一次泵大温差定流量与变流量系统的对比分析

李宁 云岭冬 许海松 许佐达 吴翠翠 刘海滨

中国建筑设计咨询公司

一次泵大温差定流量与变流量系统的对比分析

李宁 云岭冬 许海松 许佐达 吴翠翠 刘海滨

中国建筑设计咨询公司

结合工程案例，针对空调系统中的一次泵大温差定流量与一次泵变流量系统，选择了海口地区两个实际案例进行对比分析：一次泵变流量系统节能效益明显优于其他方案，但初投资也最高。经计算，本项目中该系统静态投资回收期不超过3年，经济性较好。

一次泵大温差定流量一次泵变流量节能效益经济性分析

冷水机组一次泵大温差定流量与一次泵变流量系统是目前暖通行业内使用较多的两种节能技术[1]，对于这类技术的研究层出不穷[2、3]，但多数研究仅是针对一次泵大温差或一次泵变流量系统分别进行分析，两种技术孰优孰劣以及适用于何种场合并未说明。

海南省海口市某广场空调项目总建筑面积45.97万m2，其中地上建筑面积14.22m2，地下建筑面积31.75m2，地下3层，地上5层，建筑功能包括商场、免税店、书城、餐饮、免税店等，共设置7个冷源。

本文结合该工程实例，按照不同建筑功能，选择两个冷源，分别对其采用一次泵大温差定流量、标准温差下一次泵变流量系统的节能效益、经济效益进行对比分析，得出相关结论。

1 比选方案与计算方法

文献[4]中指出，常水温差型风机盘管应用于大水温差工况下，制冷量大为下降，可适当降低供水温度补偿。结合已有数据考虑大温差运行对末端空调设备的影响，在保证末端设备进、回风及表冷器参数一致的前提下，对典型末端设备（风机盘管、组合式空气处理机组、组合式新风处理机组）在不同供回水温度（7～12℃、5～12℃、5～13℃、6～13℃）下的供冷量进行计算，如下：

通过对典型末端设备在不同供回水温度下冷量的变化趋势进行分析：各末端设备5～12℃供回水温差下供冷量与7～12℃供回水温差下的冷量基本一致，部分设备还有所增加；而5～13℃、6～13℃供回水温差下末端设备供冷量均有所降低，其中30000m3/h组合式空气处理机组在5～13℃、6～13℃供回水温差下的冷量衰减为12%左右，其他末端设备冷量衰减均在10%以下。由于工程设计中末端设备选择往往考虑一定余量，因此认为可忽略不同供回水温差对末端设备供冷量的影响。

确定各比选方案如下：方案一为一次泵定流量系统，供回水温差为7～12℃（标准工况），方案二为一次泵大温差定流量系统，供回水温差为5～12℃，方案三为一次泵大温差定流量系统，供回水温差为5～13℃，方案四为一次泵大温差定流量系统，供回水温差为6～13℃，方案五为一次泵变流量系统，含下文所提及，一次泵变流量系统供回水温差均为7～12℃。

在方案比选中，每个冷源冷水机组均采用同一型号离心式冷水机组，全年电耗计算以全年8760h负荷计算结果为基础，以10%的负荷为基准对全年进行负荷划分，按照所选冷机机型不同负荷率下的COP计算冷机耗电量及所选冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔耗电量，最终完成比选方案的对比分析。

2 冷源方案比选

2.1 负荷计算

对上述两个冷源的设计负荷进行计算，计算参数按照国家及地方公共建筑节能标准中要求确定。冷源A所负担空调区域建筑功能包括商场、餐饮（含厨房）、书店、休闲会所等，冷源B所负担空调区域建筑功能主要为免税店，功能较为单一，负荷计算结果如表1。

对全年（8760h）空调负荷进行计算，冷源A～B全年空调不同负荷率小时数如图4、5，其中冷源A全年空调时间为4902h，冷源B全年空调时间为5129h。

2.2 冷源设备选型

仅列出A～B冷源在方案一（标准工况）下冷源主要设备参数，见表2～4，一次泵定流量大温差运行工况，仅冷冻水泵流量与其输入功率与标准工况有所不同，可根据温差关系进行换算，一次泵变流量系统将增设冷冻水泵变频控制装置及系统自动控制系统。2.3各方案运行能耗对比

不同温差下典型末端设备的冷量衰减基本在10%以下，可忽略大温差定流量运行工况对末端设备供冷量的影响，因此各方案全年运行电耗不含末端空调设备耗电。冷源A全年耗电量计算结果如表4。其中方案五在计算水泵变频节电量时，考虑水泵最低运行频率为30Hz，冷冻水泵变频节电量参照文献[5]。

对冷源A各方案的全年耗电量进行计算，方案二～方案四总耗电量均比方案一（标准工况）有所降低，分别为6.34、15.34、17.99万kWh，节电率在0.9%~ 2.6%之间，方案五全年耗电量最低，为651.20万kWh，节电率约为6.24%。对比各方案中不同设备之间的用电量，方案二～方案四由于冷机供水温度降低，冷机COP下降，其耗电量均有所升高，同时由于冷冻水供回水温差的增大，冷冻水泵耗电量有所降低，最终是否能达到节能效果需计算两者差值确定；而方案五中，由于冷机供回水温度不变，冷机耗电量基本不变，冷冻水泵变频节电量即为系统节电量。

