机电设计之我见——“循规蹈矩”浅谈冷站相关参数指标

2022-10-03 07:58:45

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  前文与大家分享了机电调适的相关内容,涉及冷机、输配系统的测试方法及具体案例分析,冷站内IPLV、EER、COP等相关指标往往不甚了解或混淆,今日结合相关资料针对冷站的相关指标进步与诸君梳理一下,供大家参照。

  名义制冷或制热工况下,机组以同一单位表示的制冷(热)量除以总输入电功率得出的比值。

  国标的名义工况为冷凝温度为30度/35度,而我国冷机的设计工况(非名义工况)冷凝温度大多为32度/37度,很多冷机样册只给出了设计工况下的COP,即COPn。关于水冷离心机组COP与COPn的转换,可以参见《公共建筑节能设计标准》中的相关说明。因此订货时一定注意厂家所提COP是设计工况还是名义工况下的数值。

  设计工况下,电驱动的制冷系统的制冷量与制冷机、冷却水泵及冷却塔净输入能量之比。它反映了冷源系统效率的高低。注意,SCOP中没有包含冷水泵的能耗。COP、SCOP指标应满足《公共建筑节能设计标准》标准中的相关约定和内容。

  ICOP由蒸发温度和冷凝温度决定,前者受冷冻水出水温度的影响,后者由冷却侧的运行状况决定,这些影响因素均在冷机之外,因此称ICOP为外部效率,即理想COP.

  ICOP是冷机在热力学上的效率极限,事实上,冷机COP 永远不可能达到ICOP,内部效率DCOP即表达了COP与ICOP之间的偏差。COP与ICOP的偏差主要在于以下几方面:有温差换热,截留损失,过热损失,压缩机效率等,这些影响因素都发生在冷机内部,因此称DCOP为内部效率。

  冷机的冷凝器水侧结垢导致换热吸能变差,冷机COP下降,冷却水是开放系统,更容易有各种杂质进入,使冷机的冷凝器水侧结垢,一方面会导致冷机出力不足和COP下降,另一方面还会影响冷机寿命。

  冷凝器结垢后最明显的表现是冷凝器外壁温度明显比常规机组温度高。建议制冷季定期对布水器、集水盘进行排污、清理积垢,提高水量和布水均匀性,提高水质和冷塔换热效果。

  另,通过采用自动加药装置,使冷却水中容易导致结垢、腐蚀的物质浓度控制在允许的范围内。日常巡检过程中应对加药装置、水质、冷凝器进行定期检查。

  在空调系统的供冷运行周期内,相当多的情况下,冷水机组处于部分负荷运行状态,为了控制机组部分负荷运行时的能耗,需对冷水机组的部分负荷时的性能系数作出一定的要求,因此提出了IPLV来评价。

  IPLV是基于机组部分负荷时的性能系数值,按机组在各种负荷条件下的累计负荷百分比进行加权计算获得的表示空气调节冷水机组部分负荷效率的单一数值。

  注意IPLV是名义工况下离心式机组(热泵)的性能系数,而NPLV是设计工况(非名义工况)下离心式机组(热泵)的性能系数。电机驱动的蒸气压缩循环冷水(热泵)机组的综合部分负荷性能系数(IPLV)应参照《公共建筑节能设计标准》标准中的相关约定和内容。

  IPLV的提出完善了冷水机组性能的评价方法,但计算冷水机组及整个系统的效率时,仍需要利用实际的气象资料、建筑物的负荷特性、冷水机组的台数及配置、运行时间、辅助设备的性能进行全面分析。

  在制冷季节及制热季节中,机组进行制冷 (热)运行时从室内除去的热量及向室内送入的热量总和与同一期间内消耗的电量总和之比[1]。其值用W·h(W·h)表示。

  在制冷季节中,空调机(组)进行制冷运行时从室内除去的热量总和与消耗的电量总和之比[1]。

  EER为名义制冷工况下,制冷量与消耗的电量的比值,名义制冷工况应符合现行国家标准《单元式空调机组》GB/T17758的有关规定

  说明:现行国家标准《单元式空气调节机》GB/T17758 已经开始采用制冷季节能效比SEER、全年性能系数APF 作为单元机的能效评价指标,但目前大部分厂家尚无法提供其机组的SEER、APF值,现行国家标准《单元式空气调节机能效限定值及能源效率等级》GB19576仍采用EER指标。

