冷凍站房能效系數(shù)的推導(dǎo)和實例分析

1、冷凍站房能效系數(shù)的推導(dǎo)和實例分析錢軼霆上海煙草（集團）公司設(shè)備處_ 【摘 要】目前在大多數(shù)企事業(yè)單位所關(guān)心的空調(diào)設(shè)施能效情況，其目的不僅僅為考慮能耗成本費用問題，更主要是考慮在限電規(guī)定用電范圍內(nèi)，最大能力提高空調(diào)設(shè)施使用效率，最大范圍滿足生產(chǎn)經(jīng)營和行政辦公的需求。 由于以往業(yè)內(nèi)缺乏足夠的研究和規(guī)范，占整個空調(diào)設(shè)施用電量最大的中央空調(diào)系統(tǒng)能效指標至今仍然沒有一個統(tǒng)一的認識和研究。特別是針對冷凍站房尚未制定出與鍋爐房和空壓站類似的用能評價指標?！娟P(guān)鍵詞】冷凍站房 空調(diào)設(shè)施 能效指標 性能系數(shù)copeercop_一、前言 隨著我國城市經(jīng)濟的發(fā)展，能源的供求矛盾日益突出。特別在近兩年來的夏季和冬季的極

2、端氣溫時段，各大城市的電力供應(yīng)緊張問題已成為關(guān)注的焦點。工商業(yè)和民用空調(diào)設(shè)施在極端氣溫時段的大量使用是造成這一情況產(chǎn)生的主要原因。據(jù)政府有關(guān)部門調(diào)查數(shù)據(jù)表明，在極端氣溫時段空調(diào)設(shè)施用電量占整個用電量的40%以上。當城市用電負荷達到極限時，臨時強制性限電拉電措施成為最常見的行政手段，這已嚴重地影響了各企業(yè)單位的正常生產(chǎn)經(jīng)營。由于電力供應(yīng)設(shè)施發(fā)展速度在今后幾年內(nèi)都無法跟上城市經(jīng)濟發(fā)展的速度，所以在未來的幾年中，一旦極端氣溫時間延長將造成電力供應(yīng)的缺口進一步拉大。因此，如何有效控制空調(diào)設(shè)施的能效問題已形成共識。目前在大多數(shù)企事業(yè)單位所關(guān)心的空調(diào)設(shè)施能效情況，其目的不僅僅為考慮能耗成本費用問題，更主要

3、是考慮在限電規(guī)定用電范圍內(nèi)，最大能力提高空調(diào)設(shè)施使用效率，最大范圍滿足生產(chǎn)經(jīng)營和行政辦公的需求。經(jīng)歷了2003年高溫氣候的考驗，自2004年春季開始，關(guān)于空調(diào)設(shè)備的各項節(jié)能措施和空調(diào)設(shè)備的能耗指標紛紛見諸報端。其中eer指標和cop指標更成為了控制產(chǎn)品進入市場的標準。由于以往業(yè)內(nèi)缺乏足夠的研究和規(guī)范，占整個空調(diào)設(shè)施用電量最大的中央空調(diào)協(xié)調(diào)能效指標至今仍然沒有一個統(tǒng)一的認識和研究。特別是針對冷凍站房尚未制定出與鍋爐房和空壓站類似的用能評價指標。而國外還沒有相關(guān)的技術(shù)標準可參考。本文主要就中央空調(diào)系統(tǒng)的核心能量轉(zhuǎn)換部分一電驅(qū)動制冷主機的冷凍站房能效系數(shù)作一推導(dǎo)和應(yīng)用分析。二、電驅(qū)動冷凍站房能效系數(shù)

