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1、冷冻站房能效系数的推导和实例分析【摘 要】 目前在大多数企事业单位所关心的空调设施能效情况，其目的 不仅仅为考虑能耗成本费用问题，更主要是考虑在限电规定用电范围内，最大能 力提高空调设施使用效率，最大范围满足生产经营和行政办公的需求。由于以往业内缺乏足够的研究和规范，占整个空调设施用电量最大的中央空 调系统能效指标至今仍然没有一个统一的认识和研究。特别是针对冷冻站房尚未 制定出与锅炉房和空压站类似的用能评价指标。【关键词】 冷冻站房 空调设施 能效指标 性能系数COP、EER、COP%1. 前言随着我国城市经济的发展，能源的供求矛盾日益突出。特别在近两年来的夏 季和冬季的极端气温时段，各大城市
2、的电力供应紧张问题已成为关注的焦点。工 商业和民用空调设施在极端气温时段的大量使用是造成这一情况产生的主要原 因。据政府有关部门调查数据表明，在极端气温时段空调设施用电量占整个用电 量的40%以上。当城市用电负荷达到极限时，临时强制性限电拉电措施成为最常 见的行政手段，这已严重地影响了各企业单位的正常生产经营。由于电力供应设 施发展速度在今后几年内都无法跟上城市经济发展的速度，所以在未来的几年 中，一旦极端气温时间延长将造成电力供应的缺口进一步拉大。因此，如何有效 控制空调设施的能效问题已形成共识。目前在大多数企事业单位所关心的空调设 施能效情况，其目的不仅仅为考虑能耗成本费用问题，更主要是考
3、虑在限电规定 用电范围内，最大能力提高空调设施使用效率，最大范围满足生产经营和行政办 公的需求。经历了 2003年高温气候的考验，自2004年春季开始，关于空调设备 的各项节能措施和空调设备的能耗指标纷纷见诸报端。其中EER指标和COP指标 更成为了控制产品进入市场的标准。由于以往业内缺乏足够的研究和规范，占整个空调设能用电量最大的中央空调协调能效指标至今仍然没有一个统一的认识 和研究。特别是针对冷冻站房尚未制定出与锅炉房和空压站类似的用能评价指 标。而国外还没有相关的技术标准可参考。本文主要就中央空调系统的核心能量 转换部分一电驱动制冷主机的冷冻站房能效系数作一推导和应用分析。%1. 电驱动
4、冷冻站房能效系数的推导1.冷冻站房能效系数推导的基础是制冷的基本热力学原理从热力学角度说，制冷系统是利用逆向循环的能量转换系统。按补偿能量的 形式（或驱动方式），前面所提及的制冷方法归为两大类：以机械能或电能为补 偿的和以热能为补偿的。前者如蒸气压缩式、热电式制冷机等；后者如吸收、蒸 气喷射、吸附式制冷机等。两类制冷机的能量转换关系如图1所示。驰动热源T6高温热遞Tt （环境）qJ高温热源Tt（环境）(COP) w制舲机X6(COP) g低温热遞To （被冷却对象）低温热源To（被冷却对象）(b)图1制冷机的能量转换关系A 以电能或机械能驱动的制冷机B 以热能驱动的制冷机热力学关心的是能量转换
5、的经济性，即花费一定的补偿能，可以收到多少制 冷效果（制冷量）。2.由制冷的基本热力学原理推出的COP与EER指标的比较根据上述原理，对于机械或电驱动方式的制冷机引入制冷系数e来衡量；对 于热能驱动方式的制冷机，引入热力系数来衡量。（1）s =Qo/W（2）Qo/Qg 式中Qo制冷机的制冷量w制冷机的轴功率（为便于实际测量和计算常以输入功率来代替）Qg一一驱动热源向制冷机输入的热量国外习惯上将制冷系数e和热力系数E统称为制冷机的性能系数 COP （Coefficience of Performanee）。而对于中小型空调器引入了 EER系数来衡量：EER=#准规定的名义产冷量（KW）空调器的消
6、耗功率（KW）由上可知，COP与EER都是标志着制冷单位冷（热）量所需消耗的能量，因 此COP和EER都是针对不同类型空调设备节能评价指标，其理论基础是一致的o 但是通过比较，我们可以看到：由于影响COP值的两个变量实际制冷量以及输入 功率比起影响EER值的两个变量标准规定的名义产冷量和空调器的消耗功率更 便于实时监测和计算。因此，COP指数更适应评价实际运行变化中的制冷空调设 备。3冷冻站房能效系数的导出1在COP指标的计算基础上确定冷冻站房能效系数为COPe：COP指数计算方法如下：公式COPe = Q/N式中：Q冷冻站房即时制冷量（见公式）KWN冷冻站房制冷系统（包括运行的制冷机组、辅机
7、、循环水泵、 冷却水泵、风冷冷凝器等）即时有效输入功率（见公式）KW其中：公式 Q=Average （EQJ式中：Qn一一单台制冷机组每小时输出制冷量KWQn=V* （丁回一丁出）*p *C/3600 KW式中：v冷冻循环水即时流量M/hT回一一机组冷冻循环水回水温度CT出一一机组冷冻循环水出水温度CP机组冷冻循环水介质密度kg/m3C 机组冷冻循环水介质比热容kJ/kg K公式 N=Average （E NJ式中：Nn一一冷冻站房各设备有效输入功率Nn=I*U*cos 4）式中：I一一各设备输入电流值AU各设备输入电压值 VCOS e功率因素值注：能效指数可考虑使用累积冷负荷除以累积用电数来