  COP用来评价制冷循环的能耗指标或压缩机的单位功率制冷量;EER用来评价各类机组的能耗指标。两者概念不同,应用时要有区别,不能混淆。COP值的大小不但与压缩机的形式有关,还与制冷循环工况有关,该工况应以内在参数制冷剂的冷凝温度(或压力)、蒸发温度(或压力)等标注。

  任何形式的压缩机在某工况下的COP值可通过不同类型的压缩机性能试验台(如电量器法、液体载冷剂循环法、制冷剂蒸汽循环法)测试示得,并绘制成不同工况下的COP值曲线,供选择、使用。

  EER值的大小除与机组的形式有关外,还与机组的运行工况有关。应用EER值评价能耗指标时,该工况应以外在参数冷却介质和被冷却介质的种类、温度、流量等标注。各种类型机组在某工况或不同负荷下的EER值可通过不同形式的性能试验装置(如液体载冷剂法,热平衡法,焓差法等)测试求得。

  (1)COP值用于评价制冷循环或压缩机的能耗指标,其工况采用循环的内在参数标注: EER值用于评价各类机组的能耗指标,其工况采用运行的外在参数标注。

  (2)水冷式冷水机组与风冷式冷水机组的EER值无可比性,因为风冷式冷水机组中的机组输入功率已计及了风机、电极的耗功率。

  (3)同一台机组名义工况与部分负荷工况的EER值无可比性,因为部分负荷时的冷却介质温度随负荷的降低而下降,与名义工况不同。鉴于目前使用的各类机组实际上都处于变工况或变负荷条件下运行,仅用上述单一的能效性能EER值统计或标注其运行能耗和能效性能并不符合实际应用情况,因此近年来国内外一些专业人员通过研究,提出了比较能全面、客观地反映各类机组真实运行情况的能效性能值及其表达式,如综合部分负荷IPLV值,季节能效比SEER值;综合能效比IEER值等。可以预见,不久的将来可能会对现有的表达式提出修正,甚至推出一些更合理、精确评价和考核各类机组的能效性能的计算公式,但制冷技术中两个基本能效性能参数COP值与EER值是不会被替代的。

  目前,国内在制冷领域能耗分析或评价中,对COP值和EER值的应用较为混合,甚至在一些标准中的应用也不够严格,存在随意性,应予纠正。

  评价冷冻水输配系统运行经济性的指标是冷冻水输送系数 WTFchw,其值等于冷冻水输送的冷量与冷冻泵电耗之比。对其做下述推导:

  可见,WTFchw由三个量决定:冷冻水供回水温差,冷却水泵扬程和效率。其中,冷冻水供回水温差不仅影响冷冻水泵能耗,而且对冷机运行有重要的影响;而后两者主要影响冷冻水输配系统能耗。冷冻水输配系数参加如下所示:

  评价冷冻却水输配系统运行经济性的指标是冷却水输送系数 WTFcw,其值等于冷却水输送的冷量与冷却泵电耗之比。对其做下述推导:

  可见,WTFcw 由三个量决定:冷却水供回水温差(DT2),冷却水泵扬程和 效率。其中 DT2 还同时影响冷机 ICOP,分析时应一并考虑,后两者则只对水泵能耗有影响。冷却水输配系数参加如下所示:

  冷却侧排热量与冷却塔风机电耗之比,冷却塔风机电耗通常在空调系统电耗中所占比例较小。

  针对各类资料和标准,整理了如上相关资料,请各位日常需要中作参照使用,不妥之处还望同仁加以斧正。

  王波,1979年,男,学士,研究方向:民用建筑机电系统设计及节能、减碳路径研究及智慧运营管理

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