关于蒸气压缩循环冷水机组名义工况污垢系数的探讨

王希星

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海 200092）

关于蒸气压缩循环冷水机组名义工况污垢系数的探讨

王希星*

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海 200092）

本文针对冷水机组能效测试名义工况在不同标准、规范之间的分歧，重点讨论了GB/T 18430.1关于污垢系数的调整、调整原因及其带来的影响。提出应根据我国气候和水质条件对污垢系数进行重新修订，并且指出标准规范编制和修订过程中应注重对既有标准规范的衔接。

冷水机组；名义工况；污垢系数

0 引言

在以水为载冷介质的大型集中式空调系统中，冷水（热泵）机组作为系统的核心，其设备的选型是一项重要的工作内容。同时，冷水（热泵）机组作为空调系统的主要耗电设备，其性能的优劣对于系统的节能效果有重大影响。性能系数（COP）和综合部分负荷性能系数（IPLV）是与节能工作相关的两个主要指标。

国家标准GB 19577-2004《冷水机组能效限定值及能源效率等级》[1]于2004年8月正式发布并于2005年3月正式实施，依据名义工况下性能系数的大小标准将蒸气压缩循环冷水（热泵）机组的能源效率水平分为5个等级，见表1。

根据国家标准GB 19577-2004《冷水机组能效限定值及能源效率等级》[1]的内容，GB 50189-2005《公共建筑节能设计标准》[2]（以下简称“GB 50189”）对冷水（热泵）机组的 COP、IPLV提出了相应的要求。其中第5.4.5条规定：“电机驱动压缩机的蒸气压缩循环冷水热泵机组在额定制冷工况和规定条件下性能系数（COP）不应低于 5.4.5的规定。”表2摘录对于制冷性能系数的要求。

随着政府主管部门对节能工作的重视，在工程设计选型过程中 5.4.5条得到了很好的执行，也达到了很好的效果。

表1 GB19577-2004规定的能源效率等级指标[1]

表2 GB 50189-2005冷水（热泵）机组制冷性能系数要求[2]

1 问题的提出

GB 50189第5.4.5条并未直接说明“额定制冷工况”和“规定条件”，但在“条文说明”中对此进行了相应的解释：“至于确定名义工况时的参数，则根据国家标准《蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组 工商业用和类似用途的冷水(热泵)机组》GB/T 18430.1-2001[3]中的规定，即：1）使用侧：制冷进/出口水温12/7℃；2）热源侧（或放热侧）：水冷式冷却水进出口水温 30/35℃，风冷式空气干球温度35℃，蒸发冷却式空气湿球温度 24℃；3）使用侧和水冷式热源侧污垢系数0.086 m2·℃/kW。”条文解释中的内容与GB/T 18430.1-2001《蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组工商业用和类似用途的冷水(热泵)机组》（以下简称“GB/T 18430.1-2001”）3.3.2条、3.3.3条的相关内容吻合。

而GB 19577-2004《冷水机组能效限定值及能源效率等级》引用的是“GB/T 18430. 1《蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组工商业用和类似用途冷水(热泵)机组》”，并在“规范性引用文件”指明“凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准”。即2007年11月5日发布的GB/T 18430.1-2007《蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组工商业用和类似用途的冷水(热泵)机组》（以下简称“GB/T 18430.1-2007”）适用于GB 19577。GB/T 18430.1-2007[4]对相关“名义工况”进行了调整，原3.3.2条调整为4.3.2.1条，原3.3.3条调整为4.3.2.2条。主要变化见表3。

从表3可以看出，GB/T 18430.1-2001名义工况的温度条件规定蒸发器和冷凝器的水流量不尽合理，GB/T 18430.1-2007改为蒸发器和冷凝器的出水温度和水流量，这样更接近实际的运用，同时也给制造厂商的试验带来极大的方便；另外一个大变化就是蒸发器侧污垢系数由0.086降低为0.018，冷凝器侧污垢系数由0.086降低为0.044。

表3 GB/T 18430.1调整前后对“名义工况”的主要改动

综上可见，GB 50189冷水机组名义工况的污垢系数大（0.086），而GB 19577的污垢系数小（0.018和0.044），这种分歧将造成实际应用的困难和机组能效评估的混乱。为了理清个中关系并为名义工况中污垢系数的合理选择提供依据，很有必要对国外污垢系数调整历程及其背后的原因进行分析，在此基础上，结合国内具体情况选择适合我国国情的冷水机组名义工况污垢系数。