8、获得，但采用上述方 式是侧重分析能耗费用方面分析应用，这与本文推导公式目的有较大的区别。此外由于有了上述计算结果，可以产生以下几项辅助评价指标：%1 单台制冷机组的运行负荷率：n !=Q7Qe式中：Q.一一单台制冷机组（约克离心式水冷机组）日平均输出制冷量RWQe单台制冷机组额定制冷量KW%1 冷冻站房制冷机组的运行负荷率：na = Q/LQc式中：Q冷冻站房即时总制冷量KWQe一一当日运行的制冷机组额定总制冷量KW%1 冷冻站房制冷机组的有效利用率：m=Q/EQe式中：Q冷冻站房日平均制冷量KWQe一一冷冻站房制冷机组额定总制冷量KW%1. 实例分析1上海卷烟厂冷冻站房概况:目前上海卷烟厂冷
9、冻站房自1996年改造投运至今，设备配置如下:序号设备名称数量主要技术参数1约克YK700冷吨水冷 离心式制冷机组 （1#一4# 机组）4额定制冷量2461KW；额定输 入功率479KW；满负荷耗电 指标0684KW/TR;满载电流 849A等（根据冷冻水进/出 口温度12/7-C,根据冷却水进/出口温度32/37-C,换 热器都为2流程，启动方式 为星三角闭式）2约克YT500冷吨水冷 离心式制冷机组 （5# 6#）2额定制冷量1758KW；额定输 入功率310KW；满负荷耗电 指标0. 62KW/TR;满载电流 539A等（根据冷冻水进/出 口温度12/7-C,根据冷却 水进/岀口温度32
10、/370换 热器都为2流程，启动方式 为星三角闭式）3国产冷却塔4500T/H4国产循环泵45国产冷却泵46国产送水泵47动力数据采集系统1计算应用参数如下表烟厂动力数采系统冷冻站房和变配电站房选取集参数表:序 号参数名称序 号参数名称序 号参数名称序号参数名称11#约克冷冻循环 水回水温度22#约克冷冻 循环水回水 温度33#约克冷冻循 环水回水温度44#约克冷冻循环水 回水温度55#约克冷冻循环 水回水温度66#约克冷冻 循环水回水 温度71#约克冷冻循 环水出水温度82#约克冷冻循环水 岀水温度93#约克冷冻循环 水出水温度104#约克冷冻 循环水出水 温度115#约克冷冻循 环水岀水温
11、度126#约克冷冻循环水 出水温度131#约克冷冻循环 水流量142#约克冷冻 循环水流量153#约克冷冻循 环水流量164#约克冷冻循环水流量175#约克冷冻循环水流盘186#约克冷冻 循环水流量191#约克输入电流值202#约克输入电流值213#约克输入电流值224#约克输入 电流值235#约克输入电 流值246耳约克输入电流值251#约克输入电压值262#约克输入 电压值273#约克输入电 压值284#约克输入电压值295#约克输入电压值306#约克输入电压值311#约克输入功 率因素值322#约克输入功率因素值333#约克输入功率 因素值344#约克输入 功率因素值355#约克输入功
12、率因素值366#约克输入功率因 素值37冷却塔输入电流值38冷却塔输入 电压值39冷却塔输入功 率因素值401-2#冷却泵输入 电流值411 一 2#冷却泵输 入电压值42I 一 2#冷却 泵输入功率 因素值433-4#冷却泵 输入电流值443-4#冷却泵输入 电压值453-4#冷却泵输 入功率因素值461一2#循环 泵输入电流值4712#循环泵 输入电压值481-2#循环泵输入 功率因素值4934#循环泵输 入电流值503-4#循环 泵输入电誌值513 4#循环泵输入电流值521-2#送水泵输入 电流值53-2tt送水泵输 入电斥值541 2 #送水泉输入功率因素值5534#送水泵 输入电流
13、值563-1#送水泵输入电压值573-4#送水泵输入功率因素值该冷冻站制冷工艺基本流程图如下:2. 以2003年5月7日冷冻站房运行数据为例2003年5月7日冷冻站房运行数据采集统计情况如下:3#机组数据（07 ： 00 16 ： 00）时间07： 000 8 ：0009 ：0010：0011 ：0012 ：0013： 0014： 0015 ：0016： 007-16 平均出口温度6.406.406. 406.406.406.406.406.406.406.406.40进口温度9.409.409.409.409.409.409.409.409.408.609. 32流量T/H476.10476
14、. 10476. 10476. 10476. 10476. 10476. 10476. 10476. 10476.10476. 10制統KW1661.11661.11661.11661.11661.11661.11661.11661.11661.11218.11661.8111111111524# 机组数据(07 : 00 - 16 : 00)时间07 ： 000 8 ：0009 ：0010：0011 ：0012：0013： 0014： 0015 ：0016： 007H6 平均出口温度6.606.606.606.606.606.606.606.606.605.86. 52进口温度9.409.409.409.409.409.409. 40
