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1、中央空调水系统应用变频调节的节能实测与分析导读 中央空调水系统应用变频调节的节能实测与分析导读 中央空调系统必须要有冷源系统为建筑提供冷量，而冷源系统的关键设备就是冷水机组，冷水机组包括冷却水系统和冷冻水系统，两者都要依靠水泵提供动力克服冷却水系统和冷冻水系统的阻力。一般来说，在设计选型时会造成两种系统的泵的型号偏大，使系统运行时能耗过大。为了节约系统的能耗，可以采用变频调节水泵的转速达到节能的目的。水泵的功耗近似与流量的三次方成正比，而流量又与水泵的转速成正比，因此，可以通过调节水泵的转速来达到节能的目的。水泵的转速调节一般采用变频器。本文是广州珠江物业酒店管理公司范仲海先生结合该公司管理的
2、广州世贸中心大厦中央空调系统，在节能措施方面采用中央空调冷冻水、冷却水系统加装变频变流装置，实现节能控制。从世贸中心大厦的中央空调水系统参数的实际测量及计算出发，计算分析在空调冷源系统中运行变频控制的技术可行性。本文的阅读应结合教材第七章“空调水系统”内容结合起来学习。文章编号:ISSN1005-9180(2005)02-0058-06中央空调水系统应用变频调节的节能实测与分析范 仲 海(广州珠江物业酒店管理公司,广东 广州510095)摘要旧有建筑物中央空调系统在泵的设计、选型方面均有一定的容量,这给中央空调冷冻水、冷却水系统在加装变频变流装置,实现节能控制成为可能。本文从世贸中心大厦的中央
3、空调水系统参数的实际测量及计算出发,计算分析在本系统运行变频控制的技术可行性。关键词能耗,排热量,水流量,制冷量,COP值,变频中图分类号TU831文献标识码BEnergy-savingAnalysisontheCentralAir-conditioningWaterSystemApplyingVFDFANZhong2hai(GuangzhouPearlRiverEstate&HotelManagementCompany,Guangzhou510095)Abstract:ApplyingVFDtothecentralair-conditioningwatersystemofexistedbui
4、ldingswillachieveenergysav2ing1BasedonthemeasurementandcalculationoftheparametersofwatersysteminWorldTradeCenter,thispaperana2lyzesthetechnicalfeasibilityofapplyingVFDtothewatersystem1Keywords:Energyconsumption,Heatexhaust,Waterflux,Coolingcapacity,COPvalue,VFD1 建筑现状 世界贸易中心大厦是位于广州市区的高层写字楼,分为裙房和南北塔楼。
5、裙房共7层,地下2层。裙房房间主要用于购物中心、餐饮和商务出租。南北塔楼各24层,多为商务出租。裙房空调面积为25600m2,北塔楼空调面积为20800m2,南塔楼空调面积为35500m2。空调面积占总建筑面积的85%以上。2 空调系统概况 世贸大厦空调系统分为全空气系统和新风加风机盘管系统。裙房空调为全空气系统,每层均设有空调箱处理空气,水系统为异程式;塔楼空调为新风加风机盘管系统,每层均设有新风机组。空调系统的服务时间为700-2300,周一至周日均工作。冷源:四台开利离心式双机头制冷机,每台制冷机制冷量541kW(800冷吨)。热源:锅炉。空调水系统原理如图1所示。水系统中四台制冷机并联
6、运行;五台冷冻水泵并联运行,互为备用,额定功率75kW;五台冷却水泵并联运行,互为备用,额定功率75kW;四台冷却塔并联运行。系统为一次泵定流量系统,供回水干管上有压差旁通管;制冷机能自动卸载;根据水温参数对冷却塔、冷却泵、冷冻泵和制冷机进行手动台数控制,设备起停依据一台冷却塔对应一台冷却泵,一台冷机对应一台冷冻泵的原则操作。3 测量目的 测量世贸大厦空调系统的水系统,考察水系统85REFRIGERATIONNo.2,2005,JuneVol.24(TotalNo.91)收稿日期:2005-3-2图1 世贸大厦空调水系统原理图的能耗状况及各部分设备能耗在总能耗中所占比例,考察冷冻水、冷却水的流
