從動態(tài)負荷特性分析集中供冷的節(jié)能優(yōu)勢

□文 /楊海松

從動態(tài)負荷特性分析集中供冷的節(jié)能優(yōu)勢

□文 /楊海松

于家堡金融區(qū)采用集中供冷能源中心。文章從土地占用、設備投資、運行管理等方面分析了區(qū)域集中供冷的節(jié)能優(yōu)勢并給出各種措施的節(jié)能潛力。

動態(tài)負荷；集中供冷；節(jié)能；潛力

于家堡金融區(qū)位于濱海新區(qū)中心商務區(qū)，規(guī)劃建筑面積950萬m2，共120個地塊。于家堡金融區(qū)的供冷方案，最初為每個地塊單獨設置供冷機房。由于于家堡金融區(qū)具有業(yè)態(tài)清晰，統(tǒng)一建設的優(yōu)勢，可以進行區(qū)域集中供冷，文章以建設中的起步區(qū)南能源中心為例，從節(jié)能角度對區(qū)域集中供冷的優(yōu)勢進行分析。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外從20世紀90年代開始進行綜合部分負荷性能系數(shù)的相關研究。美國空調與制冷學會標準（ARI—550/590-98）提出的綜合部分負荷性能系數(shù)IPLV（IntegratePartialLoadValue）來評價不同類型冷水機組在整個空調季節(jié)中的綜合性能，可以更準確地反映冷水機組能耗[1]。

綜合部分負荷性能系數(shù)的概念最早于1986年提出來的，后來經(jīng)過多次修改完善，形成了美國空調與制冷學會ARI550-92《離心式和回轉式螺桿式冷水機組》以及ARI590-92《容積式冷水機組》2個標準中規(guī)定的綜合部分負荷性能系數(shù)IPLV（IntegratePartial LoadValue），在部分負荷下求得制冷性能系數(shù)，再按加權系數(shù)公式計算出冷水機組部分負荷性能值，主要反映冷水機組的部分負荷調節(jié)功能。2個標準中規(guī)定的綜合部分負荷性能系數(shù)IPLV的計算公式為

其中：A、B、C、D分別是冷水機組在 100%、75%、50%和25%負荷下的EER或COP。方程式中的系數(shù)是冷水機組在評價負荷點運行時的權重系數(shù)?；诿绹?9個城市的平均氣候和大部分建筑類型，經(jīng)過一段試驗運作后，美國空調與制冷學會ARI又于1998年推出了新的標準（ARI—550/590—98），將所有采用蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的冷水機組統(tǒng)一為一個相同的部分負荷評價標準，提出了新的IPLV計算公式

同濟大學夏國欣等曾以北京市旅館建筑為例推導出類似公式。我國頒布GB50189—2005《公共建筑節(jié)能標準》，也引入了IPLV的概念

該公式仍基于常規(guī)的中央空調設計。IPLV概念的提出，初衷是基于傳統(tǒng)的供冷方式，衡量單臺空調機組面對不同負荷狀態(tài)的性能表現(xiàn)。通過集中供冷，集合各地塊的制冷設備并動態(tài)組合投入運行，可以較大程度克服大馬拉小車的現(xiàn)象，最大限度地節(jié)約能源。如果把供冷中心的所有機組看成單臺設備，也可以應用IPLV的概念進行評價，但不能簡單的套用前述各公式，需要按照ARI提供的方法，根據(jù)各負荷狀況所占的實際運行時間權重進行修正。

根據(jù)美國空調與制冷協(xié)會（ARI）的研究，中央空調系統(tǒng)99%以上的時間是在部分負荷狀態(tài)下運行，而空調機組在不同的負荷率下會表現(xiàn)出不同的性能[2]。同濟大學李魁山等也曾在上海地區(qū)做過能效測試，發(fā)現(xiàn)空調機組在低負荷運行時，實測能效值遠小于理論能效值[3]。

2 工程概況

于家堡金融區(qū)起步區(qū)3-18、3-25、3-26等8個地塊，見圖1，供冷面積80萬m2。最初的規(guī)劃方案為分散設置制冷機房，需設計8個機房，每個地塊應配備1～2臺制冷機。集中供冷中心設與起步區(qū)公共綠地3-30地塊的地下空間合建，共配備6臺大型制冷機，見圖2。

