论文部分内容阅读
[摘 要]提高制冷主机房的能效是建筑节能工作中的重要一环。本文以能效指标为基础，提出了一套用于制冷主机房系统能效的评价体系，该体系基于实测数据，通过能效排名的方式反映多个制冷主机房能效的总体情况，为掌握某个地区制冷主机房的节能水平提供有力支持。
[关键词]制冷主机房能效节能评价体系
中图分类号：TB61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0128-01
1、概述
自20世纪末以来，人类社会正面临着严峻的资源消耗和环境恶化问题，节能已成为世界各国关注的热点。在能源消耗中，建筑领域是耗能大户，建筑节能已成为建筑行业发展与产业建设的一个重要领域。
清华大学的研究成果表明，截止2012年，我国的公共建筑能耗占建筑能耗总量的26.4%，而绝大多数的公共建筑采用了集中空调系统，其能耗占整个建筑能耗比例约为30-60%，因此空调系统的节能是建筑节能的关键之一。在集中空调系统中，制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵以及冷却塔能耗（统称为制冷主机房能耗）约占整个空调系统的70%左右。制冷主机房的设备位置集中，运行中联系紧密，应尤其重视该部分的节能运行。
我国现行的标准规范中仅规定了制冷主机、水泵等单设备的能效比或输送能效比要求，且指标仅为设计工况下的值，只要满足标准要求，即可被认定为节能建筑，但我们对工程项目的实测数据表明，实际制冷主机房的与运行能效比遍较低（远低于设计工况）。造成这一现象的因素较多，设计、施工、设备采购及运行管理等都有可能降低系统的运行能效比；另一方面，目前我国安装能耗监测系统的工程不多，难以及时、准确的找出系统低效运行的原因。
国外已有很多组织和学者对制冷主机房的能效开展研究工作。如美国的Ben Erpelding提出了制冷机房全年平均能效比的参考数值；新加坡的国家标准规定了制冷主机房必须达到的能效值。这些都可作为我们提高制冷主机房能效工作的参考。
综上所述，本文将提出一个以制冷主机房能效为指标的综合评价体系，可利用实测的数据来定量评价某个制冷机房在所处地区同类建筑中的节能水平。
2、制冷主机房的能效指标
2.1 集中空调系统的组成
通常，我们可以将集中空调系统拆分为5大循环子系统，分别为：冷水机组制冷循环系统（空调子系统Ⅰ）、冷冻水循环系统（空调子系统Ⅱ）、冷却水循环系统（空调子系统Ⅲ）、空调末端循环系统（空调子系统Ⅳ）和冷却塔循环系统（空调子系统Ⅴ）。5个循环子系统环环相扣，联系紧密，从热量传递关系上看，空调房间内的多余热量首先由子系统Ⅳ进入冷冻水中；之后通过子系统Ⅱ，热量由冷冻水内转移到制冷主机的蒸发器内；再通过子系统Ⅰ，由冷机内的制冷剂将热量由蒸发器转移至冷凝器；然后通过子系统Ⅲ，热量由冷凝器转移到冷却塔处；最后通过子系统Ⅴ，热量从冷却塔内排放至室外大气中，实现了整个能量转移过程。若以冷量来考虑，则该过程相反。
5个子系统中，冷水机组制冷循环系统、冷冻水循环系统、冷却水循环系统3个系统的设备通常都集中布置于机房内，单体设备功率大，数量较少，便于电量、冷量等参数的计量；冷却塔循环系统的设备通常布置于室外地面或天面，同样具有位置集中、数量较少的特点。因此，我们将子系统Ⅰ、子系统Ⅱ、子系统Ⅲ和子系统Ⅴ视为一个整体，统称为“制冷主机房”系统。
2.2 系统能效与子系统能效的定义
