冷水机组优化配置及节能运行模式研究

� 文章编号: ISSN1005- 9180 ( 2008) 03- 0075- 03� 冷水机组优化配置及节能运行模式研究 施 � 灵, 马益民 ( 集美大学机械工程学院, 福建 厦门 361021 ) [摘要] 空调系统中的冷水机组大部分时间运行于部分负荷状态, 其 COP 随负荷比变化。本文研究了不 同机型、不同配置模式和不同运行模式下, 多台冷水机组的运行能耗 , 从设计选型和运行两个方面提出了 冷水机组的节能途径。 [关键词] 冷水机组, 配置模式, 运行模式, 部分负荷 [中图分类号] TU831; TB657� � � � � � � � � � [文献标识码] B A Study on the Optimized Allocation Mode and Energy Saving Operation Mode of Water Chiller Units SHI Ling, MA Yimin (Mechanical Engineering College of Jimei University, Fujian Xiamen 361021) Abstract: It is a fact that water chiller units for air conditioning run at partial load for most of the time, and the COP of water chillers vary with its load ratio�The energy consumption of multiple water chillers of different types under various allo- cation modes and various operating modes was studied, and the energy saving approaches were presented for unit selection and operation� Keywords: Water chiller unit, Allocation mode, Operation mode, Partial load � � 随着大型公共建筑的发展和中央空调系统的普 及, 建筑能耗在能源消耗中的比重正在逐步上升。 据估计, 中央空调系统的能耗占建筑物总能耗的 40% ~ 60% , 而冷源的能耗占了设计功率的 60% [ 1]。冷源能耗主要包括冷水机组、冷冻水泵、 冷却水泵和冷却塔能耗, 其中冷水机组能耗占冷源 能耗的比重最大。因此, 如何降低冷水机组运行能 耗便成为空调系统节能降耗的关键。 1 � 冷水机组部分负荷性能 对于大型公共建筑, 夏季空调系统负荷主要来 自新风负荷及围护结构传热、太阳辐射传热、室内 设备和人员等的散热。由于空调负荷随室外气象参 数的变化而变化, 因此在实际运行过程中, 冷水机 组大部分时间处于部分负荷运行状态。据香港某些 宾馆的实际测试结果表明, 大于等于50%负荷的时 间只占总运行时间的 33%; 北京地区某建筑物的冷 水机组, 有 98%的时间是在负荷率不足 70%的状 态下运行的[ 2]。 不同品牌、不同机型的冷水机组部分负荷性能 各不相同, 以水冷螺杆式冷水机组为例, 某品牌单 机头冷水机组部分负荷性能曲线如图 1所示, 另一 品牌多机头冷水机组部分负荷性能曲线如图 2所 示。 可以看出, 两种类型的冷水机组在部分负荷比 50%处的 COP 均达到最大值; 随着部分负荷比的增 大, 冷水机组的 COP 逐渐减小; 部分负荷比小于 75 2 0 0 8 年 9 月 第 27 卷第 3期(总 104 期) � � � � � � � � � � � 制 � � 冷 � � � � � � � � � � � � � � � � � � 收稿日期: 2008- 6- 13 � � � 基金项目: 本项目获集美大学科研基金资助。 � � � 作者简介: 施灵 ( 1970- ) , 女, 副教授, 硕士, 从事制冷空调系统优化运行研究。。E- mail: hhb0909@ publ ic. xm. f j. cn 50%时, 多机头冷水机组的 COP 维持在较大值, 效 率较高, 而单机头冷水机组的 COP 随负荷减小而 减小, 效率降低。 因此在空调系统运行过程中, 应尽可能地使冷 水机组在接近最佳效率点 (即 COP 最大处) 的状 态下长期运行, 这一点对于实现空调系统节能具有 重要意义。 2 � 冷水机组运行模式 大型公共建筑中央空调系统设计中, 多台冷水 机组组成的空调系统被广泛应用, 其中又以 2台冷 水机组组合最为常见。对于多台冷水机组空调系 统, 冷水机组的能耗不仅由其本身的特性 ( 全负 荷性能和部分负荷性能) 决定, 而且还与部分负荷 下冷水机组的运行模式有关, 冷水机组的运行模式 不同, 系统总能耗也就不同。多台冷水机组运行模 式主要有逐台启动法和平均负载率法。 