部分负荷下冷水机组运行方案的优化_蒋小强

第9卷 第3期制冷与空调

2009年6月

REFRIGERATION AND AIR -CONDIT IONING

96-97

收稿日期:2008-07-21

通信作者:蒋小强,Em ail:jx qiang 2007@

部分负荷下冷水机组运行方案的优化

蒋小强

1),2)

龙惟定1)

李敏

2)

1)

(同济大学) 2)

(广东海洋大学)

摘 要 冷水机组系统在部分负荷运行时,可选择调节冷水机组台数或每台冷水机组的运行功率来应对负荷的变化,但不同运行方案有不同的能耗。以某厂螺杆式冷水机组为例,测试不同负荷下冷水机组的性能参数,分析其总COP 值,与现行运行方案下的冷水机组能耗相比,得到机组运行优化方案。结果表明,采用新运行方案,相对原运行方案可分别节能12%和23%。关键词 冷水机组;部分负荷;运行方案;能耗;优化

Optimization of operation scheme for chiller under part load

Jiang Xiaoqiang 1),2) Long W eiding 1) Li M in 2)

1)

(T ong ji U niversity)

2)

(Guang dong Ocean Univer sity)

ABSTRACT Abo ut the chiller operating under par t load,it can adjust their num bers and pow er to meet the chang e of load,how ev er,there is different ener gy consumptio n w ith

different oper ation schem e.T aking screw chillers for ex ample,accor ding to the coefficient of perfo rmance of chillers,thro ug h the analy sis of the total COP of system,compared w ith the energy consumption of other schemes,finds an o ptimization contro l scheme w hich realizes the energ y -saving about 12%and 23%.KEY WORDS chiller;par t load;operation schem e;ener gy co nsum ption;optim ization 一个空调系统常设置多台冷水机组,冷水机组容量按最大负荷设计选型。然而,冷水机组实际上绝大部分时间在部分负荷下运行,因此,冷水机组能耗主要是其在部分负荷运行工况下的能耗。空调系统(有多台冷水机组)中冷水机组的能耗不只与开启台数及其功率有关,还与冷水机组自身性能(全负荷性能和部分负荷性能)有关,与部分负荷下冷水机组间的负荷分配方案有关。因此,确定冷水机组选型后,如何找到最佳负荷分配方案,最大程度地降低运行能耗,是空调系统节能的关键[1]

。

笔者以2台相同容量并联运行的螺杆式冷水机组为例,根据其部分负荷性能参数,通过比较不同负荷分配方案下冷水机组的能耗,确定较优的运行方案。

1 研究对象

以北京某建筑空调系统为例,建筑物总冷负荷为800kW 。该空调系统总运行时间为2284

h [3],空调负荷率分布如表1所示。选择2台相同

规格的螺杆式冷水机组并联运行,每台机组冷量为409kW,其部分负荷性能参数见表2。该冷水机组冷量可卸载到90%,80%,70%,60%,50%,40%,30%和20%。为便于分析,近似认为系统负荷即为机组所承担的负荷。

表1 北京地区某建筑物夏季空调负荷率分布

负荷率/%2030405060708090100运行时间/h

649

565

454

277

176

108

43

10

2

表2 某螺杆冷水机组部分负荷性能参数

负荷率/%2030405060708090100实际制冷量/kW 82

123164205246286327368409

输入功率/kW 21

24

27

32

38

46

57

70

116

COP

3.95.16.16.46.56.25.75.33.5

2 不同运行方案下机组全年总能耗2.1 现行运行方案的全年总能耗

目前常见机组运行方案主要有2种[2]

:方案

第3期蒋小强等:部分负荷下冷水机组运行方案的优化#97 #

一,当系统负荷大于50%时,主、从机各负担一半;当系统冷负荷小于50%时,由主机承担全部负荷。

方案二,当系统负荷大于50%时,主机全负荷运行,从机补充不足的负荷;当系统负荷小于50%时,由主机负担全部负荷。由表1和表2计算可得:方案一冷水机组全年运行总能耗为127081kW #h;方案二冷水机组全年运行总能耗为145375kW #h 。由此看出,冷水机组在不同运行方案下所需的能耗也不同。