制冷主机房消耗的能源为电能，输送的能量为热能。空调系统能效即为系统输送热量与消耗电量的比值。我们定义制冷主机房系统消耗的电量为W（kWh），各子系统消耗的电量为WⅠ、WⅡ、WⅢ和WⅤ；定义系统输送的热量为Q（kWh），其中子系统Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的Q均为集中空调系统所负担区域的冷负荷，子系统Ⅴ的QⅤ还要在此基础上加上制冷主机的用电量。之后即可定义制冷主机房系统的能效EER与各子系统的能效EERX：
制冷主机房系统能效EER=Q/W
冷水机组制冷循环系统能效EERⅠ=Q/WⅠ
冷冻水循环系统能效 EERⅡ=Q/WⅡ
冷却水循环系统能效 EERⅢ=Q/WⅢ
冷却塔循环系统能效 EERⅤ=QⅤ/WⅤ
通过上述的五个能效指标即可评价和对比不同的制冷主机房的节能水平。例如，统计一年时间内某个制冷主机房的总制冷量及设备总用电量，即可算出该制冷主机房系统的年平均能效。
2.3 需要监测的数据
从上述公式中可知，想要获得制冷主机房系统的EER指标，需要测得系统的电量及冷量。结合实践经验，需要监测的数据是：制冷主机的累计用电量WⅠ，冷冻水泵累计用电量WⅡ，冷却水泵累计用电量WⅢ，冷却塔累计用电量WⅤ；冷冻水主管供回水温度，冷冻水主管流量，冷却水主管供回水温度，冷却水主管流量。通过冷冻水供回水温差及冷冻水的流量，可以算出蒸发器侧的热量Q；通过冷却水供回水温差及冷却水的流量，可以算出冷凝器侧的热量QⅤ。
上述参数的监测方法为：电量利用分项电表进行计量，温度利用温度传感器进行测量，流量利用流量计进行计量；同时，上述计量设备均应附带数据远程功能，能够实时将数据传入监控的数据库，便于后续的分析。
3、综合评价体系
3.1 评价指标的特点
用于评价制冷主机房节能水平的指标必须具备两个条件：一是在不同的制冷主机房之间应具有可比性；二是数据的可获得性。通常的评价指标分为规定性指标和性能性指标两类：所谓规定性指标，即某项数值达到某个指标的数值，即判定为合格或不合格；性能性指标则是用具体数值来评价某项参数所达到的水准，在本研究中显然需要采用性能性指标。此前我们已经提出了制冷主机房的评价指标EERX以及该指标的测量与计算方法，下面我们将分析如何利用这些指标来评价某个制冷主机房在当地的节能水平到底如何。
3.2 基础数据库建立
首先，该评价体系需要搜集当地一些制冷主机房的运行数据。每个地区都有一些建筑节能示范建筑，也都存在一些监测系统较完善、运行数据记录较全的制冷主机房，通过政府部门或是研究机构统一将这些数据搜集起来，存入加密的数据库中，作为评价体系的基础数据。
3.3 新加入制冷主机房的评价方法
当搜集到某个新的制冷主机房的运行数据和能效指标后（假设为第51组数据），我们可将其加入基础数据库，并与其中的数据进行对比，可立刻获得该制冷主机房的节能水平的评价，大致如下所述：
制冷主机房能效EER在所有51栋建筑中从高到低排在第X位；
制冷主机房能效EER高于（或低于）所有51栋建筑的平均值，差距为X.XX；
制冷主机房能效EER高于（或低于）所有51栋建筑的中位值，差距为X.XX；
其中，冷水机组制冷循环系统能效EERⅠ在所有51栋建筑中从高到低排在第X位；
……
此外，当数据库中已有的制冷主机房更新其新一年的运行数据后，除了给出新数据的排名外，还可以展示该制冷主机房的能效与前一年相比，是提升还是下降，幅度有多大等，让用户也能更充分的了解其制冷主机房系统运行的变化趋势。
4 小结
本文介绍了一套针对集中空调系统制冷主机房节能水平的评价体系，评价指标基于能效比EER，所评价的数据完全来源于实测结果，对政府部门及研究机构掌握该地区制冷主机房的实际运行状况及能耗情况具有重大的意义。
参考文献
[1]关于完善公共建筑集中空调系统节能评价体系的一些探讨. 叶嘉明， 林心关， 唐颖. 暖通空调， 2012年03期.
