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1、1理想 COP 电耗比例法一种评价空调 设备运行的简单方法摘要：由于空调系统各设备的作用是产生和输送一定数量的冷量或热量，各设备的电耗有一个比较合理的比例范围。本文提出了统计和计算这些电耗相对比例的具体方法，同时通过对大量的空调系统的测试和分析，统计出了各空调设备之间比较合理的电耗比例。经实际应用发现，观察这些电耗的相对比例，就可以发现空调系统很多的设计和运行问题，为节约空调系统电耗指出方向。 1 引言 空调系统各设备的作用是产生和输送一定的冷量或热量，各设备之间有一个比较合理的电耗比例。通过观察这些电耗的相对比例，就可以发现很多的设计和运行问题，为节约空调系统电耗指出方向。 2 空调系统各设
2、备电耗比例的计算过程 理想 COP 电耗比例法对空调系统设备电耗的分析步骤包括以下几步： 第一：统计各空调设备的全年实际电耗。 一般大楼空调系统的耗电设备包括制冷机、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔、采暖泵、空调机组和风机盘管等。这一步就是要统计这些设备全年的实际电耗，统计的过程可以如下面所述的进行。 制冷机的电耗全天随负荷的变化而变化很大，一般在 50100变化，所以在一天内对制冷机的电耗要逐时进行统计。目前在绝大多数建筑中，对冷机的运行参数都有比较全面的记录，这样通过运行记录就能得到冷机电流值的全天记录，结合冷机运行时间的记录就能得到某一天内冷机的电耗。通过对 4宾馆空调系统的分析，发现只要每隔
3、 5 天统计一天的能耗，也就是每个月取 7 天的平均值，就2可以比较精确地近似冷机这一个月的平均电耗，4宾馆这样近似的冷机电耗和精确值误差只有 2，所以这样的近似计算是可行的。 对于冷却泵、冷冻泵、采暖泵等水泵，运行过程中电流基本上是全年不变化的，所以可以通过现场读电流表或看运行记录得到水泵电流值，结合运行时间，就可以计算其全年的电耗。 由于一般大楼内空调机组和风机盘管数目众多，所以可以用额定功率乘以运行时间近似其全年电耗，冷却塔风机电流值一般也全年不变，如果可以现场读到，则可以和水泵同样计算全年电耗，如果没有电流表，则可以用额定功率结合运行时间近似。 第二：测量出冷机的 COP 值。 通过这
4、一步，一方面，对冷机的制冷性能进行评价，如果冷机的 COP 很低，则冷机的制冷性能将成为研究问题和存在节能潜力的方向之一；另一方面，测量冷机的 COP 也为下面的第三步分析做准备。 第三：计算冷机的 COP 理想电耗，然后计算出各设备实际电耗与该 COP 理想电耗的相对比例。 冷机运行的绝大多数时间中，COP 变化一般不会很大，图 1 是 4宾馆 1冷机一段时间内的 COP 测量值。图 1 4宾馆 1冷机的 COP 测量值 3现在假定冷机的 COP 在整个制冷季节都维持不变，将第二步中测量出的冷机某个实际 COP 作为该冷机整个制冷季节恒定不变的 COP 值，又假定另有某一个理想冷机，该冷机在
5、整个制冷季节 COP 维持 5 不变，这样根据目前实际冷机的电耗和 COP 值，就可以计算出如果产生同样的冷量，COP 为 5 的理想冷机需要的电耗值是多少，将这个电耗值就定义为该冷机的 COP 理想电耗。定义冷机 COP 理想电耗，并且研究别的空调设备电耗和冷机 COP 理想电耗的比例，而不是空调设备间实际的电耗比例，是为了消除冷机制冷效率 COP 下降对电耗比例的影响。第四：将各设备电耗的相对比例和标准值进行比较，找出存在的问题和预测节能的潜力。预先通过大量实际空调系统的调查和测试，通过对比较没有问题的空调系统的各设备电耗比例的综合， 得出一套各空调设备电耗比例的标准值。在此基础上，将第三
6、步中计算出的电耗比例值和标准值进行比较，如果计算的比例和标准值不吻合，那么就需要围绕此不合适的比例做进一步的研究， 找出可能存在的问题和预期可能的节能潜力。由于旅馆、办公楼类建筑和商场类建筑的空调方式明显不同，前者主要为风机盘管加新风方式，而后者主要为全空气系统，所以其理想 COP 比例明显不同，下面分别加以说明。 3 旅馆、办公楼类建筑理想 COP 比例法标准值的确定通过对多座大楼的现场测试，挑选了其中比较没有问题的三座大楼作为衡量别的大楼空调系统运行好坏的判断标准（三座大楼的建筑面积分别为 6 万平米，4.34万平米和 5.6 万平米），其电耗见表 1。表 1 作标准的三座大楼的空调设备电
7、耗 各设备电耗(万度) 宾馆名称冷机 COP实际冷机电耗理想 COP 冷机电耗冷冻水泵冷却水泵冷却塔空调箱风机盘管2宾馆4.89 90.30 88.31 19.20 19.20 6.20 77.00 4.7055宾馆4.54 63.00 57.20 15.00 13.00 5.00 103.00 12.00某大厦 5.13 462 474 113.00 113.00178.00 35.00根据前面叙述的方法，将冷机的电耗都折算为 COP 为 5 时的理想 COP 电耗，并且在此基础上，将别的空调设备的全年电耗与冷机的全年电耗进行比较，得出它们之间的比值，如果将冷机的理想 COP 电耗定为 10
