模塊式冷水機(jī)組不同控制邏輯下的IPLV值測(cè)試比較

謝鴻璽，謝添璽，謝寶剛，包繼虎，趙宗彬，朱豐雷

模塊式冷水機(jī)組不同控制邏輯下的IPLV值測(cè)試比較

謝鴻璽1，謝添璽2，謝寶剛1，包繼虎1，趙宗彬1，朱豐雷1

（1.合肥通用機(jī)械研究院，安徽合肥 230031；2.天津大學(xué)，天津 300072）

冷水機(jī)組的IPLV是通過測(cè)試基于規(guī)定工況下的部分負(fù)荷性能系數(shù)值計(jì)算得來的。隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前由多臺(tái)機(jī)組構(gòu)成的大容量模塊式冷水機(jī)組越來越多，其整機(jī)的IPLV值與各模塊單元的容量以及各模塊的運(yùn)行控制邏輯密切相關(guān)。本文對(duì)比測(cè)試了由兩臺(tái)相同容量單元組成一臺(tái)大容量模塊機(jī)組在不同控制策略時(shí)的IPLV值，發(fā)現(xiàn)控制策略對(duì)IPLV值的影響顯著。對(duì)于由2臺(tái)額定制冷量為100kW機(jī)組構(gòu)成的200kW模塊式冷水機(jī)組而言，采用不同的控制策略進(jìn)行測(cè)試時(shí)，水冷式冷水機(jī)組的最小IPLV值為5.32、最大IPLV值為6.73；風(fēng)冷式冷水機(jī)組的最小IPLV值為3.39、最大IPLV值為3.83，蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組的最小IPLV值為4.49、最大IPLV值為5.39。上述測(cè)試數(shù)據(jù)為產(chǎn)品控制策略的研發(fā)提出了有益的參考。

模塊式冷水機(jī)組；綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)；控制邏輯；性能系數(shù)

1 前言

模塊式冷水機(jī)組是由幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊單元并聯(lián)組合而成的，各個(gè)模塊單元可以各自獨(dú)立運(yùn)行并互為備用，當(dāng)空調(diào)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，模塊式冷水機(jī)組通過開啟或關(guān)閉運(yùn)行模塊單元的數(shù)量使整機(jī)輸出冷量與所需冷負(fù)荷匹配，在低空調(diào)負(fù)荷下能有效避免大型冷水機(jī)組“大馬拉小車”的使用狀態(tài)，能使制冷系統(tǒng)高效節(jié)能的運(yùn)行；且具有安裝運(yùn)輸方便，某一單元停機(jī)維護(hù)不影響其它單元正常運(yùn)行，可靠性高等優(yōu)勢(shì)，因此模塊式冷水機(jī)組被廣泛應(yīng)用［1］。

綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)（IPLV）是用一個(gè)單一數(shù)值表示的空氣調(diào)節(jié)用冷水機(jī)組的部分負(fù)荷效率指標(biāo)，基于規(guī)定的IPLV工況下機(jī)組部分負(fù)荷的性能系數(shù)值，按機(jī)組在特定負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)間的加權(quán)因素，通過下式計(jì)算獲得［2］：

IPLV=2.3%×A+41.5%×B+46.1%×C+10.1%×D（1）

式中A——100%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)COP

B——75%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)COP

C——50%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)COP

D——25%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)COP

在GB19577-2015《冷水機(jī)組能效限定值及能效等級(jí)》中規(guī)定，冷水機(jī)組能效限定值和節(jié)能評(píng)價(jià)值要使冷水機(jī)組COP和IPLV均達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值［3］。對(duì)于模塊式冷水機(jī)組來講，COP是指機(jī)組在名義工況下滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)制冷量與制冷消耗功率的比值，每臺(tái)機(jī)組有其確定的COP值。但I(xiàn)PLV值會(huì)隨著主機(jī)的不同控制邏輯，模塊單元不同運(yùn)行狀態(tài)的組合有所差異。什么樣的控制邏輯運(yùn)行的模塊單元組合的IPLV值較高，本文通過舉例測(cè)試不同控制邏輯的模塊式水冷冷水機(jī)組、模塊式風(fēng)冷冷水機(jī)組、模塊式蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組的IPLV值進(jìn)行比較。