7、量和温度变化及水泵的节能潜力。进而分析加装变频装置的可行性及其效益。4 测量方案(1)测量供给设备的电流和电压,可以计算设备的电功率,进一步可计算设备在给定时间内的能耗,由此可进行能耗分析。计算公式:W=K3UI其中K为功率因子,根据系统具体情况选取。计算制冷机及泵的功耗时,制冷机的功率因子取019,泵的功率因子取018。(2)冷却水流量及冷却水、冷冻水的温度可用仪器直接测量。(3)冷冻水流量、冷却水流量及温差计算冷机冷凝器排热量,进而计算制冷量,再根据冷冻水供回水温差计算出冷却水流量。计算公式:冷凝器排热量:Qp=11163Gq(Th-Tg)T 制冷量:Q=Qp-Qn冷冻水流量:Gd=Q11
8、163(Th-Tg)T其中Qp为冷凝器排热量(kWh),Gq为冷却水流量(m3/s),Gd为冷冻水流量(m3/s),T为时间(s),Th为回水温度(),Tg为供水温度(),Q为制 冷 量(kWh),Qn为 制 冷 机 功 耗(kWh)。冷冻泵额定流量483m3/h,H=39m;冷却泵额定流量581m3/h,H=28m。5 测量方法(1)冷却水流量由流量计测量。冷却塔流量由超声波流量计测量,仪表精度011级,测点布置在冷却回水总管上,流量计读数间隔设定为5分钟。(2)冷却水、冷冻水供回水温度由RH自记式温度计测量,精度 011。冷冻水温度测点布置在1#、3#制冷机进出口水管管壁(在测量过程中1#
9、、3#制冷机处于工作状态,而2#、4#制冷机处于关闭状态),冷却水温度测点布置在供回水总管管壁上,读数间隔设定为5分钟。(3)因为冷却水供回水温度测点布置在总管上(具体见图1),在计算冷机冷凝器排热量时,冷却水供回水温差需扣除冷却水泵温升的影响,所以需测量水流经冷却水泵的温升。冷却水泵进出口水温由RH自记式温度计测量,精度 011。测点布置在2#冷却水泵的进出口水管管壁,读数间隔设定为5分钟。(4)冷机电流、电压由系统原有仪表读取,电流表精度 10A,电压表精度 10V,读数间隔5分钟。(5)冷却泵、冷冻泵的电流由系统原有电流表读取,精度 5A,电压取标准电压380V。因泵定952005年6月
10、第24卷第2期(总91期)制 冷 转速运行,工况较为稳定,读数间隔约为1小时。(6)冷凝压力、蒸发压力由制冷机配备压力表读出,压力表精度 5kPA,读数间隔15分钟。(7)冷冻泵、冷却泵、制冷机进出口压力均由管路上的压力表读出,读数间隔5分钟。(8)室外气象参数由阿斯曼温度计测量,精度0105,读数间隔约为1小时。具体测点布置参见系统原理图(图1)。6 测量结果611 测量时间:2003年8月12日,9151900612 测量时外界条件世贸大厦出租率约90%;测量当天为工作日;制冷机负载率:1#制冷机负载变化范围:80%95%,3#制冷机负载变化范围:85%110%。系统设备运行状况见表1。表
11、1 系统设备运行状况时间段系统运行情况冷机冷冻泵冷却泵冷却塔915-9452制冷机2冷却泵2冷冻泵2冷却塔1#,3#2#,4#2#,4#2#,3#945-14402制冷机3冷却泵2冷冻泵3冷却塔1#,3#2#,4#2#,4#,5#2#,3#,4#1440-15102制冷机2冷却泵2冷冻泵2冷却塔1#,3#2#,4#2#,4#2#,3#1510-17352制冷机3冷却泵2冷冻泵3冷却塔1#,3#2#,4#2#,4#,5#2#,3#,4#1735-17452制冷机2冷却泵2冷冻泵2冷却塔1#,3#2#,4#2#,5#2#,3#1745-19001制冷机1冷却泵1冷冻泵1冷却塔3#2#2#2#表2
12、室外干湿球温度统计表时间100011001200130014001500160017001800室外干球温度()311034123213321633122916281327172911室外湿球温度()261826122717271628112617271025182714表3 室外空气焓值变化时间100011001200130014001500160017001800焓值(kJ/kg)8316828718851690128517871380118710表4 能耗计算结果时间段制冷机总能耗(kWh)冷冻泵总能耗(kWh)冷却泵总能耗(kWh)冷却塔总能耗(kWh)总能耗(kWh)915-9455
13、00725317642945-1440491439253625260941440-15104836955176241510-1735222832838012530611735-174514711282181891745-1900695896917870总计896796111214311148006REFRIGERATIONNo.2,2005,JuneVol.24(TotalNo.91)(4)气象参数:见表2、表3。613 测量结果(1)按不同运行工况进行能耗计算(表4)。(2)总能耗分析:图2所示为世贸大厦空调水系统09151900的能耗分析,其中制冷机总能耗为8967kWh,约占78%;冷冻
