冷凍機的制冷效率與運行電費

1、冷凍機的制冷效率與運行電費摘要：本文提出在冷凍機平均使用壽命中運行電費遠(yuǎn)大于冷凍機初投資的觀點，討論冷凍機的制冷效率對年運行費用的影響，在簡介和初評IPLV、NPLV,分析多臺機組并聯(lián)運行規(guī)律和冷凍機部分負(fù)荷下運行效率基礎(chǔ)上，提出一種評估冷凍機組常年運行電費的方法，并舉例說明高效率的冷凍機節(jié)能效果顯著。因此在選擇冷凍機時，不僅比較冷凍機售價，更應(yīng)比較冷凍機的制冷效率和運行電費。關(guān)鍵詞：冷凍機制冷效率運行電費部分負(fù)荷1關(guān)注冷凍機的運行費用和制冷效率在銷售和購買冷凍機的過程中，商家和用戶十分重視比較冷凍機的價格（初投資），卻忽略冷凍機的運行費用巨大這一事實：以冷凍機的平均壽命25年計，在對冷凍機的

2、所有投資中，初投資約占8.3%,運行費用約占91.4%,制冷劑添加費約占0.3%,故我們更應(yīng)關(guān)注冷凍機的運行效率。比如若選用高效的水冷機組，其在25年平均壽命中節(jié)省的運行電費（與一般效率同類機組比較）可能接近機組初投資，相當(dāng)于白送百萬元的冷凍機。果真如此嗎？分析冷凍機的運行費用需了解冷凍機的運行規(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的容量，而冷凍機絕大部份時間在部分負(fù)荷下運行，因此評價冷凍機的制冷效率不能僅參考冷凍機滿負(fù)荷下的制冷效率，還需要比較冷凍機在部分負(fù)荷工況下的制冷效率。目前常用的二個指標(biāo)有IPLV和NPLV2IPLV,NPLV勺定義及由來IPLV（ARI標(biāo)準(zhǔn)工況下綜合

3、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（美國空調(diào)制冷學(xué)會）運用概率統(tǒng)計的方法，借助于大型計算機，對全美有代表性的29個城市的氣象數(shù)據(jù)、各類建筑物冷負(fù)荷、冷凍機的不同運行時間，進行綜合分析和加權(quán)平均處理，得出冷凍機的運行時間百分比與冷凍機的負(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針對冷凍機產(chǎn)品單機性能的評價標(biāo)準(zhǔn)，即單機IPLV或NPLVJ程（綜合模式）：IPLV=1/（0.01/A+0.42/B+0.45/C+0.12/D）其中：冷凍機效率對應(yīng)負(fù)荷冷卻水進水溫度對應(yīng)冷凍機負(fù)荷冷凍機負(fù)荷運行時間白分比對應(yīng)

4、冷凍機負(fù)荷A185F/29.4oC100%0.011B75F/23.8oC75%0.42C65F/18.3oC50%0.45D65F/18.3oC25%0.12NPLS式與IPLV公式一樣，僅NPLS式中冷卻水最高進水溫度為實際應(yīng)用中任一溫度，并且冷凍機100%f50啾荷（對應(yīng)冷卻水65F進水溫度）之間，冷凍機負(fù)荷與冷卻水進水溫度呈線性關(guān)系；冷凍機50%f0負(fù)荷之間，冷卻水進水溫度恒為65F。上述NPLVIPLV公式說明：ARI定義當(dāng)冷卻水進水溫度低于65F時，冷凍機不開；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。根據(jù)上述介紹，我們看出NPLVIPLV公式不能直接應(yīng)用