[关键词]制冷主机房能效节能评价体系
中图分类号：TB61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0128-01
1、概述
自20世纪末以来，人类社会正面临着严峻的资源消耗和环境恶化问题，节能已成为世界各国关注的热点。在能源消耗中，建筑领域是耗能大户，建筑节能已成为建筑行业发展与产业建设的一个重要领域。
清华大学的研究成果表明，截止2012年，我国的公共建筑能耗占建筑能耗总量的26.4%，而绝大多数的公共建筑采用了集中空调系统，其能耗占整个建筑能耗比例约为30-60%，因此空调系统的节能是建筑节能的关键之一。在集中空调系统中，制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵以及冷却塔能耗（统称为制冷主机房能耗）约占整个空调系统的70%左右。制冷主机房的设备位置集中，运行中联系紧密，应尤其重视该部分的节能运行。
我国现行的标准规范中仅规定了制冷主机、水泵等单设备的能效比或输送能效比要求，且指标仅为设计工况下的值，只要满足标准要求，即可被认定为节能建筑，但我们对工程项目的实测数据表明，实际制冷主机房的与运行能效比遍较低（远低于设计工况）。造成这一现象的因素较多，设计、施工、设备采购及运行管理等都有可能降低系统的运行能效比；另一方面，目前我国安装能耗监测系统的工程不多，难以及时、准确的找出系统低效运行的原因。
国外已有很多组织和学者对制冷主机房的能效开展研究工作。如美国的Ben Erpelding提出了制冷机房全年平均能效比的参考数值；新加坡的国家标准规定了制冷主机房必须达到的能效值。这些都可作为我们提高制冷主机房能效工作的参考。
综上所述，本文将提出一个以制冷主机房能效为指标的综合评价体系，可利用实测的数据来定量评价某个制冷机房在所处地区同类建筑中的节能水平。
2、制冷主机房的能效指标
2.1 集中空调系统的组成
通常，我们可以将集中空调系统拆分为5大循环子系统，分别为：冷水机组制冷循环系统（空调子系统Ⅰ）、冷冻水循环系统（空调子系统Ⅱ）、冷却水循环系统（空调子系统Ⅲ）、空调末端循环系统（空调子系统Ⅳ）和冷却塔循环系统（空调子系统Ⅴ）。5个循环子系统环环相扣，联系紧密，从热量传递关系上看，空调房间内的多余热量首先由子系统Ⅳ进入冷冻水中；之后通过子系统Ⅱ，热量由冷冻水内转移到制冷主机的蒸发器内；再通过子系统Ⅰ，由冷机内的制冷剂将热量由蒸发器转移至冷凝器；然后通过子系统Ⅲ，热量由冷凝器转移到冷却塔处；最后通过子系统Ⅴ，热量从冷却塔内排放至室外大气中，实现了整个能量转移过程。若以冷量来考虑，则该过程相反。
5个子系统中，冷水机组制冷循环系统、冷冻水循环系统、冷却水循环系统3个系统的设备通常都集中布置于机房内，单体设备功率大，数量较少，便于电量、冷量等参数的计量；冷却塔循环系统的设备通常布置于室外地面或天面，同样具有位置集中、数量较少的特点。因此，我们将子系统Ⅰ、子系统Ⅱ、子系统Ⅲ和子系统Ⅴ视为一个整体，统称为“制冷主机房”系统。
2.2 系统能效与子系统能效的定义
制冷主机房消耗的能源为电能，输送的能量为热能。空调系统能效即为系统输送热量与消耗电量的比值。我们定义制冷主机房系统消耗的电量为W（kWh），各子系统消耗的电量为WⅠ、WⅡ、WⅢ和WⅤ；定义系统输送的热量为Q（kWh），其中子系统Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的Q均为集中空调系统所负担区域的冷负荷，子系统Ⅴ的QⅤ还要在此基础上加上制冷主机的用电量。之后即可定义制冷主机房系统的能效EER与各子系统的能效EERX：