14、泵总能耗961kWh,约占8%;冷却泵总能耗1121kWh,约占10%;冷却塔总能耗431kWh,约占4%。(3)表5所示为世贸大厦空调水系统冷冻水流量变化分析表(冷冻水流量变化相对稳定,这和系统定流量运行相符)。7 系统分析711 系统运行状况(1)冷却水供回水温差变化分析(见表6)(冷却水供回水温差变化符合系统工况变化)。(2)冷冻水供回水温差变化分析(见表7)(冷冻水供回水温差变化曲线符合系统工况变化)。(3)制冷机COP变化分析(见表8)。图2 能耗分析表5 冷冻水流量变化分析表时间10001030110011301200123013001330流量(m3/h)132512601350
15、13401310125013801410时间14001430150015301600163017001730流量(m3/h)12101270131012751280131013101290表6 冷却水供回水温差变化分析表时间10001030110011301200123013001330温差()41241144114114114319时间14001430150015301600163017001730温差()3184415411317316315315表7 冷冻水供回水温差变化分析表时间10001030110011301200123013001330冷冻水供回水温差()315318314313
16、314313313311时间14001430150015301600163017001730冷冻水供回水温差()31231431331321931133表8 冷机COP变化分析表时间10001030110011301200123013001330COP值514514513513513513512512时间14001430150015301600163017001730COP值512512512511511513511511162005年6月第24卷第2期(总91期)制 冷 表9 制冷机制冷量的变化分析表时间10001030110011301200123013001330制冷量(kW)58005
17、600540052505200510054005400时间14001430150015301600163017001730制冷量(kW)50005050500045004800490048004700(4)制冷机制冷量的变化分析(见表9):由表9可知:制冷总量在两台制冷机运行过程中缓慢降低,系统负荷有同样趋势。表8中系统制冷机平均COP变化数值同样反映了制冷机工况变化。在两台制冷机工作稳定时段,由于在世贸大厦的空调水系统制冷机能根据负荷自动卸载,能保持较好的工作状态。而上述COP变化数值也反映了这点,在这段时间里COP数值基本保持在513左右;在1515由于工况变化(关闭一台冷却泵,即3台变为
18、2台,随即约30分钟后又恢复3台泵运行),引起系统运行不稳,造成COP值较低,此点可认为是坏点。从上面系统运行状况分析中看出,系统制冷机平均COP在511514之间变化,而制冷机额定COP为512,所以可以认为系统运行基本正常。712 系统运行评价(1)在测试过程中,据运行人员确定冷冻水旁通管关闭,在测试时间段10051745内,从表5冷冻水流量变化表可以看出,冷冻水量在12001500m3/h内变化,基本稳定。这是因为在测试过程中用户端用冷基本稳定,并且此测试是广州全年用冷负荷最大的时间中进行的,所以各用户对于冷量的需求接近最大负荷。另外由于用户是大型写字楼,用户用冷时间相对稳定、集中,所以
19、系统阻力系数相对稳定,因而水量稳定。(2)但是参考表7冷冻水供回水温差表可以看出冷冻水温差整体偏小,即在215317范围变化,也就说如果将实际运行系统与设计的5 供回水温差理想系统相比较,发现冷冻水量还是偏大,冷冻水泵是有节能潜力的。同时,冷冻泵设计额定流量为480m3/h,额定扬程为0139MPa(39米水柱),而实际运行单台泵流量为600750m3/h,扬程为0127013MPa。系统设计工况冷冻泵运行台数多于2台,从泵的并联特性表可以看出冷冻泵设计单台流量小于实测单台流量。如果利用变频技术,可以减台降频,从而减小单台泵的运行流量,增大供回水温差,节约冷冻泵能耗。(3)从测量的结果(图2)