4、的推導(dǎo) 1.冷凍站房能效系數(shù)推導(dǎo)的基礎(chǔ)是制冷的基本熱力學(xué)原理 從熱力學(xué)角度說，制冷系統(tǒng)是利用逆向循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。按補償能量的形式（或驅(qū)動方式），前面所提及的制冷方法歸為兩大類：以機械能或電能為補償?shù)暮鸵詿崮転檠a償?shù)?。前者如蒸氣壓縮式、熱電式制冷機等；后者如吸收、蒸氣噴射、吸附式制冷機等。兩類制冷機的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖1所示。圖 制冷機的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系以電能或機械能驅(qū)動的制冷機 以熱能驅(qū)動的制冷機 熱力學(xué)關(guān)心的是能量轉(zhuǎn)換的經(jīng)濟性，即花費一定的補償能，可以收到多少制冷效果（制冷量）。 2.由制冷的基本熱力學(xué)原理推出的cop與eer指標的比較 根據(jù)上述原理，對于機械或電驅(qū)動方式的制冷機引入制冷系數(shù)來

5、衡量；對于熱能驅(qū)動方式的制冷機，引入熱力系數(shù)來衡量。 (1)=q0/w (2)= q0/qg式中 q0制冷機的制冷量 w制冷機的軸功率（為便于實際測量和計算常以輸入功率來代替） qg驅(qū)動熱源向制冷機輸入的熱量 國外習(xí)慣上將制冷系數(shù)和熱力系數(shù)統(tǒng)稱為制冷機的性能系數(shù)cop(coefficience of performance)。 而對于中小型空調(diào)器引入了eer系數(shù)來衡量： eer=標準規(guī)定的名義產(chǎn)冷量(kw)空調(diào)器的消耗功率(kw) 由上可知，cop與eer都是標志著制冷單位冷（熱）量所需消耗的能量，因此cop和eer都是針對不同類型空調(diào)設(shè)備節(jié)能評價指標，其理論基礎(chǔ)是一致的。但是通過比較，我們可

6、以看到：由于影響cop值的兩個變量實際制冷量以及輸入功率比起影響eer值的兩個變量標準規(guī)定的名義產(chǎn)冷量和空調(diào)器的消耗功率更便于實時監(jiān)測和計算。因此，cop指數(shù)更適應(yīng)評價實際運行變化中的制冷空調(diào)設(shè)備。 3.冷凍站房能效系數(shù)的導(dǎo)出 1.在cop指標的計算基礎(chǔ)上確定冷凍站房能效系數(shù)為cope： cope指數(shù)計算方法如下： 公式 copeq/n 式中：q冷凍站房即時制冷量（見公式）kw n冷凍站房制冷系統(tǒng)（包括運行的制冷機組、輔機、循環(huán)水泵、冷卻水泵、風(fēng)冷冷凝器等）即時有效輸入功率（見公式）kw 其中：公式 q=average(qn) 式中：qn單臺制冷機組每小時輸出制冷量kw qn=*（t回-t出）

7、*c/3600 kw 式中： 冷凍循環(huán)水即時流量 m3/h t回機組冷凍循環(huán)水回水溫度 t出機組冷凍循環(huán)水出水溫度 p機組冷凍循環(huán)水介質(zhì)密度 kg/m3 c機組冷凍循環(huán)水介質(zhì)比熱容 kj/kg·k 公式 n=average(nn) 式中：nn冷凍站房各設(shè)備有效輸入功率 nn=i*u*cos 式中：i各設(shè)備輸入電流值 a u各設(shè)備輸入電壓值 cos功率因素值 注：能效指數(shù)可考慮使用累積冷負荷除以累積用電數(shù)來獲得，但采用上述方式是側(cè)重分析能耗費用方面分析應(yīng)用，這與本文推導(dǎo)公式目的有較大的區(qū)別。 此外由于有了上述計算結(jié)果，可以產(chǎn)生以下幾項輔助評價指標： 單臺制冷機組的運行負荷率：1=qn/

