制冷系统优化方案评价

黄丽嫦 骆超 龚宇烈 曲勇 王海祥

摘要：本文对某办公大楼进行了制冷系统优化方案设计，综合考虑系统的节能性、经济性和环保性，构造了制冷系统的评价目标函数，结果表明压缩机变频技术的节能性要好于水泵变频，适当提高室内温度，其节能效果要明显优于单一的压缩机或者水泵变频。

Abstract： Different kinds of optimization of refrigeration systems are designed based on equipment technologies. A new evaluation object function are built based on the factors of economic， energy-efficiency and environment. The result shows that the energy efficiency performance of compressor frequency conversion technology is better than water pump. The energy efficiency effect of increasing indoor temperature properly is obviously better than a single compressor or water pump frequency conversion.

关键词：制冷系统;变频技术;评价目标;节能潜力

Key words： refrigeration system;frequency conversion technology;evaluation object;energy-saving potential

中图分类号：TU831.3                                     文献标识码：A                                  文章編号：1006-4311（2020）21-0213-02

0  引言

制冷系统的能耗在建筑业和工业中占有较大的比重。很多学者对空调等制冷系统进行了优化方案和节能潜力的分析。罗运有[1]通过实验测试手段，评估了空调系统的节能潜力。在技术手段方面，中央空调系统可以通过排风冷量回收等技术手段，达到减少制冷空调不必要的冷负荷和提高能源利用效率的目的，同时提高空调系统节能潜力[2];国内高校除了建筑整体能耗，包括墙体、窗体、空调和照明等做了节能分析外，还对空调系统提出了节能改造方案，同时进行了整体能效和经济的分析[3-7]。通过对不同地区的公共建筑能耗系统进行夏季测试，发现这些地方空调系统存在设计不合理、运行效率低、管理不规范等问题[8-9]。在评价指标方面，许晓瑜[10]引入系统能耗比的概念，可以直观地对比制冷系统在不同负荷和季节下的能耗情况，能耗比越小，系统的节能性越优;姜远征[11]等对山东某公共机构的能耗进行了审计和分析，利用统计法，发现空调的能耗费用最高，建议采用热泵系统进行改造;黄晶[12]从输送系统、空调末端对大型医院的空调系统进行节能改造，最后对方案做总能耗评价;谢勇[13]对办公空调系统的全年电耗做了详细的统计，并且通过绿色建筑的标准对其进行评价。

上述研究中的优化方案仅简单对比了不同优化方案的节能性，还缺乏相关的评价目标函数，因此，在保持室内环境舒适的前提下，有必要对这些公共建筑的空调系统进行优化方案设计，并通过目标函数进行量化分析。

1  系统概况

以南方地区某办公建筑为例，办公楼共有三层，面向南方，空调使用建筑面积约300平米。空调系统主要由冷水机组、冷冻、冷却和末端用户等部分组成。空调末端采用风机盘管处理新风和回风后送给用户，制冷机组采用螺杆制冷机组制冷，冷却系统采用风冷。

办公系统中央空调的基础数据和性能指标如表1所示。

2  优化方案

按照节能的相关标准，对制冷系统进行优化方案设计，方案一、二、三分别提出水泵变频技术、压缩机变频技术和提高室内温度的方法，对原有空调系统进行节能改造，方案四、五、六分别对上述三种方案进行两两组合，加大空调系统的节能效果，即，方案四采用一、二组合，方案五采用二、三组合、方案六采用一、三的组合，方案七采用前三种方案的组合，从而使空调系统的节能效果达到最佳。利用式（1）-（4）计算七种方案的性能指标如表2所示。

WTFcooling，water为冷冻水及冷却水输送系统效率;COP为制冷机制冷系数;EER为制冷系统能效比;Wc，p、Wco，p、Wc为冷冻水泵、冷却水泵及压缩机功率，kW。

3  评价指标分析

从经济性、节能性和环保性三方面对系统进行评价。构造空调系统优化方案的评价目标函数F（c，w），单位运行费用的相对节能量，即：

式中：W0—改造前系统耗电量，直接测试得出，（kWh/y）;Wi—第i种优化方案的耗电量，模拟计算得出，（kWh/y）;c—当地用电价格，（元/kWh）。F（c，w）值越大说明单位运行费用下的节能潜力越大，环保性越好，方案越优。

通过表3，可以看出，优化方案七的评价指标最大，为0.4579，其节能性、经济性和环保性最好;优化方案一的评价目标函数值最小，为0.0542，节能效果最不明显。

4  结论

基于构造评价指标函数，对办公大楼制冷系统的优化方案进行计算和分析，通过采用变频水泵、变频压缩机和调节室内温度的方法，可以有效提高系统的节能性，其评价指标最高;采用压缩机变频的节能性要优于变频水泵;采用适当提升室内温度的方法来提高系统节能性要优于分别采用变频水泵和压缩机。

参考文献：

[1]罗运有.某集中空调冷源系统性能评估与节能潜力分析[J].建设科技，2015（6）：74-75.

[2]张圆明，杨茹.中央空调系统节能潜力及途径分析[J].应用能源技术，2015（11）：30-34.

[3]蒲清平.城市居住建筑能耗影响因素与预测模型构建研究[D].重庆：重庆大学博士学位论文，2012.

[4]马明明.公共建筑空调系统改造与节能潜力的研究[D].重庆：重庆大学硕士学位论文，2007.

[5]钟玮.我国建筑中央空调能耗现状及全面节能措施[D].重庆：重庆大学硕士学位论文，2004.

[6]郭林文.重庆市公共建筑能耗现状及节能评价分析[D].重庆：重庆大学硕士学位论文，2005.

[7]贾杰青.空调系统能耗诊断与故障诊断的实用方法研究[D].河北：河北工程大学硕士学位论文，2011.

[8]朱伟峰，江亿.空调冷冻站和空调系统若干常见问题分析[J].暖通空调，2000，30（6）：4-11.

[9]杨昌智，吴晓艳.长沙市公共建筑空调系统能耗现状与节能潜力分析[J].暖通空调，2005，35（12）：39-43.

[10]许晓瑜.中央空调系统运行能耗优劣状态的判定指标[J].建筑节能，2018，46（2）：42-46.

[11]姜远征，季英波.山东省某公共机构能耗分析及节能效果评价[J].区域供热，2019（1）：54-57.

[12]黄晶.大型医院建筑暖通空调系统节能改造方案及效果评价[J].建筑节能，2019，46（15）：144-146.

[13]谢勇.某办公建筑空调系统能耗模拟与绿色建筑评价[J].湖南城市学院学报，2018，27（5）：32-36.