圖1 于家堡金融區(qū)

圖2 集中供冷規(guī)劃

3 集中供冷綜合部分性能系數(shù)（IPLV）分析

從理論上分析，在正常天氣下，從供冷季開始，氣溫逐漸升高，然后逐漸降低，能源的需求也同步變化。在一個供冷季，各個需求點出現(xiàn)的時間跨度基本是均勻的，見表1。針對于整個機組，可以假定負荷需求是線性變化的。而實際動態(tài)投入設備的負荷率應重新進行核算。

表1 不同負荷率下設備運行時間

表1中計算出了4個區(qū)間段的時間分布，而不是100%、75%、50%、25%4個邊界，需要進行區(qū)間之間的平均計算。按照ARI提供的計算方法，可得

整理后可得IPLV=0.38A+0.458B+0.099C+0.063D

與ARI及GB50189—2005的經(jīng)驗公式對比，采用集中供冷的方式，由于低負荷狀態(tài)下運行時間減少，因此，空調機組的能效提高。公式僅是從本項目推導，適用性有限。但隨著越來越多的集中供冷項目，可獲得更多的運行數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)推導集中供冷經(jīng)驗公式是可行的。

4 于家堡集中供冷節(jié)能潛力分析

本項目的節(jié)能潛力可從主機效率、電機效率和管理等幾個方面討論，具體如下。

由于設備高效運行能效的時間權重增加，使集中供冷比傳統(tǒng)的分散供冷方式能效提高。以國外某廠家定頻離心機在100%、75%、50%、25%負荷下單機能效比分別為 5.00、4.82、4.34、3.47為例，可以得出，本項目集中和分散供冷的綜合能效比分別為4.76和4.477，節(jié)能率在6%左右。如果采用蓄能技術，在運行過程中通過蓄能、放能，調節(jié)設備的負荷率，還可進一步提高系統(tǒng)的能效。目前，本項目采用冰蓄冷方式，充分利用削峰填谷的減排效應。

由于項目規(guī)模變化，設備選型變化，也節(jié)能提供了空間。就電制冷而言，常用的制冷機組包括螺桿式壓縮機和離心式壓縮機。二者的工作原理不同，適用范圍和工作效率也不同。一般來說離心機的能效更高，但適用于大型、特大型項目。與螺桿機比較，離心機在機械損耗上可以節(jié)約4%的無用功。就本項目而言，采用區(qū)域集中供冷，為選用大型離心機創(chuàng)造了條件。

由于本項目采用大型離心機，電機選型為6kV高壓電機，線損和變損較常規(guī)的380V電機將節(jié)能5%～10%。通常情況下，線損和變損占系統(tǒng)能耗的10%，采用高壓電機，可節(jié)能0.5%～1%。

5 結語

于家堡起步區(qū)采用集中供冷的方式，從技術上節(jié)能率在10%左右，同時采用先進專業(yè)的管理手段，節(jié)能空間更大。通過理論分析，可發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外已有的經(jīng)驗公式不適用于集中供冷方式的部分負荷性能評價，下一步應擴大研究范圍，總結出適用于集中供冷的經(jīng)驗公式。

［1］龔 毅.空調用冷水機組部分負荷性能與空調系統(tǒng)的匹配分析［A］.全國暖通空調制冷2004年學術年會資料摘要集（1）［C］.2004.

［2］夏國欣，陳汝東.負荷動態(tài)特性與制冷機組性能的匹配[J].流體機械，2003，31（1）：53-55.

［3］王生龍，胡洪明.離心式冷水機組能量調節(jié)方法的節(jié)能特性分析［A］.中國制冷學會2009年學術年會論文集［C］.2009.

［4］葉 盛，陳汝東.變頻離心式冷水機組運行特性[J].制冷技術，2007，（3）：21-24.

［5］張 旭，李魁山.上海地區(qū)集中供冷能耗測試分析[J].空調暖通技術，2007（4）：11-13.

［6］GB50189—2005，公共建筑節(jié)能設計標準[S].

TU83

C

1008-3197（2014）02-05-02

10.3969/j.issn.1008-3197.2014.02.002

2013-12-09

楊海松/男，1969年出生，工程師，天津新金融投資有限責任公司，從事APEC低碳技術管理工作。