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水冷和风冷式冷水机组的运行能耗分析

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发表于 2018-9-2 13:11:25 |显示全部楼层
  冷水机组的全年运行能耗与其全负荷性能和部分负荷性能有关。全负荷性能就是冷水机组运行在其额定工况时的能耗指标(EER、COP或单位冷量的耗电量)。就机组的全负荷性能来讲,风冷式冷水机组的单位制冷量的耗电量要比水冷式冷水机组大得多。但是,就此认为风冷式冷水机组的全年运行能耗一定要比水冷式冷水机组大很多是片面的,因为空调负荷总是随室外气象参数的变化而变化的,冷水机组实际运行过程中大部分时间都是处于部分负荷运行状态。以北京地区夏季集中式空调为例,5~9月份空调共运行2880小时。由表中可以看出,一个空调季节,建筑物配用的冷水机组,98%的时间负荷率在70%以下。因此,要评价冷水机组的能耗,必须考虑冷水机组的部分负荷性能,进行全面分析比较,才能得出正确的结论。
  一般大型建筑物的空调冷源都是由多台冷水机组并联运行的。在机组的运行调节中,绝大多数都是采用机组运行的台数与各机组本身的冷量调节相结合的方法。因此每台机组的实际负荷率曲线,除了和地域、建筑物的热工特性、用途及室外气象条件有关外,还取决于其在机组群中运行的时间顺序位置。机组的实际运行情况是千差万别的,很难准确作出其负荷率曲线。撇开各机组具体运行负荷特点,为使各类型的冷水机组有一个共同的部分负荷性能评价指标,制冷学会(ARI)在1998ARI550590标准中对使用蒸气压缩循环的冷水机组提出用部分负荷性能值IPLV来评价它们的部分负荷性能。
  对于本文所分析的水冷离心式冷水机组和风冷离心式冷水机组来说,根据1998ARI-550590新标准计算出来的水冷式冷水机组的IPLV(EER)值比风冷式冷水机组的IPLV(EER)值大3161%,也就是说,风冷式冷水机组全年运行能耗比水冷式冷水机组大3161%。
  IPLV(EER)值的计算并未包括冷冻机房辅助设备的耗电量,为了使分析具有可比性,必须综合考虑整个冷源的用电量,水冷式冷水机组应考虑冷却水泵及冷却塔风机的耗电量,风冷式冷水机组则要考虑冷凝器风机的耗电量。以上述机组为例,水冷式冷水机组需配置38kW的冷却水泵和11kW的冷却塔风机,风冷式冷水机组所配置的冷凝风机的功率为45kW。
  目前水冷式冷水机组的冷却水系统中,当机组运行在部分负荷状态时,系统配置的冷却塔风机和冷却水泵的电机多数仍以满负荷输出。但在风冷式冷水机组中,一般设置多台冷凝器,配置多台冷凝风机,冷凝风机随冷凝器的热负荷的变化而进行台数调节。冷凝风机的数量越多,其在冷水机组部分负荷运行时的能耗就会越低(本例配置三台冷凝风机,实际运行时冷凝风机的输入功率随负荷的降低而降低,23负荷时为30kW,13负荷时为15kW)。有的风冷冷水机组的冷凝器更配置20台以上的冷凝风机,使冷凝风机的能耗与冷水机组的供冷量近似成正比,使得整个风冷式冷水机组的运行能耗进一步降低。
  就运行来讲,水冷式冷水机组配置的水泵和冷却塔风机的耗电量会比风冷式冷水机组所配置的冷凝风机的耗电量大得多。
  由此可见,综合考虑机组耗电量和与其配套的辅助设备耗电量后,两者的总耗电量相差不大。以水冷式冷水机组和风冷式冷水机组作冷源的冷冻站,两者耗电量相差不大。但这不是绝对的,因为各个设备厂家生产的产品性能还有一定的差异,当要比较某几种产品的部分负荷性能时,应从设备供应商处取得设备的部分负荷性能参数IPLV,然后结合辅助设备的运行能耗综合评价其全年运行的能耗。
  在1998ARI550590标准中,IPLV计算公式中的权重0101、0142、0145、0112是以美国29个城市的平均气候参数作为基础(因为在过去的25年中80%的冷水机组被销往这29个城市),以大部分建筑物的类型作为评价对象,因此具有一定的代表性。但在实际的应用中,由于各地区的气候条件不一样,两种冷水机组实际运行的能耗可能有一些差别,有的地区可能水冷式冷水机组能耗大些,有的地区可能风冷式冷水机组能耗大些,但两者相差不会太大。
  在实际的运行过程中,水冷式冷水机组的冷却塔在运行过程中需补水,补水量约为总冷却循环水量的3~5%。实际上,这部分补水量的能耗也应计入水冷式冷水机组的能耗。而风冷式冷水机组则没有这部分的能耗。
  由于风冷式冷水机组没有冷却水系统,因此广泛用于干旱缺水地区及超高层建筑的上区供冷,这一点是水冷式冷水机组无法比拟的。目前,阻碍风冷式冷水机组应用的主要问题就在于人们普遍认为其在能耗上要大大高于水冷式冷水机组。但许多研究都表明,将辅助设备的耗电量考虑进去以后,两者的能耗相差不大。因此,风冷式冷水机组将会有广阔的应用前景。如某公司最近几年在深圳设计的工程中约有18%采用风冷式冷水机组,效果良好。
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