冷水機組運行性能檢測及評價探討

劉書薈 印 慧 謝珺上海市質量監督檢驗技術研究院

冷水機組運行性能檢測及評價探討

劉書薈 印 慧 謝珺
上海市質量監督檢驗技術研究院

冷水機組是集中空調系統的關鍵能耗設備，其運行性能直接關系到空調系統的實際能耗。因受到諸多因素的影響，冷水機組運行工況往往偏離名義工況，其性能的檢測與評價與名義工況不同。梳理匯總了相關研究和標準情況，對冷水機組運行性能檢測和評價進行了探討。

冷水機組；運行性能；檢測；評價

冷水機組是集中空調系統的關鍵能耗設備，能耗通常約占空調系統50%[1]，其性能的高低直接影響空調系統的能耗水平，在確定其性能高低的過程中，選用合理的檢測方法及相應的評價標準是至關重要的。當前對冷水機組的運行性能進行檢測和評價，主要是用于節能評價，或是對冷水機組、制冷系統、空調系統的季節/全年運行能效評價，通過該檢測和評價，對比機組實際運行能效水平高低，確定節能量；或是試圖尋找機組或系統運行的能效最高點，從而提出改進運行管理、優化控制系統的節能建議和技術措施。

對于冷水機組的性能檢測及評價，可以分為兩類，一為名義工況下的性能檢測及評價，即在規定工況下檢測其性能系數（Coef f icient of Per formance，COP）和綜合部分負荷性能系數( Integrated Par t Load Value，IPLV)，通過與標準規定的數值比較，確定其性能水平；二為運行工況下的性能檢測及評價，即在機組實際運行工況下檢測其性能系數，通過一定的評價標準對機組的運行性能進行評價。目前，上述第一種性能檢測及評價均有完善的檢測及評價標準參照執行，第二種評價因影響因素較多，評價相對復雜，國內尚未形成統一的標準。

1 相關研究現狀

近年來國內對上述問題的相關研究主要集中在兩個方面，一是冷水機組的季節運行性能的評價，二是關于IPLV的應用討論，代表性觀點如下：

蔡宏武等在文獻中指出：對冷水機組的節能診斷不能只看COP一個指標，而是應該綜合考慮內部效率(DCOP)和外部效率(ICOP)，以及蒸發溫度、冷凝溫度、冷凝器換熱溫差、冷卻水溫差、冷卻塔換熱溫差、室外濕球溫度等多個指標[2]。劉衛東提出了一種通過IPLV對樓宇內使用的冷水機組季節運行性能進行評價的方法，根據歷年的氣象數據和同區域類似樓宇的負荷需求數據，計算出推薦的測試工況，并測試出相應4個工況點的機組性能，從而結合樓宇負荷和電費價格計算出實際的電費情況[3]。吳成斌等提出了季節部分負荷性能系數SPLV，該性能指標沿用了IPLV的測試工況點、部分負荷性能系數（A,B,C,D）和加權系數（a,b,c,d）[4]。

劉新民在文獻[5]中指出，額定工況下的COP或IPLV不能用來進行節能的定量評價，不能采用IPLV數值預測一臺冷水機組在任何特定工程與運行條件下的全年能耗[5]。楊碩等認為IPLV適合對單臺機組部分負荷進行評價，無法估算建筑物的能耗[6]。王碧玲等提出IPLV指標是一個評價單臺冷水機組部分負荷性能的綜合指標，并不是冷水機組的實際運行能效，只適用于評價單臺冷水機組在標準工況下部分負荷性能[1]。

對于冷水機組運行性能的研究主要集中在評價方法上，基于COP和IPLV的定義和適用范圍展開研究。因工況不同，名義工況下的COP和IPLV不能直接用于冷水機組運行性能的評價，這與筆者提出的將名義工況下的評價與運行性能評價進行區分的觀點是一致的。

