冷水機(jī)組負(fù)荷分配策略研究

0優(yōu)化冷水機(jī)組內(nèi)部負(fù)荷分配隨著建筑規(guī)模的不斷擴(kuò)大，服務(wù)的空調(diào)系統(tǒng)的規(guī)模也不斷擴(kuò)大。例如，必須同時(shí)運(yùn)營(yíng)兩個(gè)多冷水機(jī)組以滿足負(fù)荷需求。對(duì)于多臺(tái)冷水機(jī)組空調(diào)系統(tǒng),冷水機(jī)組的能耗不僅由其本身的特性(全負(fù)荷性能和部分負(fù)荷性能)決定,而且還與部分負(fù)荷下冷水機(jī)組間的負(fù)荷分配策略有關(guān)。因此,在冷水機(jī)組選型后,如何尋求一最優(yōu)負(fù)荷分配策略以最大程度地提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率便成了空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵。本文以兩臺(tái)相同容量并聯(lián)運(yùn)行的冷水機(jī)組(包括螺桿式和活塞式兩種類型)為例,通過(guò)比較不同負(fù)荷分配方案下冷水機(jī)組的能耗,確定最優(yōu)負(fù)荷分配策略。1機(jī)組冷水機(jī)組本文研究對(duì)象為北京地區(qū)某建筑物中的空調(diào)系統(tǒng)。該空調(diào)系統(tǒng)夏季(5～9月)運(yùn)行,運(yùn)行時(shí)間為2880h,空調(diào)負(fù)荷率分布如表1所示。建筑物總冷負(fù)荷為1688kW,選擇兩臺(tái)相同規(guī)格的冷水機(jī)組(螺桿式或活塞式)并聯(lián)運(yùn)行,每臺(tái)機(jī)組冷量為844kW,其部分負(fù)荷性能參數(shù)見(jiàn)表2。為便于研究分析,假設(shè)螺桿式和活塞式冷水機(jī)組均能卸載到90%,80%,70%,60%,50%,40%,30%,20%,10%等負(fù)荷點(diǎn);不考慮熱惰性,認(rèn)為系統(tǒng)負(fù)荷就是機(jī)組所承擔(dān)的負(fù)荷。2不同負(fù)荷分布模式下的運(yùn)營(yíng)能耗2.1負(fù)荷分配方式均衡改變滑閥位置,可以實(shí)現(xiàn)螺桿式制冷壓縮機(jī)在10%～100%范圍內(nèi)的能量調(diào)節(jié)。在30%～100%的能量范圍內(nèi),螺桿式壓縮機(jī)效率較高,在30%以下時(shí),效率急劇下降。鑒于螺桿式壓縮機(jī)的上述卸載特性,當(dāng)系統(tǒng)采用兩臺(tái)相同容量螺桿式冷水機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí),在部分負(fù)荷狀態(tài)下系統(tǒng)的負(fù)荷分配方案通常有兩種。方案1為當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷在50%以上時(shí),主、從機(jī)各負(fù)擔(dān)一半負(fù)荷;當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷在50%以下時(shí),由主機(jī)承擔(dān)全部負(fù)荷。方案2為當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷在50%以上時(shí),主機(jī)全負(fù)荷運(yùn)行,從機(jī)補(bǔ)充不足的負(fù)荷;當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷在50%以下時(shí),由主機(jī)負(fù)擔(dān)全部負(fù)荷。計(jì)算得方案1運(yùn)行總能耗為1.81×105kWh;方案2運(yùn)行總能耗為1.926×105kWh。顯然,上述兩種分配方案均是以系統(tǒng)負(fù)荷的50%為切換點(diǎn),采用不同控制方案。對(duì)于兩臺(tái)相同容量的冷水機(jī)組組合系統(tǒng),這是常用的控制方法。然而,50%的部分負(fù)荷點(diǎn)未必就是最佳切換點(diǎn)。筆者建議通過(guò)繪制冷水機(jī)組負(fù)荷比-比功率關(guān)系圖來(lái)確定最佳切換點(diǎn),該圖橫坐標(biāo)為系統(tǒng)負(fù)荷比,縱坐標(biāo)為系統(tǒng)比功率(系統(tǒng)總耗功與系統(tǒng)總冷量的比值)。顯然,若系統(tǒng)比功率小,則系統(tǒng)運(yùn)行效率高。從負(fù)荷比-比功率關(guān)系圖中可以得到不同部分負(fù)荷狀態(tài)下的系統(tǒng)效率最大值。在不同的負(fù)荷區(qū)域,通過(guò)改變系統(tǒng)控制方式,使系統(tǒng)始終高效運(yùn)行,減少系統(tǒng)能耗?