2 美国和日本标准关于名义工况污垢系数的规定

GB/T 18430.1-2001由国家质检总局2001年8月30日批准，2004年4月1日起执行，以替代JB/T 4329-1997《容积式冷水热泵机组》和 JB/T3355-1998《离心式冷水机组》。标准参考采用美国空调制冷协会ARI 550/590-1998《蒸气压缩循环的冷水机组》[5]和日本工业标准JIS B 8613-1994《冷水机组》[6]、JIS B 8621-1995《离心式制冷机》[7]。

美国空调制冷协会（ARI）是北美地区暖通空调设备制造商组成的行业组织，工作重点之一是针对暖通空调设备制定一系列标准，其标准在世界范围内具有相当的权威性和影响力。

美国空调制冷协会对其 ARI标准工况不断进行着修改[5,8-12]，见表 4。从表4中可以看出：ARI水冷冷水机组空调工况的进出水温度没有变化；水侧污垢系数有不断降低的趋势。

表4 冷水机组ARI标准空调工况的变化

ARI 550-1983的冷冻水和冷却水侧的污垢系数都是 0.086 m2·℃/kW，ARI 550-1992降为 0.044 m2·℃/kW，到 ARI 550/590-1998才降为现在的冷冻水侧0.018 m2·℃/kW和冷却水侧0.044 m2·℃/kW。

ARI 550/590于2003年进行了修订，即“2003 STANDARD FOR PERFORMANCE RATING OF WATER CHILLING PACKAGES USING THE VAPOR COMPRESSION CYCLE”（以下简称ARI 550/590- 2003），其名义工况(Standard Rating Conditions)并无变化。

2007年日本标准化委员会审议通过日本工业标准JIS B 8621《离心式冷水机组》，其中第7.2.1条对标准额定工况做了规定[7]，水冷式设备相关数据见表5。

从参照规范的相关条文内容可以看出，GB/T 18430.1-2001中规定的“名义工况”结合了 ARI 550/590-1998 和 JIS B 8621-1995，而 GB/T 18430.1-2007认为原标准的污垢系数虚高，修订时降低了污垢系数，污垢系数完全按照 ARI 550/590-2003的规定。

那么为什么 ARI标准中的水侧污垢系数能够逐渐降低，而日本工业标准仍然坚持规定冷冻水和冷却水侧的污垢系数为0.086 m2·℃/kW?

对于新制造的冷水机组，水侧同制冷剂侧一样,其污垢系数可近似视为零。造成水侧结垢的原因是多方面的，有水质状况、水中有机物的生成和维护保养情况等。正如ARI指导书E-1988[13]中指出的“ASHRAE的研究表明：水的化学成分在限定范围内且无生物有机物和固态悬浮物，并对冷却塔进行良好维护保养的情况下，机组短期内的水侧污垢系数不超过0.018 m2·℃/kW。”即ARI标准水侧污垢系数的降低是基于进行初次和定期的水处理并每年进行清洗保养，故其值的确定是有条件的[14]。美国 ARI标准是在定期的水处理和清洗保养的前提下才逐渐降低污垢系数的。

表5 JIS B 8621标准额定工况相关数据

3 我国的实际情况及污垢系数调整的影响

由于水中盐类及悬浮物浓缩，以及在冷却塔与大气接触中，循环水水质恶化，使循环水系统的腐蚀、结垢和生物污染成为3个突出的问题。从而造成传热效率下降，设备寿命缩短，严重的出现设备穿孔、管道堵塞，甚至被迫停机。而忽视水质处理又是我国循环水系统管理中普遍存在的一个突出问题。

诚如 GB/T 18430.1修订稿在征求意见时有的专家指出的[15]，我国大气污染比发达国家严重，特别是由于地理、气候、沙尘、植被及污染治理等原因，大气中尘土(颗粒物)浓度比发达国家的要高，而我国冷水机组的冷却塔均为开启式，冷却水直接与大气接触(不像国外用封闭式冷却塔)，所以冷却水实际在清洗大气而较脏，特别是尘土含量高，这是一般水处理设备不能处理的，因为都是微尘，在冷凝器中易附着，更不用说微生物了。另外，我国的实际运行管理水平不高，对两器的清理维护也无章可循，一般用户也无人指导和缺乏合适的清扫工具(特别是中小用户)。由此可见，在我国环境条件和管理水平与美国相差如此悬殊的情况下，照搬美国标准选取过小的污垢系数，严重脱离中国实际，也就失去了该标准对行业的实际指导意义。所造成的直接后果就是，由于GB 19577-2004引用GB/T 18430.1，未注明版本，如非特别说明，厂家更乐意提供GB/T 18430.1-2007“名义工况”下的数据。如果按这么小的污垢系数设计的换热器，在中国的使用条件下，污垢热阻很快达到额定设计值，不能满足起码的制冷周期的需要，要么频繁停机清洗传热管，增加运行成本，甚至减少产量；要么使能耗增大、制冷量减少，这与系统安全运行和节能环保的要求是违背的。

