關(guān)于蒸氣壓縮循環(huán)冷水機(jī)組名義工況污垢系數(shù)的探討

王希星

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海 200092）

關(guān)于蒸氣壓縮循環(huán)冷水機(jī)組名義工況污垢系數(shù)的探討

王希星*

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海 200092）

本文針對(duì)冷水機(jī)組能效測(cè)試名義工況在不同標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范之間的分歧，重點(diǎn)討論了GB/T 18430.1關(guān)于污垢系數(shù)的調(diào)整、調(diào)整原因及其帶來(lái)的影響。提出應(yīng)根據(jù)我國(guó)氣候和水質(zhì)條件對(duì)污垢系數(shù)進(jìn)行重新修訂，并且指出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制和修訂過(guò)程中應(yīng)注重對(duì)既有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的銜接。

冷水機(jī)組；名義工況；污垢系數(shù)

0 引言

在以水為載冷介質(zhì)的大型集中式空調(diào)系統(tǒng)中，冷水（熱泵）機(jī)組作為系統(tǒng)的核心，其設(shè)備的選型是一項(xiàng)重要的工作內(nèi)容。同時(shí)，冷水（熱泵）機(jī)組作為空調(diào)系統(tǒng)的主要耗電設(shè)備，其性能的優(yōu)劣對(duì)于系統(tǒng)的節(jié)能效果有重大影響。性能系數(shù)（COP）和綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)（IPLV）是與節(jié)能工作相關(guān)的兩個(gè)主要指標(biāo)。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 19577-2004《冷水機(jī)組能效限定值及能源效率等級(jí)》[1]于2004年8月正式發(fā)布并于2005年3月正式實(shí)施，依據(jù)名義工況下性能系數(shù)的大小標(biāo)準(zhǔn)將蒸氣壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機(jī)組的能源效率水平分為5個(gè)等級(jí)，見表1。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 19577-2004《冷水機(jī)組能效限定值及能源效率等級(jí)》[1]的內(nèi)容，GB 50189-2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[2]（以下簡(jiǎn)稱“GB 50189”）對(duì)冷水（熱泵）機(jī)組的 COP、IPLV提出了相應(yīng)的要求。其中第5.4.5條規(guī)定：“電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的蒸氣壓縮循環(huán)冷水熱泵機(jī)組在額定制冷工況和規(guī)定條件下性能系數(shù)（COP）不應(yīng)低于 5.4.5的規(guī)定?！北?摘錄對(duì)于制冷性能系數(shù)的要求。

隨著政府主管部門對(duì)節(jié)能工作的重視，在工程設(shè)計(jì)選型過(guò)程中 5.4.5條得到了很好的執(zhí)行，也達(dá)到了很好的效果。

表1 GB19577-2004規(guī)定的能源效率等級(jí)指標(biāo)[1]

表2 GB 50189-2005冷水（熱泵）機(jī)組制冷性能系數(shù)要求[2]

1 問題的提出

GB 50189第5.4.5條并未直接說(shuō)明“額定制冷工況”和“規(guī)定條件”，但在“條文說(shuō)明”中對(duì)此進(jìn)行了相應(yīng)的解釋：“至于確定名義工況時(shí)的參數(shù)，則根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組 工商業(yè)用和類似用途的冷水(熱泵)機(jī)組》GB/T 18430.1-2001[3]中的規(guī)定，即：1）使用側(cè)：制冷進(jìn)/出口水溫12/7℃；2）熱源側(cè)（或放熱側(cè)）：水冷式冷卻水進(jìn)出口水溫 30/35℃，風(fēng)冷式空氣干球溫度35℃，蒸發(fā)冷卻式空氣濕球溫度 24℃；3）使用側(cè)和水冷式熱源側(cè)污垢系數(shù)0.086 m2·℃/kW?！睏l文解釋中的內(nèi)容與GB/T 18430.1-2001《蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組工商業(yè)用和類似用途的冷水(熱泵)機(jī)組》（以下簡(jiǎn)稱“GB/T 18430.1-2001”）3.3.2條、3.3.3條的相關(guān)內(nèi)容吻合。

而GB 19577-2004《冷水機(jī)組能效限定值及能源效率等級(jí)》引用的是“GB/T 18430. 1《蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組工商業(yè)用和類似用途冷水(熱泵)機(jī)組》”，并在“規(guī)范性引用文件”指明“凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)”。即2007年11月5日發(fā)布的GB/T 18430.1-2007《蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組工商業(yè)用和類似用途的冷水(熱泵)機(jī)組》（以下簡(jiǎn)稱“GB/T 18430.1-2007”）適用于GB 19577。GB/T 18430.1-2007[4]對(duì)相關(guān)“名義工況”進(jìn)行了調(diào)整，原3.3.2條調(diào)整為4.3.2.1條，原3.3.3條調(diào)整為4.3.2.2條。主要變化見表3。

