广州电信大厦中央空调系统冷水机组运行负荷率分析

林宇航

(广东发展银行股份公司,广州510080)

0 引言

现代建筑大厦的中央空调系统通常都是按照大厦冷负荷最不利情况进行设计安装的,在投入运行后机组的制冷量都比实际冷负荷大,而空调系统作为大厦的主要耗电设备,其运行能耗比通常占整栋大厦的30%～50%。设计的过度冗余容易造成机组大部分时间都运行在低负荷率区间,能耗大、效率低,造成电能的浪费[1]。通过研究电信大厦空调系统的动态负荷变化规律,以及系统全年的负荷率和能耗情况,分析该中央空调系统的整体负荷运行情况以及机组运行配置的合理性。

1 系统概况及负荷基本情况

1.1 中央空调系统概况

大厦共28层,采用4台冷水机组提供空调所需冷量,4台机组互相搭配交替运行;冷却水系统为开式循环水系统,在大厦楼顶设有8台并联联接冷却水塔;冷冻水系统为闭式循环水系统,分为低、中、高区3个区,其中在5F设置高区冷媒的热交换设备间,以保证高区供冷压力。大厦内各楼层的冷量负荷主要由设置在各楼层空调区域的盘管风机负担,在每一层内公共走廊的东西面各设1台新风机。设备配置如下:

1#机组和2#机组:19XR5655467DHS离心式机组,单台制冷量2880kW(750冷吨),以下简称为大机;

3#机组和 4#机组:30HXC260A螺杆机组,单台制冷量960kW(250冷吨),以下简称为小机;

1#～8#冷却塔:循环水量900m3/h,电机功率7.5kW;

1#冷却泵90kW,1#冷冻泵75kW,专供1#机组;

2#冷却泵90kW,2#冷冻泵75kW,专供2#机组;

3#冷却泵37kW,3#冷冻泵30kW,专供3#机组;

4#冷却泵37kW,4#冷冻泵30kW,专供4#机组。

1.2 机组运行模式

冷水机组运行的模式主要为单台大机或小机、1台大机+1台小机、2台小机,表1为大厦冷水机组2007年全年的运行模式。

表1 机组运行模式及时间

1.3 全年负荷基本情况

由于4台冷水机组其运行电压都是稳定在380V,本文利用机组运行的电流值表示空调负荷,分析大厦4台冷水机组全年的运行情况,如图1所示。

图1 2007年全年空调负荷情况

2 系统的负荷运行分析

单台冷水机组的最佳 (最高)COP值通常不是出现在满负荷时,而是出现在部分负荷的时候[2]。在多开一台冷水机组要消耗能量,但是如果多开了一台冷水机组能使在线运行的冷水机组都处在最佳或者比较佳的COP,也会节省能量。

一般在设计空调系统时,都是根据计算的最大冷负荷选择冷水机组[3],该大厦设计在最大冷负荷时开启1台大机+1台小机的组合形式,在实际使用中运行于最大负荷工况的时间频频率是很少的,在2007年度运行数据可以看出,在负荷高峰期也是按照这种组合形式运行的。

3#、4#机组的满负荷电流值及1#、2#机组的满负荷电流值分别为561A和947A,按照1台大机+1台小机为满负荷运行方式计算100%冷负荷的话 (注:按机组负荷电流比成线性正比例关系来计算),以运行电流值分析负荷运行时间频数,将2007年1月～11月份空调负荷运行实测数据分析如表2。

表2 1月～11月份空调负荷运行实测数据

可以看出该大厦的空调负荷大多集中在13%～90%之间,空调负荷大都有这种时间频数特点,即运行于部分负荷的时间占绝大多数。根据上表可得出空调负荷与负荷时间频数间的关系,即负荷时间频数图,如图2所示。

图2 负荷时间频数图

3 机组运行配置及负荷率分析

针对负荷的实际运行特点,大厦设置了多种冷水机组单独运行或组合运行的模式,根据冷负荷的变化,通过加载或卸载在线运行机组来实施冷水机组制冷量的控制[4]。当负荷减小时,相应地减少冷水机组的运行台数,让剩下的在线运行的冷水机组处于较高的负荷点,通常都是尽量让冷机处于满负荷的工作状态,从而提高整个冷水机组系统的工作效率。在负荷增加时,相应地增加投入运行的机组,满足现时大厦冷负荷的要求。

按照大厦目前的配置策略,都是以空调的负荷以及管理经验来控制冷水机组的起停,并适当结合考虑单台冷水机组的COP,一般都是在较高负荷率时考虑加载,大厦这种起停控制措施是否符合 “冷水机组的最佳 (最高)COP值通常不是出现在满负荷时,而是出现在部分负荷的时候”这一规律?而结合单台机组COP控制机组群的效果是否符合机组实际性能规律?

图3～图6分别为4台机组全年运行负荷分布规律图。

可以看出4台机组的负荷率绝大部分都集中在60%～90%之间,这部分的时间频数都在85%以上,即大部份时间都运行在部分负荷区间,基本符合 “冷水机组的最佳 (最高)COP值通常不是出现在满负荷时,而是出现在部分负荷的时候”这一规律。

从表3可以清楚看到机组全年运行负荷的时间频数。

图7和图8为大厦这两种型号机组的负荷率与COP性能测试数据 (数据来源:相关生产厂家)。

由图7和图8机组 “负荷率与COP关系”图可以知道,机组较高效率区间在50%～90%之间,即在这区间是机组运行的最优运行区间。而大厦4台机组的运行负荷率都集中在60%～90%之间,可得结论,机组的运行基本符合其性能指标,也就是机组群的运行调控调度较合理,基本不需要进行进一步的优化。

表3 机组全年运行负荷率时间频数

4 结论

通过对系统运行数据的整理分析,该大厦空调冷负荷及冷水机组运行配置分析结论如下:

大厦的空调负荷大多集中在13%～90%之间,即运行于部分负荷的时间占绝大多数。4台机组的负荷率绝大部分都集中在60%～90%之间,由机组 “负荷率—COP”图可以知道,机组较高效率区间在50%～90%之间,即在这区间是机组运行的最优运行区间。冷水机组的启停及运行模式基本符合大厦全年负荷的时间分布及其性能指标,也就是机组群的运行调控调度较合理,不需要进行进一步的优化。

[1] 陆耀庆主编.实用供热空调设计手册.中国建筑工业出版社,1993:887-890

[2] 麦粤帮,刘金平.夏热冬暖地区建筑空调系统冷负荷分析及其优化调节[D].广州,华南理工大学,2007

[3] Sheila J.Hayter.Energy andMoney Savingswithout Increasing Time,Costs.ASHRAE Journal,2004,46(9):48-50

[4] 姜家麟.多台冷水机组组合的控制.制冷技术,2000(2):31-34