8、qe 式中：qn單臺制冷機組（約克離心式水冷機組）日平均輸出制冷量rw qe單臺制冷機組額定制冷量 kw 冷凍站房制冷機組的運行負荷率：2q/qe 式中：q冷凍站房即時總制冷量 kw qe當日運行的制冷機組額定總制冷量 kw 冷凍站房制冷機組的有效利用率：3q/qe 式中：q冷凍站房日平均制冷量 kw qe冷凍站房制冷機組額定總制冷量 kw三、實例分析 1.上海卷煙廠冷凍站房概況： 目前上海卷煙廠冷凍站房自1996年改造投運至今，設(shè)備配置如下：該冷凍站制冷工藝基本流程圖如下：2.以2003年5月7日冷凍站房運行數(shù)據(jù)為例 2003年5月7日冷凍站房運行數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計情況如下：3#機組數(shù)據(jù)(0700

9、1600)時間 0700 0 800 0900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 7-16 平均 出口溫度6.406.406.406.406.406.406.406.406.406.406.40進口溫度9.409.409.409.409.409.409.409.409.408.609.32流量t/h476.10476.10476.10476.10476.10476.10476.10476.10476.10476.10476.10制冷量kw1661.111661.111661.111661.111661.111661.111661.111661.111661.

10、111218.151661.824#機組數(shù)據(jù)(07001600)時間 0700 0 800 0900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 7-16 平均 出口溫度6.606.606.606.606.606.606.606.606.605.86.52進口溫度9.409.409.409.409.409.409.409.409.408.609.32流量t/h444.2444.2444.2444.2444.2444.2444.2444.2444.2443.6444.14制冷量kw1446.491446.491446.491446.491446.491446.49144

11、6.491446.491446.491444.541446.305#機組數(shù)據(jù)(07001600)時間 0700 0 800 0900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 7-16 平均 出口溫度6.97.35進口溫度10.810.810.810.810.810.810.810.810.810.110.73流量t/h405405405405405405405405405402.5404.75制冷量kw1601.451601.451601.451601.451601.451601.451601.451601.4

12、51601.451497.941591.056#機組數(shù)據(jù)(07001600)時間 0700 0 800 0900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 7-16 平均 出口溫度7.57.5進口溫度10.810.810.810.810.810.810.810.810.810.810.80流量t/h419.7419.7419.7419.7419.7419.7419.7419.7419.7419.7419.7制冷量kw1610.771610.771610.771610.771610.771610.771610.77

13、1610.771610.771610.771610.77 總冷負荷(kw)(7001600)時間 0700 0 800 0900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 7-16 平均 # 6319.82 6319.82 6319.82 6319.82 6319.82 6319.82 6319.82 6319.82 5771.4 6264.933.數(shù)據(jù)分析和結(jié)論根據(jù)上述數(shù)據(jù)我們可以得出5月7日冷凍站房能效系數(shù)及輔助評價指標，見下表綜合上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)果(1)5月7日17時至23時cope值要低于7時至16時cope值，其直接原因是17時至23時冷凍站房運

14、行負荷率要低于7時至16時冷凍站房運行負荷率。(2)5月7日500冷噸的yt約克5#和6#機組的cop值要遠高于700冷噸yk約克3#和4#機組的cop，其直接原因是3#和4#機組運行負荷率要低于5#和6#機組運行負荷率。(3)通過對比運行參數(shù)和額定參數(shù)，造成5月7日500冷噸的yt約克5#和6#機組的cop值運行負荷率和要遠高于700冷噸的yk約克3#和4#機組的cop和運行負荷率的根本原因是供應(yīng)5#和6#機組冷凍水流量與3#和4#機組冷凍水流量均接近450t/h。由于機組型號的差異，使該流量參數(shù)能滿足500冷噸的yt約克5#和6#機組在高效率工況下運行，而不能滿足700冷噸的yk約構(gòu)3#和

