冷水机组产品国家标准的修订及IPLV应用的探讨_张明圣

科技报道
冷水机组产品国家标准的修订及IPLV应用的探讨
张明圣
(合肥通用机械研究院 合肥 230031)
摘 要 通过对是否在我国冷水机组产品的国家标准中采用综合部分负荷性能系数IPLV正反两方观点的分析,得出了肯定性结论。

提出应对冷水机组产品的COP和IPLV同时考核,并进一步指出应该采用现行国家节能建筑设计规范中的公式和参数。

关键词 热工学;冷水机组;国家标准;综合部分负荷性能系数;IPLV
R evision of N ational Standard for Water Chiller and Application of IPLV
Zhang M ingsheng
Hefei General M achinery Research Institute,H efei,230031,China
Abstract This article supports the positive views by analyzing the positive and negative sides of adopting integrated part -load v alue(IPLV)in the national standard.And it also brings forw ard th at the test methods of w ater-chilling unit should both adopt COP and IPLV,at the s ame ti me adopt the formulae and parameters on the effective nation al stan-dards and rules.
Keywords P yrology;W ater-chilling unit;N ational standard;Integrated part-load value;IPLV
1 问题的提出
2001年批准发布的国家标准GB T18430.1-2001 蒸气压缩循环冷水(热泵)机组工商业用和类似用途的冷水(热泵)机组 ,自2002年4月1日实施以来,在推动行业技术进步、提高冷水机组产品质量、提升制冷空调装备制造业水平、支撑市场规范管理等方面发挥了重要作用。

但是,该标准在制定时虽然参考了美国ARI550 590:1998 采用蒸气压缩循环的冷水机组 的主要内容,但鉴于当时行业发展水平和气候温度数据的缺乏,仅对100%,75%, 50%,25%四个负荷点的冷却水温度做出规定,而没有采用ARI550 590标准所规定的考核冷水机组的重要性能指标综合部分负荷性能系数IPLV的计算公式,对部分负荷点的权重系数亦未作规定。

目前,ARI550 590所提出的IPLV思想已在世界范围内特别是北美地区得到广泛的应用,美国ASHRAE90.1建筑节能标准、美国多数州的建筑节能规范、美国电效返利优惠考核标准、加拿大建筑节能规范、我国的建筑节能规范GB50189-2005、众多非政府组织(如NBI、LEE D、Green Seal等)的节能指导均采用了ARI550 590的I PLV测试与计算方法[1]。

国际标准化组织ISO TC86正在起草的冷水机组标准确定将采用IPLV,E UROVE NT认证组织、BSI、意大利国家标准也拟采用IPLV[1]。

特别是在我国国家建筑节能规范中提出基于我国气候条件的IPLV计算公式以后,行业中要求修订GB T18430.1并在修订时采用IPLV的呼声很高。

全国冷冻空调设备标准化技术委员会2004年完成国家标准委下达的现形标准清理任务时,提出了修订GB T18430.1的设想,国家标准委于2006年初将该修订计划列入2006~2007年度国家标准制修订计划之中。

全国冷冻空调设备标准化技术委员会早在2004年10月,就在合肥召开了GB T18430.1的第一次修订工作会议,会议邀请了20多名感兴趣的专家和企业界代表出席,会议从一开始就进入 是否需要采用IPLV 这一核心问题的辩论,并迅速形成泾渭分明的支持和反对两个阵营。

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收稿日期:2006年01月24日
2 什么是IPLV
在叙述双方的观点之前,还是应该简单介绍一下什么是冷水机组的综合部分负荷性能系数IPLV。

综合部分负荷性能系数,英文缩写IPLV,也称作综合部分负荷能效值,是在规定工况下的冷水机组部分负载效率的加权平均值,既考虑了机组满负荷时的能源效率,也同时考虑了机组部分负荷时的能源效率。

该概念1986年起源于美国,1988年被美国冷冻空调协会ARI采用,并于1992和1998年进行了两次修订。

综合部分负荷能效值(IPLV)计算公式如下:
IPLV=a A+b B+c C+d D
式中:
A:100%负荷、相应冷却水进水温度时的能效值COP;
B:75%负荷、相应冷却水进水温度时的能效值
C OP;
C:50%负荷、相应冷却水进水温度时的能效值
C OP;
D:25%负荷、相应冷却水进水温度时的能效值COP。

a:100%负荷、相应冷却水进水温度条件下的权
重系数(对应于运行时间);
b:75%负荷、相应冷却水进水温度条件下的权重系数;
c:50%负荷、相应冷却水进水温度条件下的权
重系数;
d:25%负荷、相应冷却水进水温度条件下的权重系数;
注:对于风冷机组,进水温度可用环境干球温度替代。

