冷冻机的制冷效率与运行电费

冷冻机的制）令效率与运行电费简介：本文提出在冷冻机平均使用寿命中运行电费远大于冷冻机初投 资的观点，讨论冷冻机的制冷效率对年运行费用的影响，在简介和初 评IPLV、NPLV，分析多台机组并联运行规律和冷冻机部分负荷下运行 效率基础上，提出一种评估冷冻机组常年运行电费的方法，并举例说 明高效率的冷冻机节能效果显著。因此在选择冷冻机时，不仅比较冷 冻机售价，更应比较冷冻机的制冷效率和运行电费。关键字：冷冻机制冷效率运行电费部分负荷1关注冷冻机的运行费用和制冷效率在销售和购买冷冻机的过程中，商家和用户十分重视比较冷冻机的价 格（初投资），却忽略冷冻机的运行费用巨大这一事实：以冷冻机的平 均寿命25年计，在对冷冻机的所有投资中，初投资约占8.3%，运行 费用约占91.4%，制冷剂添加费约占0.3%，故我们更应关注冷冻机的 运行效率。比如若选用高效的水冷机组，其在25年平均寿命中节省的 运行电费（与一般效率同类机组比较）可能接近机组初投资，相当于 白送百万元的冷冻机。果真如此吗？分析冷冻机的运行费用需了解冷冻机的运行规律和制冷效率。由于以 空调系统满负荷为前提来选择冷冻机的容量，而冷冻机绝大部份时间 在部分负荷下运行，因此评价冷冻机的制冷效率不能仅参考冷冻机满 负荷下的制冷效率，还需要比较冷冻机在部分负荷工况下的制冷效率。 目前常用的二个指标有IPLV和NPLV。2 IPLV，NPLV的定义及由来IPLV （ARI标准工况下综合部分负荷效率）与NPLV （非ARI标准工况 下综合部分负荷效率）是ARI（美国空调制冷学会）运用概率统计的 方法，借助于大型计算机，对全美有代表性的29个城市的气象数据、 各类建筑物冷负荷、冷冻机的不同运行时间，进行综合分析和加权平 均处理，得出冷冻机的运行时间百分比与冷冻机的负荷之间的关系， 共有四种模式（见ARI550/590-98标准，白皮书）。ARI根据此四种模 式制定一个针对冷冻机产品单机性能的评价标准，即单机IPLV或NPLV 方程（综合模式）：IPLV=1/（0.01/A+0.42/B+0.45/C+0.12/D）其中：冷冻机效率对应负荷冷却水进水温度对应冷冻机负荷冷冻机负荷运行时间百分比对应冷冻机负荷A85F / 29.4ºC100%0.01B75F / 23.8ºC75%0.42C65F / 18.3ºC50%0.45D65F / 18.3ºC25%0.12NPLV公式与IPLV公式一样，仅NPLV公式中冷却水最高进水温度为实 际应用中任一温度，并且冷冻机100%与50%负荷（对应冷却水65F进 水温度）之间，冷冻机负荷与冷却水进水温度呈线性关系；冷冻机50% 与0负荷之间，冷却水进水温度恒为65F。上述NPLV、IPLV公式说明：ARI定义当冷却水进水温度低于65F时， 冷冻机不开；即通过大量低温室外新风带走空调系统冷负荷，或使用 热交换器代替冷冻机。根据上述介绍，我们看出NPLV、IPLV公式不能直接应用到我国空调系 统中评价冷冻机效率。原因如下：1）美国气象数据不能代表我国特定工程所在地区的气象2）建筑物类型及冷负荷的来源因工程而异3）冷冻机的运行时间差异较大4）当冷却水进水温度低于65F时，某些工程仍需开冷冻机5）实际工程中绝大多数（85%以上）多台机组并联运行，与ARI假设 单台机组承担空调系统负荷情况大相径庭。上述差异均导致NPLV、IPLV公式中与冷冻机负荷相对应的冷冻机行时 间百分比不同，尤其是第5条的影响。因此有必要讨论多台机组并联 运行规律。3多台制冷机组并联运行规律分析请看不同组合的多台机组运行时，单机负荷与机组负荷（空调系统负 荷）的关系。（见表1、图1）表1单机负荷与机组负荷对比总负荷1200 ton200 300 400 600 800 900 1200rT匕 T万案1 1200 ton02003004006008009001200600 ton0200300400600400450600方案2600 ton00000400450600400 ton020030040000300400方案3800 ton0000600800600800400 ton0200300400300400300400万案4400 ton0000300400300400 400 ton000000300400图1单机负荷与机组负荷对比上述图表表明：1）采用多台冷冻机的项目，单机在高负荷区（100%-75%）运行的时间 百分比随台数增加而急增，远超过用一台冷冻机提供全额冷负荷的情 况。2）制冷量均等的单机负荷与机组负荷（空调系统负荷）关系如下：Y=N/j *X （ j=1,2, .N） ； （ j-1/N< X < j/N ）Y 单机负荷；X机组负荷；N单机数量3）单机制冷量以1,2,4., 2N倍分配而产生的组合，其单机在高负 荷区间运行的时间百分比最大4）在实际运行中，冷冻机单机制冷量差别小于3倍且多台单机制冷量 相同。因为考虑到冷冻机单机制冷量范围的限制和冷冻机互换、备用， 不同制冷量冷冻机的成本、占地面积。5）ARI推出的适用于单一机组制冷的NPLV、IPLV公式推广到多台机 组制冷时，式中A、B、C、D的权重（运行时间百分比）将向高负荷区 偏移，偏移程度与冷冻机台数、单机制冷量分配有关。