15、4#機組在高效率工況下運行，因此3#和4#機組的cop和運行負荷率始終處于一個低能效比的狀態(tài)中。(4)當17時總負荷下降時，由于停開了高能效比的6#機組而維持低能效比的3#和4#機組運行造成了17時至23時冷凍站房運行負荷率和cope值要低于7時至16時冷凍站房運行負荷率和cope值。(5)假設(shè)能夠通過改進措施使得供應(yīng)700冷噸的yk約克3#和4#機組冷凍水流量滿足高能效要求，機組運行負荷率和cop值接近5#和6#500冷噸的yt約克機組水平達到90%和5.4，則3#和4#機組的運行制冷量可達到2461×90%=2215kw，此時有效功率為2215/5.4=411kw。那么在當天7時

16、至16時高峰時段，站房負荷為6264kw時只需開3#4#和6#機組，此時站房總負荷可下降近90kw，cope值應(yīng)上升至3.51;而17時后當負荷下降至4400kw時只需運行3#和4#機組即可，此時的站房總電負荷可下降60kw，cope值應(yīng)上升至3.07。(6)另外我們又抽樣計算了2003年7月至9月其他運行日期不同負荷情況下該冷凍站的cope指數(shù)，基本情況與5月7日情況相似(本文不再詳述)，其cope值均在2.6至3.4之間。而采用結(jié)果5的改進措施和測算方法，該冷凍站的cope指數(shù)則能上升至3.0-3.7。 結(jié)論:上海卷煙廠冷凍站房最佳的能效指數(shù)cope值應(yīng)大于3.0以上。四原因分析和改進措施

17、 從2003年5月7日等煙廠冷凍站房cope指數(shù)的計算結(jié)果中我們看到了該站房系統(tǒng)運行管理中的缺陷。由于約克離心式冷水機組的設(shè)計能力應(yīng)在5以上，所以確定該站房兩臺500冷噸機組日常運行符合要求而四臺700冷噸機組日常運行處于較低的水平。這樣，一方面在夏季高溫季節(jié)煙廠的冷凍機組即使全部運行仍不能滿足生產(chǎn)使用要求；另一方面一旦遇上限電拉電情況發(fā)生，則影響工藝生產(chǎn)的范圍更廣。 通過2003年其他時間運行數(shù)據(jù)和單機實測數(shù)據(jù)的對比發(fā)現(xiàn):當四臺700冷噸約克機組中單機組測試時其運行負荷率和cop值是能基本接近額定參數(shù)的;但是當處于同一冷凍循環(huán)水供應(yīng)管線的兩臺機組(1#和2#3#和4#)同時運行或一臺運行，另

18、一臺待機但冷凍水進出口閥門全部開啟時就會降低機組運行負荷率和cop值。造成這一情況的原因是:并聯(lián)供水的約克機組實際運行時，其冷凍循環(huán)泵供入各機組的水流量是差不多的，均在400-550m3/h之間，這一流量僅能滿足500冷噸約克機組運行要求，而不能達到700冷噸約克機組運行要求。原設(shè)計方案中雖考慮到冷凍機組并聯(lián)運行時冷凍循環(huán)水流量配比問題，并積極采用了同程式替代異程式的配管方式，但是從實際應(yīng)用的結(jié)果來看，由于泵聯(lián)供的運行效率下降造成降低了約克機組的運行效率，因此效果并不理想。 提高約克機組運行負荷率的解決方法有以下幾種: 1.加強管理措施。也就是要求操作工在同時運行多臺約克機組時，開啟循環(huán)泵旁通