2 現行標準中冷水機組運行性能檢測和評價情況

現行標準中有較多涉及到對冷水機組運行性能檢測和評價的內容，但各有不同，主要有以下相關標準。

JGJ/T 177-2009《公共建筑節能檢測標準》，對冷水（熱泵）機組運行性能檢測中機組負荷、冷水及冷卻水等參數作出了詳細規定；同時該標準明確，檢測工況下冷水（熱泵）機組的實際性能系數符合現行國家標準《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005第5.4.5的規定時為合格[7]。GB 50189-2005《公共建筑節能設計標準》中的相應判定標準為額定制冷工況和規定條件下性能系數（COP）的限定值，分別對應GB 19577-2004《冷水機組能效限定值及能源效率等級》中3、4、5能效等級的限定數值[8][9]。

JGJ/T 260-2011《采暖通風與空氣調節工程檢測技術規程》提出了檢測的部分要求，但未明確冷水機組的檢測工況要求，也未提出性能系數的評價標準[10]。

GB/T 50801-2013《可再生能源建筑應用工程評價標準》對地源熱泵機組的性能測試要求宜在機組的負荷達到機組額定值的80%以上進行，其評價采用地源熱泵系統能效比進行評價，不單獨對熱泵機組進行評價[11]。

DG/TJ 08-2162-2015上海市工程建設規范《可再生能源建筑應用測試評價標準》，對地源熱泵機組的性能測試工況要求：宜在機組負荷達到機組額定值的80%以上進行。并對偏離名義工況的測試結果進行修正：在制冷工況下，地源側出水溫度實測值偏離規定溫度（28℃）時，應對制冷能效比進行修正，地埋管出水溫度高于32℃，不修正制冷能效比[12]。

檢測標準是冷水機組運行性能檢測和評價的依據，根據上述對相關標準的梳理，發現現行檢測標準中關于冷水機組檢測評價的內容不完全一致，這就會導致檢測評價結果的差異，這也是直接影響冷水機組運行性能節能評價中的主要問題。

3 冷水機組運行性能檢測評價探討

冷水機組的運行性能除了受自身因素的影響外，還受其運行條件的影響，如機組負荷、冷水溫度、冷卻水溫度、冷水流量等，其檢測和評價與名義工況下的性能檢測與評價有著很大區別。偏離名義工況下的性能系數測試結果與名義工況下的性能系數限值或能效等級不能直接進行對比評價，應考慮運行工況下的負荷、冷卻水溫度、冷水溫度、流量等參數偏離情況。

因冷水機組的自身特性，其承擔的負荷會直接影響其運行性能，負荷的變化導致運行工況對名義工況的偏離，檢測中應考慮該因素對性能系數的影響。通常情況下，高負荷率段冷水機組的效率也更高，這也是各檢測標準中提出負荷率宜高于其額定值的80%的原因，這就要求檢測中應注意被測機組實際承擔的負荷，尤其對于多臺冷水機組組成的冷源系統，系統負荷高并不表示每臺機組承擔的負荷在同一水平。隨著臺數的增多，每臺冷水機組會更多地在高負荷段運行，但是，不論選用幾臺冷水機組，優先運行的冷水機組還是會有很長時間處于低負荷率工況下運行[1]。

除了負荷之外，冷卻水溫度直接影響機組的冷凝溫度，從而影響機組的性能，理論和試驗均表明，在其他參數不變的情況下，冷卻水溫度的下降會提升機組的性能系數，且影響較為明顯。劉東等通過檢測提出，當冷水機組進口冷卻水溫升高時，COP減小，每升高1℃，COP大約降低2.9%。冷水出口水溫升高時，COP會有一定程度的增加，每升高1℃，COP大約增加1.4%[13]。從上述文獻來看，與冷水溫度變化相比，冷卻水進水溫度對機組性能的影響更大。如DG/TJ 08-2162-2015《可再生能源建筑應用測試評價標準》，對機組的負荷作出了基本規定，同時考慮了運行工況中地源側出水溫度的偏離，并對其進行修正，使檢測結果具有可比性。

此外，與實驗室性能檢測不同的是，冷水機組運行性能的檢測中因檢測儀器的精度、檢測位置的選取、運行工況的變化、機組熱損失等因素的影響，應特別注意檢測數據的有效性，對于水冷式冷水機組，應進行校核檢測（一般采用熱平衡法），并控制校核檢測的結果與主要檢測結果的偏差在一定范圍內，以驗證數據的有效性。