20、中可以看出,制冷机耗能在总能耗中占有举足轻重的比例,在75%以上。冷冻水泵和冷却水泵所占比例均在10%左右。(4)由此可对水泵变频后的节能潜力进行分析:1)冷却水泵:如果采用变频控制,采用控制供回水温差415 的方式,在排热量与未变频时相同的条件下,可计算出变频后的冷却水流量,由水泵功率与流量成三次方的关系可计算出变频后的水泵能耗。就此次测试的时间段而言,即8月12日10001845,测试未变频时冷却水泵耗能约为1000kWh,采用上述方法计算所得理想状况下变频后能耗为600kWh,冷却水泵节能为系统净节能。若制冷机COP因此受到影响,在制冷量不变的情况下,制冷机能耗和COP成反比,在本次测量
21、所得能耗比例的情况下,如果COP从计算平均值513降低到510就会使得制冷机多耗的能量和冷却泵节省的能量相抵销。2)冷冻水:测试得出未变频时冷冻水泵耗能为约920kWh。如果在冷冻水侧也采用温差控制415 方式,且不考虑用户侧阻力的变化,采用上述方法计算所得理想状况下冷冻泵变频后能耗为370kWh,冷冻水泵节能60%,所节约能量占系统总能耗的5%左右。但实际上,采用冷冻泵变频控制后,冷冻水系统的平均压力下降,因此用户侧的阻力必然下降。这样冷冻泵节省的电耗将大于上述估计的5%。该结论同样要在冷冻水流量不影响冷机COP的前提下得到。以上采用温差控制的分析仅作为节能潜力的参考,实际系统中可采用压差或
22、温差、压26REFRIGERATIONNo.2,2005,JuneVol.24(TotalNo.91)差联合控制,这不仅能够节能,而且对系统的稳定性也有有利影响。8 结 论(1)在测量当天总能耗分析中(从9151900),制冷机总能耗为8967kWh,约占总能耗的78%;冷冻泵总能耗961kWh,约占8%;冷却泵总能耗1121kWh,约占10%;冷却塔总能耗为431kWh,约占4%。冷冻泵和冷却泵能耗总和约占总比例的18%左右;在节能分析中,在泵采用变频技术不影响冷机COP前提下,水泵平均可节能40%左右,约为总能耗的7%。就9151900这段时间而言,设备总能耗11500kWh,水泵节能约为
23、800kWh。(2)采用了变频技术使得COP从513降低到510左右,则冷却泵所节约能耗可抵销制冷机的耗能增加。(3)由于测量当天为盛夏季节,系统接近满负荷运行,系统制冷机平均负载基本在80%110%范围内变化,泵耗占总能耗比例相对过渡季时为小。过渡季冷水机组可能常在单台低于50%负载条件下运行,但定速冷冻泵能耗却不会下降,因而采用冷冻水泵变频技术(在过渡季节)会有更好的节能潜力。(4)采用变频技术相比定流量运行,在系统需求变化较大的情况下是有利于系统稳定的。简讯动态四则 2005年度夏安世教育基金会奖金颁发 以我国制冷与低温工程专业创始人夏安世教授命名的夏安世教育基金会2005年度奖(西克奖
24、)于4月15日颁发。参加颁奖典礼的有制冷空调行业专家、学者及学生代表近200人。获奖的教授和学生有:1、优秀学生奖:关平(清华大学)、孙善秀(西安交通大学)、沈飚(上海交通大学)、赖碧恽(浙江大学)等十二位同学。2、杰出教授奖:束鹏程(西安交通大学)。夏安世教育基金会奖金用于奖励我国高等院校制冷空调和暖通专业的杰出教授和学生,九年来已颁发10次,在我国高等院校和制冷空调业中有深远影响。开利全球研发中心落户上海浦东 开利空调冷冻管理(上海)研究开发中心于4月26日在上海浦东金桥隆重举行奠基仪式,宣告了开利全球第15家研发机构落户上海,这是继开利中国区总部迁至上海,全球压缩机中心落户中国后,开利公
25、司拓展中国市场的又一重要举措。该中心总投资4500万美元,总面积为2万m2,将于2008年投入使用。上海成立冷冻空调工程专业委员会 上海冷冻空调行业协会于4月29日召开冷冻空调工程专业委员会成立大会。上海冷冻空调界同仁约120人参加了成立大会。该专委会是经上海社团组织主管部门批准,上海冷协领导的分支机构。其宗旨是遵守宪法、法律、法规和国家政策,以政府经济发展战略为指导,为提高上海地区冷冻空调工程领域的发展和管理水平作出贡献。专业委员会将开展制定标准,开展咨询、维修攻关,工程协作,进行人才培训与交流等服务项目。2004年全国冰箱、冷柜、空调器产量 据国家统计局发布,2004年全国冰箱、冷柜、空调器产量如下表:产品名称数量同比增长(%)电冰箱3033138万台30100冷柜628128万台21130房间空调器7046163万台42160 (特约通讯员王艮报道)362005年6月第24卷第2期(总91期)制 冷