2 冷水機(jī)組IPLV的測(cè)試方法

冷水機(jī)組按其冷卻方式不同，可以分為水冷式冷水機(jī)組、風(fēng)冷式冷水機(jī)組、蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組。冷水機(jī)組IPLV值是通過測(cè)試式（1）中不同部分負(fù)荷的性能系數(shù)計(jì)算得來的。而制冷量的測(cè)試均按照GB/T10870的規(guī)定［4］，蒸發(fā)器側(cè)采用液體載冷劑法進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定和計(jì)算。不同的是水冷式冷水機(jī)組冷凝器側(cè)需采用機(jī)組熱平衡法對(duì)制冷量進(jìn)行校核試驗(yàn)，風(fēng)冷式和蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組的冷凝器側(cè)采用GB/T17758中空氣焓差法中的室內(nèi)空調(diào)裝置使其達(dá)到放熱側(cè)環(huán)境溫度條件。

機(jī)組的制冷量Qc的計(jì)算式：

式中Qc——機(jī)組的制冷量，W

C——平均溫度下水的比熱容，J/（kg·℃）

qm——蒸發(fā)器側(cè)水流量，kg/s

t1，t2——蒸發(fā)器進(jìn)水、出水溫度，℃

機(jī)組的性能系數(shù)COP計(jì)算式：

式中N0——機(jī)組制冷消耗總電功率

從GB/T18430.1-2007《蒸氣壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機(jī)組第1部分：工業(yè)或商業(yè)用及類似用途的冷水（熱泵）機(jī)組》和JB/T12323-2015《蒸氣壓縮循環(huán)蒸發(fā)冷卻式冷水（熱泵）機(jī)組》可以看出，綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)是在表1規(guī)定的工況下，測(cè)試機(jī)組部分負(fù)荷性能系數(shù)計(jì)算得到［5，6］。

表1 冷水機(jī)組部分負(fù)荷工況

在IPLV測(cè)試部分負(fù)荷工況時(shí)，還需對(duì)表1的規(guī)定工況按GB/T18430.1-2007附錄C進(jìn)行模擬水側(cè)污垢系數(shù)進(jìn)行修正。對(duì)于蒸發(fā)器側(cè)，3種冷卻形式的冷水機(jī)組均需按計(jì)算出模擬水側(cè)污垢系數(shù)的修正溫差從蒸發(fā)器冷水出水溫度中減去，冷凝器側(cè)只有水冷式冷水機(jī)組須加到冷凝器冷卻水進(jìn)水溫度，以此來模擬增加水側(cè)污垢后對(duì)機(jī)組運(yùn)行工況的影響來測(cè)試機(jī)組的性能，對(duì)于風(fēng)冷式和蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組的冷凝器側(cè)無需修正。

3 冷水機(jī)組IPLV的試驗(yàn)

本文分別對(duì)選定的3臺(tái)模塊式冷水機(jī)組IPLV進(jìn)行單模塊獨(dú)立測(cè)試，水冷式、風(fēng)冷式和蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組均選用相同容量，單臺(tái)額定制冷量為100kW的2臺(tái)樣機(jī)組合成相應(yīng)的模塊式冷水機(jī)組，整機(jī)的額定制冷量為200kW。各樣機(jī)測(cè)試均在測(cè)試范圍為10～240kW的綜合焓差實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 3種冷卻方式單模塊冷水機(jī)組部分負(fù)荷測(cè)試結(jié)果

4 不同控制邏輯的模塊式冷水機(jī)組的IPLV值

對(duì)于模塊式冷水機(jī)組的IPLV值來講，測(cè)試IPLV各部分負(fù)荷工況根據(jù)主控單元機(jī)組的不同控制邏輯有多種組合。模塊式冷水機(jī)組整機(jī)C的100%負(fù)荷由2臺(tái)單元的100%負(fù)荷組成；整機(jī)C的75%負(fù)荷可以由主控單元A的100%和模塊單元B的50%組成，也可以由主控單元A的75%和模塊單元的75%組成；整機(jī)C的50%負(fù)荷可以由主控單元A的100%和模塊單元B的0%負(fù)荷組成，也可以由主控單元A的50%和模塊單元的50%組成；整機(jī)C的25%負(fù)荷可以由主控單元A的50%和模塊單元B的0%負(fù)荷組成，也可以由主控單元A的25%和模塊單元的25%組成。由兩單元組成的模塊機(jī)組根據(jù)主機(jī)的不同控制邏輯，會(huì)有8種IPLV的測(cè)試結(jié)果，以前邊所選機(jī)型測(cè)試結(jié)果為例，整機(jī)不同IPLV值計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 3種冷卻方式不同部分負(fù)荷組合下模塊冷水機(jī)組IPLV值