上述综合部分负荷能效值IPLV公式的核心是同时考虑了负荷和冷却水温度的变化对机组效率的影响。

众所周知,建筑物的空调负荷与环境温度密切相关,同一地区的日平均气温随季节而变化,而每一天内,气温又随时间而变化,最高温度一般出现在午后1至2时,且持续时间很短。

在绝大多数情况下,空调机组的冷却水由冷却塔冷却,环境温度(干球温度和湿球温度)直接影响冷却水温度。

空调冷水机组的能耗取决于机组的运行状态(满负荷及部分负荷)和冷却水温度(冷却水温度直接影响冷凝温度),而冷却水温度对机组的能效影响更为显著[2]。

在对什么是IPLV进行简单的讨论之后,再来看看支持与反对在我国国家标准中应用IPLV的观点。

3 反对的理由
对于我国国家产品标准中是否采用IPLV这个问题反方的理由至关重要,因为如果反对的理由成立,问题就结束了。

反方以中国建筑科学研究院空调研究所汪训昌研究员的论文 从冷水机组的优化群控,评ARI550 590标准的IPLV指标 [3]最具代表性。

该文的核心观点是 认为该项指标计算公式中的四个加权系数均只反映了采用单台机组的运行时间的百分比,如采用了2台或3台机组,其优化控制方案完全可以使每台冷水机组运行处于60%~ 80%最高效率的部分负荷下运行,可以使在50%以下的部分负荷运行时间变得非常之少。

因此,认为按单台冷水机组的四种部分负荷下加权系数而确定的综合部分负荷能效值I PLV,对于多台冷水机组的工程选用与评价冷水机组的运行费用高低没有实际意义 [3],故不同意用综合部分负荷能效值IPLV 来考核中央空调系统的冷水机组。

该文以某项工程实际的全年冷负荷的小时数分布数据为例,证明实际采用多台冷水机组的制冷系统,可以通过冷水机组的不同组合运行,将每台冷水机组的全年运行时间调配到冷水机组都处于较高负荷率条件下的高能效段运行。

该文进一步提出冷水机组的优化群控理论,所谓冷水机组的优化群控实际上就是一种尽量让每台冷水机组处于高效率负荷区运行和尽量减少冷冻水泵、冷却水泵与冷却塔的运行电耗的运行策略。

用数学语言来表述,就是要设法对制冷与供冷的电耗之和的目标函数求最小值的优化控制思想。

为确保采用多台冷水机组的制冷系统,其每台冷水机组的全年运行时间,均处于较高负荷率条件下的高能效段运行。

最后,该文得出的结论是 建议不要将IPLV指标及其计算方法列为选用、评价与控制冷水机组最低能效的指标。

但除规定满负荷下的最低COP值
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之外,用文字形式,还可规定应考虑实际工程的冷负荷的小时数分布规律,比较几个较高负荷率的实际能效(即COP)值的高低。

[3]
4 支持方的观点
相对反对方的实际数据和理论分析,支持方的论据要显得单薄一些,但结论的说服力却并不差。

其中以重庆美的通用制冷设备有限公司韩树衡教授的观点较为全面并具有代表性[4]:
1)不管IPLV是在什么条件下推导出来的,其计算式中各种部分负荷下的权重系数是否完全真实地符合中国的实际情况,但毕竟提供了一个计算单台冷水机组全年在全部负荷范围内按特定负荷特性运行的平均能耗水平的方法,藉此可以用一个统一的标准来评估不同冷水机组不仅仅是在满负荷下、而是在其全年全部负荷范围内的能效水平。

2)对于使用多台机组的场合,由于采用不同的群控方案,使得有的机组的负荷特性(运行时间权重)有别于根据使用单台机组调研得到的IPLV计算式中的负荷特性,但得出(用kW ton表示的) IPLV NPLV值低并不意味着机组就一定会在部分负荷节电 的结论,却不难理解,这不是IPLV NPLV的错,而是把IPLV NPLV的适用场合搞错了。

这种情况下,在工程设计中就不应简单地根据I PLV NPLV来选择机组,而是应在多台机组的群控方案确定以后,根据在使用时间最长的部分负荷段内机组效率最高的原则来选择冷水机组(这对设计院和设备制造商都是完全可以做到的),如此才能达到在实际运行中节能的目的。