2.2 冷水机组现行运行方案的优化[3]

事实上,冷水机组的运行方案还有很多种。例如,当系统总冷负荷小于50%时,由2台机组共同承担。在众多运行方案中,如何找到最节能的运行方式呢?每台机组都有一个最佳性能工作区,体现冷水机组工作性能的参数是COP 。如果对冷水机组的输出冷量及输出功率,即整个冷水机组的/总COP 0进行分析,使整个系统均在较高的总COP 下工作,那么该运行方案势必将是节能的运行方案。

2台冷水机组始终均衡分担冷负荷的控制方式(方案三)的总COP 即为单台机组COP ,见表2。当主冷水机组承担全部负荷,冷量不够时再启动从冷水机组承担剩余负荷的运行方式(方案二)的总COP ,见表3。

总负荷率/%20

304050

60

70

80

90

100

主机制冷量/kW 164246327409409409409409409

主机输入功率/kW 273857116116116116116116从机制冷量/kW 0

00082164246327409从机输入功率/kW 0

21

2738

57

116

总COP

6.16.55.73.53.6

4

4.34.33.5

根据表2及表3中系统不同负荷比下相应的系统总COP ,绘制的冷水机组总COP 曲线见图1

。

图1 冷水机组不同运行方案下的总COP 值变化图

由图1可知,当系统总冷负荷小于38%时,应

采用方案二,即主冷水机组承担全部负荷;当总冷负荷大于38%时,应采用方案三,即2台冷水机组平均分担系统负荷。

为便于计算冷水机组的全年运行能耗,以系统总冷负荷的40%为切换点,对运行方案四(当系统总冷负荷小于40%时,由主机独自承担负荷;当系统负荷\40%时,由2台机组均分负荷)进行计算,得出冷水机组全年运行总能耗为111315kW #h,与现行运行方案一和方案二相比,分别节能12%和23%。

3 结束语

冷水机组的全年运行总能耗不仅与机组运行台数和消耗功率的控制有关,还与负荷分配及机组在部分负荷下的性能有关。笔者述及的螺杆式冷水机组在冷负荷为60%时,其COP 最大,为615;而低负荷或是满负荷附近的COP 较小。因此,使用时应尽量避免机组在满负荷或低负荷工况下运行。

对于2台容量相同且并联运行的冷水机组,可通过绘制冷水机组总COP -冷负荷比关系图确定其最佳运行方案,即:系统总冷负荷小于38%时,由单台冷水机组独自承担所有冷负荷;大于38%时,由2台冷水机组共同承担冷负荷。计算表明,这种冷水机组运行方式至少可节能10%。对于2台不同容量或多台冷水机组,也可运用该方法进行优化,只是冷水机组间的负荷分配方式更复杂,在计算冷水机组总COP 时应全面分析。

不同空调系统以及不同运行方案,其冷水机组能耗也不同。只有对冷水机组进行实测,确定部分负荷性能参数,才能找到最佳运行策略;同时,对于不同厂家不同型号冷水机组,由于实际工作性能差异,最优控制策略也会有所不同[3-4],例如,在文献[3]中最优控制策略须分3段,而本研究中只须分2段。

参考文献

[1] 龙惟定.建筑节能与建筑能效管理.北京:中国建筑

工业出版社,2005.[2] Manske K A,Klein S A,Reindl D T.Load sharing

st rategies in m ultiple compressor refrigerat ion sys -t ems.ASH RAE T ransactions,2002,108:327-333.[3] 施灵.多台冷水机组空调系统的优化控制.暖通空

调,2005,35(5):79-81.

[4] Yu FW,Chan KT.Opti mum load shari ng strategy for multiple -chillersystems serving air -conditioned buildings.

Building and Environm ent,2007,42(4):1581-1593.