对冷源B各设备全年耗电量计算，如表5。

对冷源B各方案的全年耗电量进行计算，方案二与方案四虽采用大温差运行，由于供水温度降低造成冷机COP下降，冷冻水泵节电量小于冷机耗电量增加，其全年耗电量比方案一（标准工况）分别增加了0.02、1.67万kWh，方案三全年耗电量比方案一（标准工况）略有降低为3.45万kWh，节电率为1.15%。与方案一（标准工况）相比，方案五全年运行电耗可降低16.57万kWh，节电率为5.54%，由于方案一与方案五供水温度均为7℃，冷机耗电量基本不变，冷冻水泵变频节电量即为系统节电量。

2.4 各方案经济性对比

根据冷源A～B的设备选型结果，对其初投资进行对比分析。对于一次泵大温差定流量系统，由于冷冻水量降低，冷冻水泵、机房冷冻水管道投资均有所降低，而对于一次泵变流量系统由于增加了冷冻水泵变频控制器与系统变频自控系统，初投资将明显增加，具体结果见表6～7。

冷源A不同比选方案中，方案五初投资最高，增量投资为89.95万元，方案二～方案四初投资均有所降低；冷源B方案二～三初投资均有所增加，这是由于当供水温度降至5℃时，原有离心机COP降低使得其供冷量已不能满足末端负荷的需求，需增大冷机型号予以补偿导致总投资增加，方案五初投资最高，增量投资为27.14万元。

冷源A不同比选方案运行电耗与节电量如表8，其中方案五节电量最高，每年可节电43.33万kWh，结合海口地区的商业电价（约为0.71元/kWh），计算方案五的静态投资回收期，约为3.0年。

冷源B不同比选方案运行电耗与节电量如表9，其中方案五节电量最高，每年可节电43.33万kWh，结合海口地区的商业电价（约为0.71元/kWh），计算方案五的静态投资回收期，约为2.3年，方案三尽管投资回收期也较短，但其节能效益明显低于方案五。

3 结论

本文以海口市某广场空调项目为例，对A～B两个冷源的不同方案进行对比分析，初步得出如下结论：

1）本项目所选末端设备，保证其他参数不变，在大温差工况下（5～12℃、5～13℃、6～13℃）末端风机盘管、组合式空气处理机组及新风机组供冷量衰减基本在10%以下，由于工程设计中末端设备选型考虑一定富裕量，可忽略大温差对其供冷量的影响。

2）一次泵大温差定流量系统经济性分析中，除考虑降低冷冻水泵、机房内冷水管道投资外，由于供水温度降低，冷机COP下降，当不能满足末端负荷需求时，通过增大冷机型号引起的冷机初投资增加不可忽略。

3）一次泵大温差定流量系统各方案全年耗电量受到冷机部分负荷COP、冷冻水泵电耗的共同影响，相比标准工况，在何种温差下更节能无法直观判断，需结合具体系统根据全年负荷经过计算后确定。

4）以本文中两个冷源为例，一次泵变流量方案与其它方案相比，能达到更好的节能效果，经计算节能率约为5%～8%，增量投资约为4%～6%，静态投资回收期为2～3年，常规空调系统正常运行的使用寿命一般为15～20年，因此本项目中该项技术的经济效益较为可观。

5）由于本项目位于海口地区，空调系统全年运行时间较长，文中所分析的两个冷源全年运行时间均在5000h左右，因此所计算的节电量较高，静态投资回收期较短，但对其他地区同样的空调系统是否能达到上述经济效益，需经过计算确定。

6）一次泵变流量系统与一次泵大温差定流量相比，由于增加了冷冻水泵变频控制器及自控系统，系统初投资较高，但其节能效益也更显著（尤其在空调季较长的地区），可在系统设计中优先考虑，但系统运行控制比常规系统复杂，对系统的运行维护提出了更高的要求。

[1]吴丹芸.某商业办公建筑一次泵变流量大温差系统的节能设计[J].工程建设与设计,2010,(7):70-73

[2]殷平.空调大温差研究(4):空调冷水大温差系统经济分析[J].暖通空调,2001,31(1):68-72

[3]李彬,肖永全,李德英.变流量空调水系统的节能探讨[J].暖通空调,2006,36(1):132-136

[4]仲华,张青,朱平.常水温差风机盘管机组应用于大水温差工况下的性能研究[J].暖通空调,2008,38(4):83-86

[5]殷平.空调大温差研究(1):经济分析方法[J].暖通空调,2000, 30(4):62-66

Com pa ra tive Ana lys is o f La rge Tem pe ra tu re Diffe ren c e Cons tan t Prim a ry Flow and Va riab le Flow Sys tem

LINing,YUN Ling-dong,XU Hai-song,XU Zuo-da,WU Cui-cui,LIU Hai-bin
China Building Design ConsultantsCompany

Combined w ith the project cases,aiming at large temperature difference constantprimary flow and variable primary flow system of the air conditioning system,two actual cases selected in Haikou were analyzed.The energy efficiency of the variable primary flow system was significantly superior to the others.Also,the initial investmentwas highest.A fter calculation,in thisproject,the static investmentpayback period wasnotmore than three years.The system had bettereconomy.

large temperature difference constantprimary flow,variable primary flow,energy-saving benefit,econom ic analysis;

1003-0344（2014）03-042-4

2013-5-7

李宁（1984～），男，硕士，工程师；北京市西城区德外大街36号楼A座15层1510室（100120）；E-mail:lnlingyun@126.com