5、到我國空調(diào)系統(tǒng)中評價冷凍機效率。原因如下：1）美國氣象數(shù)據(jù)不能代表我國特定工程所在地區(qū)的氣象2）建筑物類型及冷負(fù)荷的來源因工程而異3）冷凍機的運行時間差異較大4）當(dāng)冷卻水進水溫度低于65F時，某些工程仍需開冷凍機5）實際工程中絕大多數(shù)（85犯上）多臺機組并聯(lián)運行，與ARI假設(shè)單臺機組承擔(dān)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷情況大相徑庭。上述差異均導(dǎo)致NPLVIPLV公式中與冷凍機負(fù)荷相對應(yīng)的冷凍機行時間百分比不同，尤其是第5條的影響。因此有必要討論多臺機組并聯(lián)運行規(guī)律。3多臺制冷機組并聯(lián)運行規(guī)律分析請看不同組合的多臺機組運行時，單機負(fù)荷與機組負(fù)荷（空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷）的關(guān)系。（見表1、圖1）表1單機負(fù)荷與機組負(fù)荷對比總負(fù)荷

6、1200ton02003004006008009001200力殺11200ton02003004006008009001200600ton02003004006004004506001力殺2600tonJ0000400450600400ton020030040000300400方案3800ton400ton:000060080060080010200300400300400300400方案4400tonI00003004003004001400ton0000003004001臺1200ton2你00ton單規(guī)整后4m樂善3臺圖1單機負(fù)荷與機組負(fù)荷對比上述圖表表明：1）采用多臺冷凍機的項目，單機

7、在高負(fù)荷區(qū)（100%-75%運行的時間百分比隨臺數(shù)增加而急增，遠(yuǎn)超過用一臺冷凍機提供全額冷負(fù)荷的情況。2）制冷量均等的單機負(fù)荷與機組負(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單機負(fù)荷；X機組負(fù)荷；N單機數(shù)量3）單機制冷量以1,2,4.,2倍分配而產(chǎn)生的組合，其單機在高負(fù)荷區(qū)間運行同時間百分比最大4）在實際運行中，冷凍機單機制冷量差別小于3倍且多臺單機制冷量相同。因為考慮到冷凍機單機制冷量范圍的限制和冷凍機互換、備用，不同制冷量冷凍機的成本、占地面積。5）ARI推出的適用于單一機組制冷的NPLVIPLV公式推廣到多臺機組制冷時，式中

8、A、B、C、D的權(quán)重（運行時間百分比）將向高負(fù)荷區(qū)偏移，偏移程度與冷凍機臺數(shù)、單機制冷量分配有關(guān)。（見圖2）60%負(fù)荷百分比口機組負(fù)荷以單機負(fù)荷圖2單機負(fù)荷與機組負(fù)荷的差異上述對比圖表明：采用2-3臺冷凍機的常規(guī)項目中，單機在50%ft荷以上區(qū)間運行的時間百分比超過87.2%上海某項目使用三臺冷凍機（一臺300ton,二臺600ton）,單機累計運行16734小時，其中在50%ft荷以上區(qū)間運行的時間為15395小時，時間百分比為92%上述對多臺機組運行規(guī)律的分析表明：只需要比較各品牌冷凍機在50%ft荷以上時的效率，就能評估冷凍機在不同空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能效果。4制冷機組部分負(fù)荷下運行效率的分析

9、比較比較冷凍機在部分負(fù)荷下運行效率時，有下列有趣現(xiàn)象：1）冷卻水進水溫度不變時，負(fù)荷越高，冷凍機運行效率越高，在100%付近時冷凍機運行效率最高（見圖3）。090Q.aO06S<'enTraVacPartLoadPerlormanceCTV-1叫祗LofiiJvs.-iisinCcitblaiilC-&.iH.iciwciR/thdiVeniffls22JLRKVL55H54圖3冷凍機運行效率比較（冷卻水進水溫度不變）506070*Load這就是用多臺機組代替單一機組運行時可節(jié)能的原因：因為在同一時刻，冷卻水進水溫度對于任一臺機組相同，多臺機組中的單機負(fù)荷大于單一機組運行

10、負(fù)荷，故單機的運行效率高，節(jié)能。2）冷卻水進水溫度與空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷同步變化時（受太陽得熱影響），冷凍機運行效率在65%-75嘔間內(nèi)效率最高（見圖4）。C'cnTraVacPart.ondPerfbimuneeC!V-1%l>ondv>.IkWrtwiryARJReliefMrlhod07D0圖4冷凍機運行效率比較（冷卻水進水溫度變化）這是因為在冷凍水溫度不變情況下，冷卻水進水溫度降低后，減小了冷凝器與蒸發(fā)器中制冷劑的壓差，冷凍機運行效率提高，相當(dāng)于增加了散熱面積。0.6750600Version22.)I.REX1<550546070%Load3）與多臺機組代替單一機組