从制订标准的目的来讲，应该是为了淘汰落后产品，促进技术进步，提高能源使用效率。按照GB/T 18430.1-2007所规定的“名义工况”实际上是降低了对设备效率的要求，这与社会发展的方向是背离的。应该在提高循环水系统水质及水处理要求的基础上，逐渐降低污垢系数。从这个角度上来说，冷凝器侧污垢系数0.086 m2·℃/kW更接近我国的目前实际情况，在校核确认设备是否满足GB 50189、GB 19577-2004能效限定值时，“名义工况”应按GB/T 18430.1-2001执行。

4 结语

冷凝器侧污垢系数0.086 m2·℃/kW更接近我国的目前实际情况，在校核确认设备是否满足GB 50189、GB 19577-2004能效限定值时，“名义工况”宜按GB/T 18430.1-2001执行；建议全国冷标委在GB/T 18430.1进行后续修订时，对水侧污垢系数进行相应的考虑。

从对于日后标准制订的借鉴意义上来说，各标准管理归口单位需加强沟通和协调，GB 19577由全国能源基础与管理标准化技术委员会合理用电分技术委员会归口，GB/T 18430.1由全国冷冻空调设备标准化技术委员会归口，GB 50189由中国建筑科学研究院中国建筑业协会建筑节能专业委员会主编。不同的单位相互之间往往缺乏有效的沟通。在我们查阅标准、规范的过程中往往会发现不同标准、规范之间的矛盾之处。这不仅影响标准和规范的严肃性，也造成实际应用的困难。标准规范编制过程中应注重对既有标准规范的衔接、对国外标准规范的合理吸收和对本土实际情况的考虑，同时减少利益方的影响。

[1]GB 19577-2004, 冷水机组能效限定值及能源效率等级[S].

[2]GB 50189-2005, 公共建筑节能设计标准[S].

[3]GB/T 18430.1-2001, 蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组工商业用和类似用途的冷水(热泵)机组[S].

[4]GB/T 18430.1-2007, 蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组工商业用和类似用途的冷水(热泵)机组[S].

[5]ARI Standard 550/590-1998, Water-chilling packages using the vapor compression cycle[S].

[6]JIS B 8613-1994, 冷水机组[S].

[7]JIS B 8621-1995, 离心式制冷机[S].

[8]ARI Standard 550-1983, Centrifugal and rotary waterchilling packages[S].

[9]ARI Standard 590-1981, Positive displacement compressor water-chilling packages[S].

[10]ARI Standard 550-1992, Centrifugal and rotary waterchilling packages[S].

[11]ARI Standard 590-1992, Positive displacement compressor water-chilling packages[S].

[12]ARI Standard 550/590-2003, Performance Rating of Water-chilling packages using the vapor compression cycle[S].

[13]ARI Guideline E21988, Fouling factors: A survey of their application in today[S].

[14]卫宇. ARI空调工况与中国空调工况的差异对水冷冷水机组满负荷效率的影响[J]. 暖通空调, 2000, 30(4): 67-69.

[15]全国冷标委秘书处. GB/T 18430.1(修订)征求意见稿反馈意见汇总[R].

Discussion on Fouling Factor of Water-chilling Packages Using the Vapor Compression Cycle under Nominal Conditions

WANG Xi-xing*
(Tongji Architectual Design (Group) Co., Ltd, Shanghai 200092, China)

Based on the contradiction between different standards on nominal conditions of water-chilling packages, the discussion was focused on the adjustment of fouling factor in GB/T 18430.1, the reason of adjustment and the effect of it. It was put forward that fouling factor should be revised according to Chinese climate and water conditions, and special attention should be paid to link the existing standards in the process of standard preparation and revision .

Water-chilling packages; Nominal condition; Fouling factor

10.3969/j.issn.2095-4468.2014.02.203

*王希星（1982-），男，工程师，工学硕士。工作方向：暖通、动力设计。联系地址：上海市四平路1230号302室，邮编：200092。联系电话：021-35375429。E-mail：33wxx@tjadri.com。