□文 /楊海松

從動(dòng)態(tài)負(fù)荷特性分析集中供冷的節(jié)能優(yōu)勢(shì)

□文 /楊海松

于家堡金融區(qū)采用集中供冷能源中心。文章從土地占用、設(shè)備投資、運(yùn)行管理等方面分析了區(qū)域集中供冷的節(jié)能優(yōu)勢(shì)并給出各種措施的節(jié)能潛力。

動(dòng)態(tài)負(fù)荷；集中供冷；節(jié)能；潛力

于家堡金融區(qū)位于濱海新區(qū)中心商務(wù)區(qū)，規(guī)劃建筑面積950萬(wàn)m2，共120個(gè)地塊。于家堡金融區(qū)的供冷方案，最初為每個(gè)地塊單獨(dú)設(shè)置供冷機(jī)房。由于于家堡金融區(qū)具有業(yè)態(tài)清晰，統(tǒng)一建設(shè)的優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)行區(qū)域集中供冷，文章以建設(shè)中的起步區(qū)南能源中心為例，從節(jié)能角度對(duì)區(qū)域集中供冷的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外從20世紀(jì)90年代開(kāi)始進(jìn)行綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)的相關(guān)研究。美國(guó)空調(diào)與制冷學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（ARI—550/590-98）提出的綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)IPLV（IntegratePartialLoadValue）來(lái)評(píng)價(jià)不同類型冷水機(jī)組在整個(gè)空調(diào)季節(jié)中的綜合性能，可以更準(zhǔn)確地反映冷水機(jī)組能耗[1]。

綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)的概念最早于1986年提出來(lái)的，后來(lái)經(jīng)過(guò)多次修改完善，形成了美國(guó)空調(diào)與制冷學(xué)會(huì)ARI550-92《離心式和回轉(zhuǎn)式螺桿式冷水機(jī)組》以及ARI590-92《容積式冷水機(jī)組》2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)IPLV（IntegratePartial LoadValue），在部分負(fù)荷下求得制冷性能系數(shù)，再按加權(quán)系數(shù)公式計(jì)算出冷水機(jī)組部分負(fù)荷性能值，主要反映冷水機(jī)組的部分負(fù)荷調(diào)節(jié)功能。2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)IPLV的計(jì)算公式為

其中：A、B、C、D分別是冷水機(jī)組在 100%、75%、50%和25%負(fù)荷下的EER或COP。方程式中的系數(shù)是冷水機(jī)組在評(píng)價(jià)負(fù)荷點(diǎn)運(yùn)行時(shí)的權(quán)重系數(shù)。基于美國(guó)29個(gè)城市的平均氣候和大部分建筑類型，經(jīng)過(guò)一段試驗(yàn)運(yùn)作后，美國(guó)空調(diào)與制冷學(xué)會(huì)ARI又于1998年推出了新的標(biāo)準(zhǔn)（ARI—550/590—98），將所有采用蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的冷水機(jī)組統(tǒng)一為一個(gè)相同的部分負(fù)荷評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，提出了新的IPLV計(jì)算公式

同濟(jì)大學(xué)夏國(guó)欣等曾以北京市旅館建筑為例推導(dǎo)出類似公式。我國(guó)頒布GB50189—2005《公共建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)》，也引入了IPLV的概念

該公式仍基于常規(guī)的中央空調(diào)設(shè)計(jì)。IPLV概念的提出，初衷是基于傳統(tǒng)的供冷方式，衡量單臺(tái)空調(diào)機(jī)組面對(duì)不同負(fù)荷狀態(tài)的性能表現(xiàn)。通過(guò)集中供冷，集合各地塊的制冷設(shè)備并動(dòng)態(tài)組合投入運(yùn)行，可以較大程度克服大馬拉小車的現(xiàn)象，最大限度地節(jié)約能源。如果把供冷中心的所有機(jī)組看成單臺(tái)設(shè)備，也可以應(yīng)用IPLV的概念進(jìn)行評(píng)價(jià)，但不能簡(jiǎn)單的套用前述各公式，需要按照ARI提供的方法，根據(jù)各負(fù)荷狀況所占的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間權(quán)重進(jìn)行修正。

根據(jù)美國(guó)空調(diào)與制冷協(xié)會(huì)（ARI）的研究，中央空調(diào)系統(tǒng)99%以上的時(shí)間是在部分負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，而空調(diào)機(jī)組在不同的負(fù)荷率下會(huì)表現(xiàn)出不同的性能[2]。同濟(jì)大學(xué)李魁山等也曾在上海地區(qū)做過(guò)能效測(cè)試，發(fā)現(xiàn)空調(diào)機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，實(shí)測(cè)能效值遠(yuǎn)小于理論能效值[3]。

2 工程概況

于家堡金融區(qū)起步區(qū)3-18、3-25、3-26等8個(gè)地塊，見(jiàn)圖1，供冷面積80萬(wàn)m2。最初的規(guī)劃方案為分散設(shè)置制冷機(jī)房，需設(shè)計(jì)8個(gè)機(jī)房，每個(gè)地塊應(yīng)配備1～2臺(tái)制冷機(jī)。集中供冷中心設(shè)與起步區(qū)公共綠地3-30地塊的地下空間合建，共配備6臺(tái)大型制冷機(jī)，見(jiàn)圖2。