結合各文獻研究情況及筆者檢測經驗，認為冷水機組運行性能檢測中應至少檢測以下參數：室外干球溫度、冷水進出水溫度及流量、冷卻水進出水溫度及流量、機組電力消耗。檢測期間，機組的負荷應達到額定負荷的80%以上，并分別計算主要檢測和校核檢測的制冷量，兩者之間的偏差不應大于10%，如兩者偏差超出上述范圍，應重新進行檢測。基于上述條件下的檢測，對于機組運行性能的評價應對檢測結果進行修正，以使其具有可比性。

4 檢測實例

上海某辦公建筑配置的一臺螺桿式冷水機組，用作建筑內空調系統的冷源，機組額定輸入功率376 kW，額定制冷量為2 043 kW。檢測持續時間為60 min，各參數檢測結果如下：

表1 某建筑螺桿式冷水機組檢測數據

從上述數據可以看到，機組的運行負荷較高，檢測制冷量與額定制冷量非常接近，從主要檢測和校核檢測的制冷量來看，其偏差為4.22%，說明該檢測數據可信。參照DG/TJ 08-2162-2015《可再生能源建筑應用測試評價標準》中的修正對檢測結果進行修正后，該機組的性能系數為5.32，未修正的性能系數為5.18（均以兩次檢測的平均數據計算）。可以看到，兩者的差值是較為明顯的。進行修正的重要意義在于，考慮了運行性能檢測中的主要影響因素，通過修正將該因素的影響降低，使得該特定工況下的檢測結果具有可比性，對于機組的節能評價、節能量的計算等具有重要的實際意義。

5 結語

與名義工況下的檢測與評價不同，運行工況下的冷水機組性能受諸多因素的影響，不能直接采用名義工況下的COP或IPLV對機組性能進行評價。應考慮機組承擔的負荷、冷卻水溫度等對性能的影響，對于水冷式機組進行校核檢測，并將檢測數據進行修正，使其具有可比性，才能對不同場合應用的機組進行比較，評價其節能運行情況。

[1]王碧玲，鄒 瑜，孫德宇，等。冷水機組IPLV指標應用分析[J]。建筑科學，2015，31(10)：57-61。

[2] 蔡宏武，魏慶芃。冷水機組運行性能評價及節能診斷[J]。暖通空調，2008，38: 106-111。

[3] 劉衛東。基于實際測試工況的冷水機組季節運行性能評估[J]。制冷與空調，2016，16（9）：26-30。

[4] 吳成斌，石文星，李先庭。一種冷水機組季節性能評價新指標與多臺機組聯合運行性能評價[J]。暖通空調，2012，42(8)：9-16。

[5]劉新民。關于IPLV與冷水機組季節運行性能的討論[J]。制冷與空調，2014，14(12)：63-65.

[6]楊 碩，馮圣紅。關于冷水機組綜合部分負荷系數的研究[J]。建筑節能，2015，43(5)：38-40。[7]公共建筑節能檢測標準:JGJ/T177-2009[S]。

[8] GB 50189-2005 公共建筑節能設計標準[S]。

[9] GB 19577-2004 冷水機組能效限定值及能源效率等級[S].。

[10] JGJ/T 260-2011 采暖通風與空氣調節工程檢測技術規程[S]。

[11] GB/T 50801-2013 可再生能源建筑應用工程評價標準[S]。

[12] DG/TJ 08-2162-2015 可再生能源建筑應用測試評價標準[S]。

[13]劉 東，劉傳聚，胡稚鴻。浦東國際機場能源中心大型水冷冷水機組的節能運行模式分析[J]。流體機械，2011，29（11）：39-42。

節能信息與動態

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Study on Operation Perform ance Detection and Evaluation of Chiller Plant

Liu Shuhui Yin Hui Xie Jun
Shanghai Qual ity Supervision and Inspection Technology Research Institution

Chiller plan is the key energy consum ption equipment of central air-conditioning system, whose performance is key to actual energy consum ption of air-conditioning system. Due to many factors influence, chiller plan operation condition is deviated from nom inal working condition, which means its performance detection and evaluation is different to those of nom inal working condition. The author introduces re lated research and standards and carries out discussion over operation perform ance detection and evaluation of chiller plant.

Chiller Plant, Operation Performance, Detection, Evaluation

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.07.007

劉書薈：女，1983-，工程師，主要從事空調系統的檢測咨詢工作。