（见图2）图2单机负荷与机组负荷的差异上述对比图表明：采用2-3台冷冻机的常规项目中，单机在50%负荷 以上区间运行的时间百分比超过87.2%上海某项目使用三台冷冻机（一台300 ton,二台600ton），单机累计运 行16734小时，其中在50%负荷以上区间运行的时间为15395小时， 时间百分比为92%上述对多台机组运行规律的分析表明：只需要比较各品牌冷冻机在50%负荷以上时的效率，就能评估冷冻机在不同空调系统中的节能效果。 4制冷机组部分负荷下运行效率的分析比较比较冷冻机在部分负荷下运行效率时，有下列有趣现象：1）冷却水进水温度不变时，负荷越高，冷冻机运行效率越高，在100% 附近时冷冻机运行效率最高（见图3）。图3冷冻机运行效率比较（冷却水进水温度不变）这就是用多台机组代替单一机组运行时可节能的原因：因为在同一时 刻，冷却水进水温度对于任一台机组相同，多台机组中的单机负荷大 于单一机组运行负荷，故单机的运行效率高，节能。2）冷却水进水温度与空调系统负荷同步变化时（受太阳得热影响），冷 冻机运行效率在65%-75%区间内效率最高（见图4）。图4冷冻机运行效率比较（冷却水进水温度变化）这是因为在冷冻水温度不变情况下，冷却水进水温度降低后，减小了 冷凝器与蒸发器中制冷剂的压差，冷冻机运行效率提高，相当于增加 了散热面积。3）与多台机组代替单一机组运行的节能措施相比，冷却水进水温度降 低对冷冻机运行效率提高影响较大。在实际工程中，冷却水进水温度 与空调系统负荷变化趋势相同。4）空调系统负荷变化大时，通过加减冷冻机来节能。客观上冷却水进 水温度降低对冷冻机运行效率提高有利，主观上提高冷冻水出水温度， 也可提高冷冻机运行效率（空调系统负荷减小，允许提高冷冻水出水 温度）。但是物极必反，冷却水进水温度与冷冻水出水温度温差减小过 度，对离心机而言会发生喘振。5冷冻机寿命周期内的运行费用分析比较了解了冷冻机组（含多台）的运行规律和部分负荷下运行效率，我们 可以抓住本质，比较不同品牌冷冻机在正常寿命中的运行费用。虽然特定工程所处的地理环境不同、建筑物类型不同、冷负荷来源不 同、冷冻机的台数和运行时间不同，但是我们可以通过类比方法，比 较典型工况下不同品牌冷冻机的运行效率，结合全年冷冻机运行时间 表，以冷冻机运行效率的综合指标，综合考虑不同品牌冷冻机的运行 效率差异的最大值和最小值，就可以比较不同品牌冷冻机全年的运行 费用，并推算出）令冻机在正常寿命中的运行费用差异，以协助我们合 理选择冷冻机。以四台650令吨的冷冻机为例，评价四台冷冻机运行效率的综合指标 PLV4应介于单机满负荷效率FLV与NPLV之间，因为四台冷冻机在一 年四季中既不是全部满负荷运行，也与一台冷冻机承担空调系统负荷 的情况区别较大。用公式表示：PLV4二A*FLV+(1-A)*NPLV,取A=0.5,权 系数 A 范围(0<A<1)比较两种效率的制冷机组(根据样本)的性能参数如下：二种效率的冷冻机满负荷效率FLV单机NPLV效率综合指标PLV4效率(A=0.5)650 冷吨(TON)KW/TONKW/TONKW/TON高效机组0.6040.5170.5605普通机组0.6570.5920.6245 冷冻机性能差别0.053 0.0750.0640根据上表计算冷冻机在正常寿命中的运行电费及其差异如下：1）机组使用寿命中的运行电费二机组寿命X电费X全年机组能耗2）全年机组能耗二全年机组运行时间X机组总冷吨X综合指标PLV4二种效率冷冻机寿命中运行电费（四台650冷吨）机组电费（元）PLV4适中（A=0.5）机组电费（元）PLV4=FLV（A=1）机组电费（元）PLV4=NPLV（A=0）高效机组51,151,23055,121,04047,181,420普通机组 56,991,87059,957,82054,025,920制冷机组运行电费差别5,840,6404,836,7806,844,500全年机组运行时间二6个月X30夭/月乂12小时/天二2160小时机组总冷吨=4台X650TON/台二2600 TON全年机组能耗二2160 小时 X2600 TONXPLV4 （KW/TON）机组寿命二25年；电费二0.65元/度；四台650冷吨冷冻机的进口设备价约为54万美元，与约5100-5700 万元（人民币）冷冻机寿命周期运行电费相比，占冷冻机全部投资费 用的9%。而二种效率冷冻机的电费差价约为584万元（人民币），介 于483-684万元（人民币）之间。故米用高效制冷机组，在运行寿命 周期内可节省约500多万元电费，可以回收54万美元的冷冻机采购费。 相当于白送百万元的冷冻机，这正是冷冻机高效率的体现。6结论：1）在冷冻机的选择中，应兼顾冷冻机的初投资和运行效率。因为在对 冷冻机的所有投资中，初投资仅占8.3%，运行电费占91.4%。高效率 的冷冻机在平均寿命25年中节省的电费可能与冷冻机的初投资相当。2）评估冷冻机组的运行电费，不能仅用冷冻机单机的满负荷效率FLV 和NPLV二个指标，应根据机组台数、空调系统负荷一年四季变化情况， 掌握冷冻机组及单机的运行规律，力求评估结果与实际情况相符。参考文献：1. William Landman, Brenda Bradley Trane Engineers Newsletter1996,Vol. 25 No5,2. ARI STANDARD 550/590-1998