8、0，则别的空调设备的相对电耗比例如表 2。表 2 三座大楼各设备的理想 COP 电耗比例 各设备理想 COP 电耗比例 (%) 6冷机冷冻水泵冷却水泵冷却塔空调箱风机盘管2宾馆100.0021.7421.747.0287.195.325宾馆100.0026.2222.7378.74180.0620.98某大厦100.0023.8423.8437.557.38平均100.0023.9322.77从表 2 可以看出，风机盘管和空调箱的电耗比例各楼可能差别很大，特别是空调箱的电耗比例在 40200之间变化，这主要是因为各楼的风机盘管和空调箱的开启时间差别很大造成的。如 5宾馆的空调箱能耗比例大，主要
9、是因为运行的时间较长，6、7、8、9 月全天 24 小时运行，别的月份每天运行 17 小时，而 2宾8馆不同的空调箱每天的运行时间一般在 615 小时。三座大楼的冷冻水泵和冷却水泵的 COP 理想电耗比例是比较接近的，冷冻水泵和冷却水泵对冷机的理想 COP 电耗比例分别都在 2025之间。4 商场类建筑理想 COP 比例法标准值的确定将四家商场年空调能耗中各空调设备所占的比例列在同一张表中，如表 3 所示。表 3 北京四家商场各空调设备的耗能比 商场编号冷机冷冻水泵冷却水泵冷却塔风机空调箱1 100 14.23 14.23 5.73 306.612 100 26.82 20.00 5.45 2
10、81.3693 100 15.96 22.07 7.51 325.354 100 21.51 21.51 5.58 249.80平均 100 19.63 19.45 6.07 290.78从中可以看出，不同商场的空调系统总能耗中各空调设备所占的比例很接近，冷冻和冷却水泵的理想 COP 电耗比例约为 1525，冷却塔的理想 COP 电耗比例在 5左右，空调箱的理想 COP 比例在 250320左右。与旅馆、办公楼类建筑相比，空调箱的电耗比例大大增加，这与商场冬季和过渡季也需开启空调箱进行供冷有关。5 利用理想 COP 电耗比例法的分析实例5.1 某商场冷却泵某商场空调设备的电耗比例见表 4。表
11、4 某商场空调设备电耗比例 10建筑名称理想 COP 电耗比例冷机冷冻泵冷却泵某商场100.00 29.72 51.72标准100.00 23.93 22.77从表 4 可以看出，某商场空调系统中，冷却泵的比例达到了 51.72，明显地比前面的标准值大。这是因为某商场冷却水系统被设计成了如图 2 的开式系统，在一层设置了开式的冷却水池。图 2 某商场的冷却水系统 很大。目前的冷却水泵扬程 63 米，如果改成闭式系统，在同样的冷却水流量下，冷却水泵的扬程和电耗将减少近 50，冷却水泵的 COP 理想电耗比例也将从目11前的 51.72 降到正常值。5.2 1宾馆冷冻泵1宾馆空调设备的电耗比例如表
12、 5。表 5 1宾馆的空调设备电耗比例 建筑名称理想 COP 电耗比例理想 COP 冷机电耗(万度)冷机冷冻泵冷却泵1宾馆199.92 100.00 55.28 48.99标准100.00 23.93 22.77121宾馆采用的是溴化锂吸收式冷机，上述表中冷机的电量是将冷机的蒸汽消耗量折算成电量的消耗，然后再根据两种制冷方式的 COP 的一定比例，将其折算成理想 COP 后的电量。可以看出，上述空调设备中冷却泵和冷冻泵的理想 COP 电耗比例都偏高，大约是一般离心式空调系统中冷冻和冷却水泵理想 COP 电耗的两倍。冷却水泵的偏大是合理的，因为溴化锂冷机中，冷却水系统的热量是冷机制冷量的将近两倍
13、，所以在采用同样的冷却水温差下，溴化锂制冷的冷却泵的电耗比例比一般的离心式制冷系统的冷却泵的电耗比例高近 1 倍是合适的。但是，冷冻水泵的电耗比例也是一般离心式制冷系统的 2 倍是不合理的。经测试，冷冻水泵的流量远远大于设计值。夏天最热工况下，冷机开启两台 800 冷吨的大冷机和一台 400 冷吨的小冷机，总的制冷量是 2000 冷吨，如果冷冻水进出口设计成 5温差，设计的冷冻水量应为 1200 ton/h，而实际通过对水量的 2 次实测，平均的冷冻水量达到 1800 ton/h，这样由于冷冻泵流量选择过大使得冷冻水泵的电耗偏大，造成了上表中1宾馆冷冻水泵理想 COP 电耗比例的偏大。5.3
14、4宾馆冷冻泵图 3 4宾馆的冷冻水和冷却水系统 图 3 是 4宾馆的冷冻水和冷却水系统图，冷冻水系统采用二级泵系统，但目前冷机和一次泵两端的旁通水管已经完全关死了，所以设计的二级泵系统实际成了串级泵系统，图中的旁通管没有画出。13下表是 4宾馆的理想 COP 电耗比例。表 6 4宾馆空调设备电耗比例 建筑名称理想 COP 电耗比例理想 COP 冷机电耗(万度)冷机冷冻泵冷却泵4宾馆39.22 100.00 53.54 28.05标准100.00 23.93 22.77表 6 为 4冷机、冷冻泵和冷却泵的理想 COP 能耗比例，(冷机实际的 COP 为3.7，表 6 中的冷机电耗已经折算成了理想 COP 电耗)。从表 6 可以看出，4冷冻泵的理想 COP 电耗比例大大高于一般空调系统的标准值，说明冷冻泵的电耗偏14大，是一个节电的主要着眼点。通过调查和进一步的测试，发现是冷冻水泵二次泵的扬程选择过大造成的。6 月 6 日冷机运行一台，冷冻一次泵和二次泵及冷却泵均运行一台，图 4 是当天的冷冻水系统和冷却水系统的压力分布图。