從表3可以看出，GB/T 18430.1-2001名義工況的溫度條件規(guī)定蒸發(fā)器和冷凝器的水流量不盡合理，GB/T 18430.1-2007改為蒸發(fā)器和冷凝器的出水溫度和水流量，這樣更接近實(shí)際的運(yùn)用，同時(shí)也給制造廠商的試驗(yàn)帶來(lái)極大的方便；另外一個(gè)大變化就是蒸發(fā)器側(cè)污垢系數(shù)由0.086降低為0.018，冷凝器側(cè)污垢系數(shù)由0.086降低為0.044。

表3 GB/T 18430.1調(diào)整前后對(duì)“名義工況”的主要改動(dòng)

綜上可見，GB 50189冷水機(jī)組名義工況的污垢系數(shù)大（0.086），而GB 19577的污垢系數(shù)?。?.018和0.044），這種分歧將造成實(shí)際應(yīng)用的困難和機(jī)組能效評(píng)估的混亂。為了理清個(gè)中關(guān)系并為名義工況中污垢系數(shù)的合理選擇提供依據(jù)，很有必要對(duì)國(guó)外污垢系數(shù)調(diào)整歷程及其背后的原因進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)具體情況選擇適合我國(guó)國(guó)情的冷水機(jī)組名義工況污垢系數(shù)。

2 美國(guó)和日本標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于名義工況污垢系數(shù)的規(guī)定

GB/T 18430.1-2001由國(guó)家質(zhì)檢總局2001年8月30日批準(zhǔn)，2004年4月1日起執(zhí)行，以替代JB/T 4329-1997《容積式冷水熱泵機(jī)組》和 JB/T3355-1998《離心式冷水機(jī)組》。標(biāo)準(zhǔn)參考采用美國(guó)空調(diào)制冷協(xié)會(huì)ARI 550/590-1998《蒸氣壓縮循環(huán)的冷水機(jī)組》[5]和日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS B 8613-1994《冷水機(jī)組》[6]、JIS B 8621-1995《離心式制冷機(jī)》[7]。

美國(guó)空調(diào)制冷協(xié)會(huì)（ARI）是北美地區(qū)暖通空調(diào)設(shè)備制造商組成的行業(yè)組織，工作重點(diǎn)之一是針對(duì)暖通空調(diào)設(shè)備制定一系列標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)在世界范圍內(nèi)具有相當(dāng)?shù)臋?quán)威性和影響力。

美國(guó)空調(diào)制冷協(xié)會(huì)對(duì)其 ARI標(biāo)準(zhǔn)工況不斷進(jìn)行著修改[5,8-12]，見表 4。從表4中可以看出：ARI水冷冷水機(jī)組空調(diào)工況的進(jìn)出水溫度沒有變化；水側(cè)污垢系數(shù)有不斷降低的趨勢(shì)。

表4 冷水機(jī)組ARI標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)工況的變化

ARI 550-1983的冷凍水和冷卻水側(cè)的污垢系數(shù)都是 0.086 m2·℃/kW，ARI 550-1992降為 0.044 m2·℃/kW，到 ARI 550/590-1998才降為現(xiàn)在的冷凍水側(cè)0.018 m2·℃/kW和冷卻水側(cè)0.044 m2·℃/kW。

ARI 550/590于2003年進(jìn)行了修訂，即“2003 STANDARD FOR PERFORMANCE RATING OF WATER CHILLING PACKAGES USING THE VAPOR COMPRESSION CYCLE”（以下簡(jiǎn)稱ARI 550/590- 2003），其名義工況(Standard Rating Conditions)并無(wú)變化。

2007年日本標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)審議通過(guò)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS B 8621《離心式冷水機(jī)組》，其中第7.2.1條對(duì)標(biāo)準(zhǔn)額定工況做了規(guī)定[7]，水冷式設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)見表5。

從參照規(guī)范的相關(guān)條文內(nèi)容可以看出，GB/T 18430.1-2001中規(guī)定的“名義工況”結(jié)合了 ARI 550/590-1998 和 JIS B 8621-1995，而 GB/T 18430.1-2007認(rèn)為原標(biāo)準(zhǔn)的污垢系數(shù)虛高，修訂時(shí)降低了污垢系數(shù)，污垢系數(shù)完全按照 ARI 550/590-2003的規(guī)定。

那么為什么 ARI標(biāo)準(zhǔn)中的水側(cè)污垢系數(shù)能夠逐漸降低，而日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)仍然堅(jiān)持規(guī)定冷凍水和冷卻水側(cè)的污垢系數(shù)為0.086 m2·℃/kW?