19、閥并增開一臺循環(huán)泵提高冷凍水總循環(huán)量。通過調(diào)節(jié)各機組進出口閥門未達到標準流量。我們經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn):首先，在并聯(lián)供應(yīng)時，調(diào)節(jié)各機組的進出口閥門引起的流量變化是非線性的，因此調(diào)節(jié)一臺機組閥門時造成其他機組的流量發(fā)生劇烈變化，始終不能達到我們設(shè)想的目標。其次，采取這一措施也造成各循環(huán)泵的效率大大降低。所以，這一方法不合適。 2.對目前的循環(huán)水系統(tǒng)進行簡單改造，將原異程式循環(huán)水配管方式改為單泵直供單機組的配管方式。這樣雖增加了一次性投資，但配合目前的循環(huán)泵變頻器和溫度采集控制器，預(yù)計能大大提高設(shè)備的運行負荷率和冷凍站房的有效利用率，并直接提高能效指數(shù)。五結(jié)束語 影響冷凍站房能效指數(shù)的因素非常多的，除上述

20、發(fā)現(xiàn)的供應(yīng)流量配比因素以外，還涉及機組本身的熱交換等問題，冷卻塔和泵的運行效率，外界負荷變化時的機組運行配比方式，長假后開機時的系統(tǒng)運行方式等等，這與系統(tǒng)的設(shè)計布局設(shè)備選型運行管理等方面密切相關(guān)。因此，每個冷凍站房都有自身的特點和相應(yīng)的能效指數(shù)。但是上述提到影響能效指數(shù)的各種因素是以往被我們所忽視而具有非常大的節(jié)能潛力的地方。通過冷凍站房能效指標這一綜合評價指數(shù)的建立，將推動冷凍空調(diào)系統(tǒng)這一重點用能設(shè)備節(jié)能工作的開展。 此外，煙廠動力數(shù)采系統(tǒng)是八五技改這一個重要的內(nèi)容，由于多種原因，該項目驗收后主要應(yīng)用在即時監(jiān)測設(shè)備運行方面，而系統(tǒng)采集的大量數(shù)據(jù)形成的多項數(shù)據(jù)庫未能得到有效應(yīng)用，造成了數(shù)據(jù)信息

21、的浪費。同時由于應(yīng)用方向的不明確，也阻礙了該系統(tǒng)面向?qū)嶋H用戶的二次開發(fā)。通過能效指數(shù)的應(yīng)用分析也能推動該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息有效應(yīng)用工作?！緟⒖嘉墨I】1.旅游旅館建筑熱工與空氣調(diào)節(jié)節(jié)能設(shè)計標準-gb50189-932.制冷機組及熱泵機組節(jié)能效果評價方法sjb001-20023.空調(diào)制冷及熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能耗分析嚴德隆張維君4.新建筑節(jié)能規(guī)范ashrae90-805.空氣調(diào)節(jié)同濟大學(xué)暖通教研室編19846.空氣調(diào)節(jié)手冊井上宇市 中國建筑工業(yè)出版社 19867.高層建筑空調(diào)與節(jié)能錢以明編著 同濟大學(xué)出版社 19908.制冷中的節(jié)能g.nussbaum等(美) 上海交大出版社19879.工程熱力學(xué)邱信立廉

22、樂明 中國建筑工業(yè)出版社【點評】 文章參照評價空調(diào)設(shè)施cop的方評來評價冷凍站房的制冷效率，有新意。通過詳細剖析上海卷煙廠一天的運行數(shù)據(jù)，找出實際運行中的問題，提出了在加強管理，運行操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用等方面可改進的初步想法，有實用價值，對推進冷凍站房的節(jié)能和設(shè)備管理工作的進一進提升有較大的促進作用。 但文章在分析的深度和結(jié)論方面還略顯不足。 （基技環(huán)保專業(yè)組）as of microsoft® internet explorer 4.0, you can applmultimedia-style effects to your web pages using visual fil

23、ters and transitions. you can apply visual filters and transitions to standard html controls, such as text containers, images, and other windowless objects. transitions are time-varying filters that create a transition from one visual state to another. by combining filters and transitions with basic

24、 scripting, you can create visually engaging and interactive documents.internet explorer 5.5 and later supports a rich variety of optimized filters. click the following button to see a demonstration of many of these filters and how to usetheprocedural surfaces are colored surfaces that display between the content of an obj