，F(xiàn)以表2中的螺桿式冷水機(jī)組為例,通過(guò)繪制冷水機(jī)組負(fù)荷比-比功率關(guān)系圖,確定其部分負(fù)荷分配策略,并計(jì)算其運(yùn)行總能耗。兩臺(tái)冷水機(jī)組均衡分擔(dān)冷負(fù)荷控制方式的性能參數(shù)見(jiàn)表3;主冷水機(jī)組負(fù)擔(dān)全部負(fù)荷,冷量不足時(shí)由從冷水機(jī)組承擔(dān)剩余負(fù)荷控制方式的性能參數(shù)見(jiàn)表4。根據(jù)表3及表4中系統(tǒng)不同負(fù)荷比下相應(yīng)的系統(tǒng)比功率即可繪制冷水機(jī)組負(fù)荷比-比功率關(guān)系圖,見(jiàn)圖1。圖中曲線1為兩臺(tái)冷水機(jī)組平均分擔(dān)冷負(fù)荷控制方式下的系統(tǒng)負(fù)荷比與系統(tǒng)比功率關(guān)系;曲線2為主冷水機(jī)組負(fù)擔(dān)全部負(fù)荷,主冷水機(jī)組冷量不足時(shí)由從冷水機(jī)組承擔(dān)剩余負(fù)荷控制方式下的系統(tǒng)負(fù)荷比與系統(tǒng)比功率的關(guān)系。從圖中可以看出,當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷比在30%以下時(shí),應(yīng)采用讓主冷水機(jī)組承擔(dān)全部負(fù)荷的控制方式;當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷比處于30%～85%的范圍內(nèi)時(shí),應(yīng)采用兩臺(tái)冷水機(jī)組平均分擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷的方式;當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷比大于85%時(shí),應(yīng)采用主冷水機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),從冷水機(jī)組承擔(dān)剩余的負(fù)荷的方式。采用此負(fù)荷分配策略系統(tǒng)運(yùn)行總能耗為1.65×105kWh。各負(fù)荷比下主、從機(jī)的運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表5。與方案1的系統(tǒng)運(yùn)行總能耗1.81×105kWh相比,該方案節(jié)電率為9%;與方案2的運(yùn)行總能耗1.926×105kWh相比,該方案節(jié)電率為14%?？梢钥闯霾捎么素?fù)荷分配策略,節(jié)能效果顯著。2.2負(fù)荷分配方式系統(tǒng)為便于比較,采用與螺桿式冷水機(jī)組相同的負(fù)荷分配方案進(jìn)行運(yùn)行能耗分析,方案1運(yùn)行總能耗為2.403×105kWh,方案2運(yùn)行總能耗為2.382×105kWh。依上述方法同樣可做出活塞式冷水機(jī)組負(fù)荷比-比功率關(guān)系圖,見(jiàn)圖2,圖中曲線1,2含義同圖1。從圖2可以看出,當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷比小于25%時(shí),應(yīng)采用主冷水機(jī)組承擔(dān)全部負(fù)荷的控制方式;當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷比處于25%～50%之間時(shí),應(yīng)采用兩臺(tái)冷水機(jī)組平均分擔(dān)全部負(fù)荷的方式;當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷比大于50%時(shí),應(yīng)采用主冷水機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行,從冷水機(jī)組承擔(dān)剩余負(fù)荷的方式。采用此負(fù)荷分配策略的總能耗為2.345×105kWh。與方案1相比,該方案節(jié)電約2.4%;與方案2相比,該方案節(jié)電約1.6%。比較可知,活塞式冷水機(jī)組采用此負(fù)荷分配策略的節(jié)電率遠(yuǎn)小于螺桿式冷水機(jī)組的節(jié)電率。究其原因,主要是活塞式冷水機(jī)組的機(jī)組負(fù)荷率與機(jī)組輸入功率百分比之間幾乎成線性關(guān)系(從表2的數(shù)據(jù)可看出),其比功率近似為常數(shù),因此,不同負(fù)荷分配方案的運(yùn)行總能耗相差不大。3系統(tǒng)的節(jié)能效果對(duì)于兩臺(tái)相同容量并聯(lián)運(yùn)行的冷水機(jī)組可通過(guò)繪制冷水機(jī)組負(fù)荷比-比功率關(guān)系圖確定其最優(yōu)負(fù)荷分配策略,以盡可能地減少系統(tǒng)運(yùn)行總能耗,達(dá)到節(jié)能的效果。與活塞式冷水機(jī)組系