對(duì)于新制造的冷水機(jī)組，水側(cè)同制冷劑側(cè)一樣,其污垢系數(shù)可近似視為零。造成水側(cè)結(jié)垢的原因是多方面的，有水質(zhì)狀況、水中有機(jī)物的生成和維護(hù)保養(yǎng)情況等。正如ARI指導(dǎo)書E-1988[13]中指出的“ASHRAE的研究表明：水的化學(xué)成分在限定范圍內(nèi)且無(wú)生物有機(jī)物和固態(tài)懸浮物，并對(duì)冷卻塔進(jìn)行良好維護(hù)保養(yǎng)的情況下，機(jī)組短期內(nèi)的水側(cè)污垢系數(shù)不超過(guò)0.018 m2·℃/kW?！奔碅RI標(biāo)準(zhǔn)水側(cè)污垢系數(shù)的降低是基于進(jìn)行初次和定期的水處理并每年進(jìn)行清洗保養(yǎng)，故其值的確定是有條件的[14]。美國(guó) ARI標(biāo)準(zhǔn)是在定期的水處理和清洗保養(yǎng)的前提下才逐漸降低污垢系數(shù)的。

表5 JIS B 8621標(biāo)準(zhǔn)額定工況相關(guān)數(shù)據(jù)

3 我國(guó)的實(shí)際情況及污垢系數(shù)調(diào)整的影響

由于水中鹽類及懸浮物濃縮，以及在冷卻塔與大氣接觸中，循環(huán)水水質(zhì)惡化，使循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢和生物污染成為3個(gè)突出的問題。從而造成傳熱效率下降，設(shè)備壽命縮短，嚴(yán)重的出現(xiàn)設(shè)備穿孔、管道堵塞，甚至被迫停機(jī)。而忽視水質(zhì)處理又是我國(guó)循環(huán)水系統(tǒng)管理中普遍存在的一個(gè)突出問題。

誠(chéng)如 GB/T 18430.1修訂稿在征求意見時(shí)有的專家指出的[15]，我國(guó)大氣污染比發(fā)達(dá)國(guó)家嚴(yán)重，特別是由于地理、氣候、沙塵、植被及污染治理等原因，大氣中塵土(顆粒物)濃度比發(fā)達(dá)國(guó)家的要高，而我國(guó)冷水機(jī)組的冷卻塔均為開啟式，冷卻水直接與大氣接觸(不像國(guó)外用封閉式冷卻塔)，所以冷卻水實(shí)際在清洗大氣而較臟，特別是塵土含量高，這是一般水處理設(shè)備不能處理的，因?yàn)槎际俏m，在冷凝器中易附著，更不用說(shuō)微生物了。另外，我國(guó)的實(shí)際運(yùn)行管理水平不高，對(duì)兩器的清理維護(hù)也無(wú)章可循，一般用戶也無(wú)人指導(dǎo)和缺乏合適的清掃工具(特別是中小用戶)。由此可見，在我國(guó)環(huán)境條件和管理水平與美國(guó)相差如此懸殊的情況下，照搬美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)選取過(guò)小的污垢系數(shù)，嚴(yán)重脫離中國(guó)實(shí)際，也就失去了該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)行業(yè)的實(shí)際指導(dǎo)意義。所造成的直接后果就是，由于GB 19577-2004引用GB/T 18430.1，未注明版本，如非特別說(shuō)明，廠家更樂意提供GB/T 18430.1-2007“名義工況”下的數(shù)據(jù)。如果按這么小的污垢系數(shù)設(shè)計(jì)的換熱器，在中國(guó)的使用條件下，污垢熱阻很快達(dá)到額定設(shè)計(jì)值，不能滿足起碼的制冷周期的需要，要么頻繁停機(jī)清洗傳熱管，增加運(yùn)行成本，甚至減少產(chǎn)量；要么使能耗增大、制冷量減少，這與系統(tǒng)安全運(yùn)行和節(jié)能環(huán)保的要求是違背的。

從制訂標(biāo)準(zhǔn)的目的來(lái)講，應(yīng)該是為了淘汰落后產(chǎn)品，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，提高能源使用效率。按照GB/T 18430.1-2007所規(guī)定的“名義工況”實(shí)際上是降低了對(duì)設(shè)備效率的要求，這與社會(huì)發(fā)展的方向是背離的。應(yīng)該在提高循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)及水處理要求的基礎(chǔ)上，逐漸降低污垢系數(shù)。從這個(gè)角度上來(lái)說(shuō)，冷凝器側(cè)污垢系數(shù)0.086 m2·℃/kW更接近我國(guó)的目前實(shí)際情況，在校核確認(rèn)設(shè)備是否滿足GB 50189、GB 19577-2004能效限定值時(shí)，“名義工況”應(yīng)按GB/T 18430.1-2001執(zhí)行。