2�1 � 逐台启动法 以2台冷水机组为例, 当冷水机组型号相同 时, 系统先开启1台冷水机组, 冷水机组利用自身 能量调节机构调节冷量与负荷相匹配; 系统负荷超 出1台冷水机组最大冷量时, 第一台冷水机组满载 运行, 第二台冷水机组启动以承担剩余负荷直至满 载。 若冷水机组型号不同, 则应根据负荷大小决定 开启顺序, 一般先开小型机组, 负荷超出小型机组 最大冷量时, 停开小型机组, 改开大型机组; 负荷 超出大型机组最大冷量时, 有两种运行 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 , 一是 大型机组满载运行, 小型机组承担剩余负荷, 二是 小型机组满载运行, 大型机组承担剩余负荷, 通常 方案二较节能, 本研究采用方案二的运行方式。 2�2 � 平均负载率法 2台冷水机组型号相同时, 若系统负荷超出 1 台冷水机组最大冷量, 由 2台冷水机组平均分摊系 统负荷; 若2台冷水机组型号不同, 则当系统负荷 超出大型机组最大冷量时, 由大型机组和小型机组 平均分摊系统负荷。 3 � 不同配置冷水机组运行能耗模拟 分析 � � 某空调系统设计冷负荷为 2392kW ( 680冷吨) , 拟选配2台冷水机组承担系统负荷。为了比较不同 配置模式下的冷水机组运行能耗, 设计了 4种配置 模式, 如表1所示。其中, 配置模式 2和 4采用均 衡配比 (相同容量) , 配置模式 1和 3采用不均衡 配比 (不同容量) ; 配置模式 1和配置模式 2选用 用同一品牌的单机头冷水机组, 配置模式 3和配置 模式 4选用另一品牌的多机头冷水机组。 根据冷水机组部分负荷性能曲线, 可以整理出 不同配置模式下, 冷水机组在不同运行模式时的运 行能耗。4种配置的冷水机组在 2种运行模式下的 输入功率如表 2所示。 从表 2数据可以看出, 冷水机组的部分负荷性 能对运行能耗影响极大。由于单机头冷水机组部分 负荷性能优于多机头冷水机组, 因此在部分负荷下 其运行能耗相对较小。 76� � � � � � � � � � � � REFRIGERATION � � � � � � � � � � � No . 3, 2008, Sep .Vol. 27 ( Total No . 104 ) 表 1� 4种冷水机组配置模式 配置模式 配置模式 1 配置模式 2 配置模式 3 配置模式 4 制冷量( kW) 1438 960 1196 1196 1376 1031 1194 1194 输入功率( kW) 258 162 210 210 294 199 244 244 表 2 � 不同运行模式下冷水机组功率 ( kW) 系统负荷比( % ) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 配置 1 逐台启动法 39 55 99 162 185 258 254 290 346 420平均负载率法 39 55 99 162 185 258 229 282 345 420 配置 2 逐台启动法 56 61 89 141 210 266 271 299 351 420平均负载率法 56 61 89 141 210 178 230 282 344 420 配置 3 逐台启动法 33 66 132 182 253 266 308 370 435 493平均负载率法 33 66 132 182 253 257 320 385 437 493 配置 4 逐台启动法 34 68 112 174 244 278 312 356 418 488平均负载率法 34 68 112 174 244 224 290 348 414 488 � � 当系统负荷比大于 50%时, 采用平均负载率 运行模式通常比逐台启动模式节能。 当系统负荷比小于 20%时, 对于单机头冷水 机组, 不均衡配置模式明显比均衡配置模式节能, 但多机头冷水机组则差别不大; 在其它部分负荷 下, 两种配置模式的冷水机组各有其优势运行点 (即该负荷比下运行能耗最小) , 但均衡配置的冷水 机组优势运行点比不均衡配置的多。 4 � 结论 冷水机组总能耗不仅与部分负荷运行能耗有 关, 而且与建筑物的空调负荷分布有关。因此在冷 水机组的设计及运行过程中, 应对建筑物的空调负 荷分布进行研究, 确定出现时间频数最大的负荷 点, 尽可能地让冷水机组在该负荷点上高效运行, 降低空调系统运行能耗, 达到建筑节能的目的。 5 � 参考文献 [ 1] 易新, 刘宪英� 变频冷水机组在中央空调系统中的运 用[ J]� 重庆大学学报, 2002, 25 ( 8) : 100- 101 [ 2] 张小松, 夏焱� 风冷冷水机组部分负荷时的节能优化 运行策略与性能分析 [ J] � 暖通空调, 2004, 34 ( 2) : 78- 79 77 2 0 0 8 年 9 月 第 27 卷第 3期(总 104 期) � � � � � � � � � � � 制 � � 冷 � � � � � � � � � � � � � � � � �