11、運行的節(jié)能措施相比，冷卻水進水溫度降低對冷凍機運行效率提高影響較大。在實際工程中，冷卻水進水溫度與空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷變化趨勢相同。4）空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷變化大時，通過加減冷凍機來節(jié)能?？陀^上冷卻水進水溫度降低對冷凍機運行效率提高有利，主觀上提高冷凍水出水溫度，也可提高冷凍機運行效率（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，冷卻水進水溫度與冷凍水出水溫度溫差減小過度，對離心機而言會發(fā)生喘振。5冷凍機壽命周期內(nèi)的運行費用分析比較了解了冷凍機組（含多臺）的運行規(guī)律和部分負(fù)荷下運行效率，我們可以抓住本質(zhì)，比較不同品牌冷凍機在正常壽命中的運行費用。雖然特定工程所處的地理環(huán)境不同、建筑物類型不同、冷

12、負(fù)荷來源不同、冷凍機的臺數(shù)和運行時間不同，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的運行效率，結(jié)合全年冷凍機運行時間表，以冷凍機運行效率的綜合指標(biāo)，綜合考慮不同品牌冷凍機的運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全年的運行費用，并推算出冷凍機在正常壽命中的運行費用差異，以協(xié)助我們合理選擇冷凍機。以四臺650冷噸的冷凍機為例，評價四臺冷凍機運行效率的綜合指標(biāo)PLV4應(yīng)介于單機滿負(fù)荷效率FLV與NPLd問，因為四臺冷凍機在一年四季中既不是全部滿負(fù)荷運行，也與一臺冷凍機承擔(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

13、數(shù)A范圍（0<A<1）<p>比較兩種效率的制冷機組（根據(jù)樣本）的性能參數(shù)如下：二種效率的冷凍機滿負(fù)荷效率FLV單機NPLM率綜合指標(biāo)PLV4效率（A=0.5）650冷噸（TONKW/TONKW/TONKW/TON局效機組0.6040.5170.5605-I普通機組0.6570.5920.6245冷凍機性能差別0.0530.0750.0640根據(jù)上表計算冷凍機在正常壽命中的運行電費及其差異如下：1）機組使用壽命中的運行電費=機組壽命X電費X全年機組能耗2）全年機組能耗=全年機組運行時間X機組總冷噸X綜合指標(biāo)PLV4二種效率冷凍機機組電費（元）機組電費（元）機組電費（元）壽

14、命中運行電費（四臺650冷噸）PLV4適中(A=0.5)PLV4=FLV(A=1)PLV4=NPLV(A=0)高效機組51,151,23055,121,04047,181,420普通機組56,991,87059,957,82054,025,920制冷機組運行電費差別5,840,6404,836,7806,844,500全年機組運行時間=6個月X30天/月X12小時/天=2160小時機組總冷噸=4臺X650TON臺=2600TON全年機組能耗=2160小時X2600TONXPLV4（KW/TON機組壽命=25年；電費=0.65元/度；四臺650冷噸冷凍機的進口設(shè)備價約為54萬美元，與約5100-5700萬元（人民幣）冷凍機壽命周期運行電費相比，占冷凍機全部投資費用的9%而二種效率冷凍機的電費差價約為584萬元（人民幣），介于483-684萬元（人民幣）之間。故采用高效制冷機組，在運行壽命周期內(nèi)可節(jié)省約500多萬元電費，可以回收54萬美元的冷凍機采購費。相當(dāng)于白送百萬元的冷凍機，這正是冷凍機高效率的體現(xiàn)。6結(jié)論：1）在冷凍機的選擇中，應(yīng)兼顧冷凍機的初投資和運行效率。因為在對冷凍機的所有投資中，初投資僅占8.3%,運行電費占9