圖1 于家堡金融區(qū)

圖2 集中供冷規(guī)劃

3 集中供冷綜合部分性能系數(shù)（IPLV）分析

從理論上分析，在正常天氣下，從供冷季開(kāi)始，氣溫逐漸升高，然后逐漸降低，能源的需求也同步變化。在一個(gè)供冷季，各個(gè)需求點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間跨度基本是均勻的，見(jiàn)表1。針對(duì)于整個(gè)機(jī)組，可以假定負(fù)荷需求是線性變化的。而實(shí)際動(dòng)態(tài)投入設(shè)備的負(fù)荷率應(yīng)重新進(jìn)行核算。

表1 不同負(fù)荷率下設(shè)備運(yùn)行時(shí)間

表1中計(jì)算出了4個(gè)區(qū)間段的時(shí)間分布，而不是100%、75%、50%、25%4個(gè)邊界，需要進(jìn)行區(qū)間之間的平均計(jì)算。按照ARI提供的計(jì)算方法，可得

整理后可得IPLV=0.38A+0.458B+0.099C+0.063D

與ARI及GB50189—2005的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)比，采用集中供冷的方式，由于低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)間減少，因此，空調(diào)機(jī)組的能效提高。公式僅是從本項(xiàng)目推導(dǎo)，適用性有限。但隨著越來(lái)越多的集中供冷項(xiàng)目，可獲得更多的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)推導(dǎo)集中供冷經(jīng)驗(yàn)公式是可行的。

4 于家堡集中供冷節(jié)能潛力分析

本項(xiàng)目的節(jié)能潛力可從主機(jī)效率、電機(jī)效率和管理等幾個(gè)方面討論，具體如下。

由于設(shè)備高效運(yùn)行能效的時(shí)間權(quán)重增加，使集中供冷比傳統(tǒng)的分散供冷方式能效提高。以國(guó)外某廠家定頻離心機(jī)在100%、75%、50%、25%負(fù)荷下單機(jī)能效比分別為 5.00、4.82、4.34、3.47為例，可以得出，本項(xiàng)目集中和分散供冷的綜合能效比分別為4.76和4.477，節(jié)能率在6%左右。如果采用蓄能技術(shù)，在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)蓄能、放能，調(diào)節(jié)設(shè)備的負(fù)荷率，還可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的能效。目前，本項(xiàng)目采用冰蓄冷方式，充分利用削峰填谷的減排效應(yīng)。

由于項(xiàng)目規(guī)模變化，設(shè)備選型變化，也節(jié)能提供了空間。就電制冷而言，常用的制冷機(jī)組包括螺桿式壓縮機(jī)和離心式壓縮機(jī)。二者的工作原理不同，適用范圍和工作效率也不同。一般來(lái)說(shuō)離心機(jī)的能效更高，但適用于大型、特大型項(xiàng)目。與螺桿機(jī)比較，離心機(jī)在機(jī)械損耗上可以節(jié)約4%的無(wú)用功。就本項(xiàng)目而言，采用區(qū)域集中供冷，為選用大型離心機(jī)創(chuàng)造了條件。

由于本項(xiàng)目采用大型離心機(jī)，電機(jī)選型為6kV高壓電機(jī)，線損和變損較常規(guī)的380V電機(jī)將節(jié)能5%～10%。通常情況下，線損和變損占系統(tǒng)能耗的10%，采用高壓電機(jī)，可節(jié)能0.5%～1%。

5 結(jié)語(yǔ)

于家堡起步區(qū)采用集中供冷的方式，從技術(shù)上節(jié)能率在10%左右，同時(shí)采用先進(jìn)專業(yè)的管理手段，節(jié)能空間更大。通過(guò)理論分析，可發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外已有的經(jīng)驗(yàn)公式不適用于集中供冷方式的部分負(fù)荷性能評(píng)價(jià)，下一步應(yīng)擴(kuò)大研究范圍，總結(jié)出適用于集中供冷的經(jīng)驗(yàn)公式。

［1］龔 毅.空調(diào)用冷水機(jī)組部分負(fù)荷性能與空調(diào)系統(tǒng)的匹配分析［A］.全國(guó)暖通空調(diào)制冷2004年學(xué)術(shù)年會(huì)資料摘要集（1）［C］.2004.

［2］夏國(guó)欣，陳汝?yáng)|.負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性與制冷機(jī)組性能的匹配[J].流體機(jī)械，2003，31（1）：53-55.

［3］王生龍，胡洪明.離心式冷水機(jī)組能量調(diào)節(jié)方法的節(jié)能特性分析［A］.中國(guó)制冷學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集［C］.2009.

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［6］GB50189—2005，公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

TU83

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1008-3197（2014）02-05-02

10.3969/j.issn.1008-3197.2014.02.002

2013-12-09

楊海松/男，1969年出生，工程師，天津新金融投資有限責(zé)任公司，從事APEC低碳技術(shù)管理工作。