從表3可以看出，對(duì)于2臺(tái)相同型號(hào)冷水機(jī)組組成的模塊式冷水機(jī)組，因其運(yùn)行時(shí)的控制邏輯不同得到的IPLV測(cè)試部分負(fù)荷組合不同。對(duì)于模塊冷水式冷水機(jī)組最小IPLV值為5.32，最大IPLV值為6.73；模塊風(fēng)冷式冷水機(jī)組最小IPLV值為3.39，最大IPLV值為3.83；模塊蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組最小IPLV值為4.49，最大IPLV值為5.39。相同的設(shè)備配置，因運(yùn)行控制邏輯不同，導(dǎo)致IPLV值存在較大差別。也間接反映出模塊式冷水機(jī)組在產(chǎn)生相同制冷量的情況下，所消耗的電功率存在較大差別。

5 結(jié)語

模塊式冷水機(jī)組在較多項(xiàng)目中因其自身優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用，其IPLV值的大小體現(xiàn)了機(jī)組運(yùn)行能效的高低。模塊式冷水機(jī)組的IPLV值一般認(rèn)為因其模塊單元確定后而是一固定參數(shù)，其實(shí)不然。經(jīng)過測(cè)試2臺(tái)相同容量單元組成的模塊式冷水機(jī)組整機(jī)的IPLV值，可以發(fā)現(xiàn)其不僅取決各模塊單元的性能，而整機(jī)的控制邏輯也在很大程度上影響機(jī)組的IPLV值。因此，優(yōu)化控制邏輯，根據(jù)各模塊單元自身的性能特性，使模塊式冷水機(jī)組整機(jī)高效運(yùn)行，是提高模塊式機(jī)組IPLV的一個(gè)重要方向。

［1］史敏，何亞峰，鐘瑜.中美兩國冷水機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)的IPLV評(píng)價(jià)體系差異性分析［J］.制冷學(xué)報(bào)，2015，36（6）：111-118.

［2］楊碩，馮圣紅.關(guān)于冷水機(jī)組綜合部分負(fù)荷系數(shù)的研究［J］.建筑節(jié)能，2015，43（5）：38-40.

［3］樓諍，郁文紅，楊昭.模塊式冷水機(jī)組的選型分析.制冷與空調(diào)［J］.2004，4（1）：80-82

［4］《冷水機(jī)組能效限定值及能效等級(jí)》：GB19577-2015［S］.

［5］李小燕，程斌，鐘志鋒，等.小型HFC-32冷水（熱泵）機(jī)組的性能試驗(yàn)研究［J］.2016，44（6）：81-84.

［6］蒸氣壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機(jī)組性能試驗(yàn)方法：GB/T10870—2014［S］.

Comparison of IPLV in Different Control Logic of Modular Chillers

XIE Hong-xi1，XIE Tian-xi2，XIE Bao-gang1，BAO Ji-hu1，ZHAO Zong-bin1，ZHU Feng-lei1
（1.Hefei General Machinery Research Institute，Hefei 230031，China；2.Tianjin University，Tianjin 300072，China）

The IPLV of the chiller is calculated by testing the partial load performance factor based on the specified operating conditions.With the progress of technology，the current multi-unit composed of large-capacity modular chillers more and more，The IPLV value of the whole machine is closely related to the capacity of each module unit and the operation control logic of each module.This paper compares the IPLV values of two large capacity modules by two identical capacity units at different control strategies，It was found that the control strategy had a significant effect on the IPLV value.For the 200 kW modular chillers consisting of two rated cooling capacities of 100 kW units，the minimum IPLV value of the water-cooled chiller is 5.32 and the maximum IPLV is 6.73 when using different control strategies.Air-cooled cold water The minimum IPLV of the unit is 3.39，the maximum IPLV is 3.83，the minimum IPLV of the evaporative chiller is 4.49，and the maximum IPLV is 5.39.The above test data for the product control strategy for the development of a useful reference.

modular chillers；IPLV；control logic；COP

TH12；TH137

A

10.3969/j.issn.1005-0329.2017.11.016

1005-0329（2017）11-0084-03

2017-03-13

2017-06-12

合肥通用機(jī)械研究院青年科技基金資助項(xiàng)目（2013010644）

謝鴻璽（1985-），男，碩士研究生，工程師，從事制冷設(shè)備性能的研究與檢測(cè)工作，通訊地址：230031安徽合肥市長(zhǎng)江西路888號(hào)合肥通用機(jī)械研究院，E-m ail：xiehongxi008@163.com。