3)冷冻空调系统的节能降耗是一个系统工程。

一个冷冻空调系统要做到真正意义上的高效节能,需要在多个方面同时采取有效的节能措施。

除了采用高效节能的冷水机组之外,还可以根据热负荷的变化特点在系统中合理选配不同型号规格的冷水机组的组合和优化群控方案,以使系统中的每台机组尽可能长的时间内在高效段运行;也可以通过合理设定房间的空调参数、或根据季节变化合理设定舒适性空调用冷水机组在不同季节的冷冻水出水温度以降低压缩机的耗功、变传统的定水量运行为变水量运行以降低水泵耗功;或采用部分冰蓄冷方案;等等。

由此可见,影响空调系统能耗的因素有如此之多,企图用冷水机组的IPLV一个技术指标来评估整个冷冻空调系统的能效水平,显然是不科学、不现实的。

不能因为还有其它节能渠道就不去着意选择高效节能的冷水机组、并进而否定IPLV的作用。

5 结语
正、反两方从各自的前提出发,提出的反对和支持的观点似乎都有道理,但是,这里讨论的大前提是修订国家标准GB T18430.1-2001 蒸气压缩循环冷水(热泵)机组工商业用和类似用途的冷水(热泵)机组 ,在这个前提下,问题其实并不复杂。

1)建设部在国家公用建筑节能设计标准中率先提出考核冷水机组的IPLV值,可以理解是代表用户对设备制造商提出了要求,作为设备标准的归口制定技术委员会 全国冷冻空调设备标准化技术委员会,必须对设备的产品标准进行及时的修订,以满足市场的要求。

因此,GB T18430的修订是必要的和紧迫的。

2)IPLV目前还不适用于多台冷水机组系统,工程实际中,在一个系统中使用多台冷水机组,使系统中的每台冷水机组都能一直稳定运行在50%~ 80%的高性能段,这是系统设计者的智慧,但这不构成反对应用I PLV的充足理由。

因为GB T18430只是冷水机组的产品标准,它所适用的对象就是单台的冷水机组,从来也没有宣称过适用多台冷水机组。

3)C OP指标是考核一台冷水机组性能的主要指标,但是不能全面表达机组的性能特性,IPLV也是反映单台冷水机组负载调节能力特性的重要指标,对机组的上述两项指标同时进行考核,可能能够更全面的表征机组的性能。

对冷水机组的COP值和IPLV值的同时考核将促使制造商对机组性能进行优化时更能全面提升机组的性能。

4)GB T18430修订时,应该采用国内相关标准制定机构已经取得的成果,尽量避免在同一国家标准体系中出现两套不同的I PLV的计算公式。

也就是说,应该直接采用我国建设部组织制定、审查、批准并与国家质量技术监督检验检疫总局联合发布的规范 GB50189-2005 公共建筑节能设计标准 里的由我国气候参数导出的IPLV计算公式:
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IPLV=0.023A+0.415B+0.461C+0.101D
式中:
A 100%负荷、相应冷却水进水温度时的能
效值COP;
B 75%负荷、相应冷却水进水温度时的能
效值COP;
C 50%负荷、相应冷却水进水温度时的能
效值COP;
D 25%负荷、相应冷却水进水温度时的能
效值COP。

参考文献
1 Tony Digmanese.ARI550 590标准之综合部分负荷能效
值IPLV.冷冻空调标准与检测,2005,32(6):3~12
2 胡祥华.综合部分负荷能效值IPLV 真实反映冷水机组
部分负载性能的参数.冷冻空调标准与检测,2004,26
(6):3~9
3 汪训昌.从冷水机组的优化群控评ARI550 590标准的
IPLV指标.冷冻空调标准与检测,2004,26(6):10~14
4 韩树衡.对如何正确应用综合部分负荷系数IPLV之我
见.制冷与空调,2005,5(6),80~82
编者按:国家标准GB T18430.1-2001 蒸气压缩循环冷水(热泵)机组工商业用和类似用途的冷水(热泵)机组 已列入国家标准委2006年度国家标准制修订计划。

在2001版的标准中,虽然给出部分负荷状态下冷水机组性能的测试规定,但未给出部分负荷性能系数的计算方法,因此,行业中有人提出以综合IPLV来评价冷水机组部分性能,但同样存在反对的意见。

这篇文章的作者,对近两年有关IPLV的争论,进行分析总结,并从标准制定的角度提出观点。

发表此文,目的在于引起更多业内人士的关注,希望应考虑冷水机组的技术进步,以及变流量节能运行的实际,研究如何做好我国的有关标准。

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