(見表4)。表4冷水機(jī)組實(shí)際運(yùn)行組合方式負(fù)荷范圍e/kw實(shí)際運(yùn)行組合方式e/kwwiooo螺桿式機(jī)組1000VO/kWW24001臺(tái)離心式機(jī)組2400<e/kWW48002臺(tái)離心式機(jī)組4800ve/kWW72003臺(tái)離心式機(jī)組7200<e/kw螺桿式機(jī)組+3臺(tái)離心式機(jī)組5最佳運(yùn)行組合方式的節(jié)能分析該工程的原有運(yùn)行組合方式為隨實(shí)測負(fù)荷增加，逐漸增開大容量的冷水機(jī)組，具體開機(jī)順序?yàn)椋郝輻U式機(jī)組-1臺(tái)離心式機(jī)組-螺桿式機(jī)組+1臺(tái)離心式機(jī)組-螺桿式機(jī)組+2臺(tái)離心式機(jī)組-螺桿式機(jī)組+3臺(tái)離心式機(jī)組。這種方式為傳統(tǒng)的開停機(jī)順序，只是單一根據(jù)負(fù)荷增加逐漸增開冷水機(jī)組，并未充分考慮冷水機(jī)組的制冷性能系數(shù)。原有與最佳運(yùn)行組合方式的比較見表5。其他設(shè)備耗電量為冷水泵、冷卻水泵、冷卻塔耗電量之和。最佳與原有運(yùn)行組合方式相比，冷水機(jī)組的節(jié)電率為7.0%，總節(jié)電率為4.8%。由此可見，最佳運(yùn)行組合方式的節(jié)電效果相當(dāng)明顯。表5原有運(yùn)行組合方式與最佳運(yùn)行組合方式的比較組合方式冷水機(jī)組配置運(yùn)行時(shí)間/h冷水機(jī)組耗電量/(kW?h)其他設(shè)備耗電量/(kW?h)原有方式螺桿式機(jī)組5688.8X10413.7X1041臺(tái)離心式機(jī)組72022.9X10433.1X104螺桿式機(jī)組+1臺(tái)離心式機(jī)組54333.2X10445.5X104螺桿式機(jī)組+2臺(tái)離心式機(jī)組71461.6X10487.3X104螺桿式機(jī)組+3臺(tái)離心式機(jī)組313.9X1045.6X104螺桿式機(jī)組5117.5X10411.9X1041臺(tái)離心式機(jī)組77724.1X10435.1X1042臺(tái)離心式機(jī)組107669.4X10499.9.X103臺(tái)離心式機(jī)組21220.3X1049.2X104最佳方式6結(jié)論合理的冷水相組運(yùn)行組合方式，不但可以有效提高房間的舒適度，而且可以降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。參考文獻(xiàn)：LIBz，YAORM.Urbanisationanditsimpactonbuildingenergyconsumptionandefficiencyi