4 結(jié)語(yǔ)

冷凝器側(cè)污垢系數(shù)0.086 m2·℃/kW更接近我國(guó)的目前實(shí)際情況，在校核確認(rèn)設(shè)備是否滿足GB 50189、GB 19577-2004能效限定值時(shí)，“名義工況”宜按GB/T 18430.1-2001執(zhí)行；建議全國(guó)冷標(biāo)委在GB/T 18430.1進(jìn)行后續(xù)修訂時(shí)，對(duì)水側(cè)污垢系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的考慮。

從對(duì)于日后標(biāo)準(zhǔn)制訂的借鑒意義上來(lái)說(shuō)，各標(biāo)準(zhǔn)管理歸口單位需加強(qiáng)溝通和協(xié)調(diào)，GB 19577由全國(guó)能源基礎(chǔ)與管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)合理用電分技術(shù)委員會(huì)歸口，GB/T 18430.1由全國(guó)冷凍空調(diào)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口，GB 50189由中國(guó)建筑科學(xué)研究院中國(guó)建筑業(yè)協(xié)會(huì)建筑節(jié)能專業(yè)委員會(huì)主編。不同的單位相互之間往往缺乏有效的溝通。在我們查閱標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的過(guò)程中往往會(huì)發(fā)現(xiàn)不同標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范之間的矛盾之處。這不僅影響標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的嚴(yán)肅性，也造成實(shí)際應(yīng)用的困難。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制過(guò)程中應(yīng)注重對(duì)既有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的銜接、對(duì)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的合理吸收和對(duì)本土實(shí)際情況的考慮，同時(shí)減少利益方的影響。

[1]GB 19577-2004, 冷水機(jī)組能效限定值及能源效率等級(jí)[S].

[2]GB 50189-2005, 公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]GB/T 18430.1-2001, 蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組工商業(yè)用和類似用途的冷水(熱泵)機(jī)組[S].

[4]GB/T 18430.1-2007, 蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組工商業(yè)用和類似用途的冷水(熱泵)機(jī)組[S].

[5]ARI Standard 550/590-1998, Water-chilling packages using the vapor compression cycle[S].

[6]JIS B 8613-1994, 冷水機(jī)組[S].

[7]JIS B 8621-1995, 離心式制冷機(jī)[S].

[8]ARI Standard 550-1983, Centrifugal and rotary waterchilling packages[S].

[9]ARI Standard 590-1981, Positive displacement compressor water-chilling packages[S].

[10]ARI Standard 550-1992, Centrifugal and rotary waterchilling packages[S].

[11]ARI Standard 590-1992, Positive displacement compressor water-chilling packages[S].

[12]ARI Standard 550/590-2003, Performance Rating of Water-chilling packages using the vapor compression cycle[S].

[13]ARI Guideline E21988, Fouling factors: A survey of their application in today[S].

[14]衛(wèi)宇. ARI空調(diào)工況與中國(guó)空調(diào)工況的差異對(duì)水冷冷水機(jī)組滿負(fù)荷效率的影響[J]. 暖通空調(diào), 2000, 30(4): 67-69.

[15]全國(guó)冷標(biāo)委秘書處. GB/T 18430.1(修訂)征求意見稿反饋意見匯總[R].

Discussion on Fouling Factor of Water-chilling Packages Using the Vapor Compression Cycle under Nominal Conditions

WANG Xi-xing*
(Tongji Architectual Design (Group) Co., Ltd, Shanghai 200092, China)

Based on the contradiction between different standards on nominal conditions of water-chilling packages, the discussion was focused on the adjustment of fouling factor in GB/T 18430.1, the reason of adjustment and the effect of it. It was put forward that fouling factor should be revised according to Chinese climate and water conditions, and special attention should be paid to link the existing standards in the process of standard preparation and revision .

Water-chilling packages; Nominal condition; Fouling factor

10.3969/j.issn.2095-4468.2014.02.203

*王希星（1982-），男，工程師，工學(xué)碩士。工作方向：暖通、動(dòng)力設(shè)計(jì)。聯(lián)系地址：上海市四平路1230號(hào)302室，郵編：200092。聯(lián)系電話：021-35375429。E-mail：33wxx@tjadri.com。