制冷主机房系统能效EER=Q/W
冷水机组制冷循环系统能效EERⅠ=Q/WⅠ
冷冻水循环系统能效 EERⅡ=Q/WⅡ
冷却水循环系统能效 EERⅢ=Q/WⅢ
冷却塔循环系统能效 EERⅤ=QⅤ/WⅤ
通过上述的五个能效指标即可评价和对比不同的制冷主机房的节能水平。例如，统计一年时间内某个制冷主机房的总制冷量及设备总用电量，即可算出该制冷主机房系统的年平均能效。
2.3 需要监测的数据
从上述公式中可知，想要获得制冷主机房系统的EER指标，需要测得系统的电量及冷量。结合实践经验，需要监测的数据是：制冷主机的累计用电量WⅠ，冷冻水泵累计用电量WⅡ，冷却水泵累计用电量WⅢ，冷却塔累计用电量WⅤ；冷冻水主管供回水温度，冷冻水主管流量，冷却水主管供回水温度，冷却水主管流量。通过冷冻水供回水温差及冷冻水的流量，可以算出蒸发器侧的热量Q；通过冷却水供回水温差及冷却水的流量，可以算出冷凝器侧的热量QⅤ。
上述参数的监测方法为：电量利用分项电表进行计量，温度利用温度传感器进行测量，流量利用流量计进行计量；同时，上述计量设备均应附带数据远程功能，能够实时将数据传入监控的数据库，便于后续的分析。
3、综合评价体系
3.1 评价指标的特点
用于评价制冷主机房节能水平的指标必须具备两个条件：一是在不同的制冷主机房之间应具有可比性；二是数据的可获得性。通常的评价指标分为规定性指标和性能性指标两类：所谓规定性指标，即某项数值达到某个指标的数值，即判定为合格或不合格；性能性指标则是用具体数值来评价某项参数所达到的水准，在本研究中显然需要采用性能性指标。此前我们已经提出了制冷主机房的评价指标EERX以及该指标的测量与计算方法，下面我们将分析如何利用这些指标来评价某个制冷主机房在当地的节能水平到底如何。
3.2 基础数据库建立
首先，该评价体系需要搜集当地一些制冷主机房的运行数据。每个地区都有一些建筑节能示范建筑，也都存在一些监测系统较完善、运行数据记录较全的制冷主机房，通过政府部门或是研究机构统一将这些数据搜集起来，存入加密的数据库中，作为评价体系的基础数据。
3.3 新加入制冷主机房的评价方法
当搜集到某个新的制冷主机房的运行数据和能效指标后（假设为第51组数据），我们可将其加入基础数据库，并与其中的数据进行对比，可立刻获得该制冷主机房的节能水平的评价，大致如下所述：
制冷主机房能效EER在所有51栋建筑中从高到低排在第X位；
制冷主机房能效EER高于（或低于）所有51栋建筑的平均值，差距为X.XX；
制冷主机房能效EER高于（或低于）所有51栋建筑的中位值，差距为X.XX；
其中，冷水机组制冷循环系统能效EERⅠ在所有51栋建筑中从高到低排在第X位；
……
此外，当数据库中已有的制冷主机房更新其新一年的运行数据后，除了给出新数据的排名外，还可以展示该制冷主机房的能效与前一年相比，是提升还是下降，幅度有多大等，让用户也能更充分的了解其制冷主机房系统运行的变化趋势。
4 小结
本文介绍了一套针对集中空调系统制冷主机房节能水平的评价体系，评价指标基于能效比EER，所评价的数据完全来源于实测结果，对政府部门及研究机构掌握该地区制冷主机房的实际运行状况及能耗情况具有重大的意义。
参考文献
[1]关于完善公共建筑集中空调系统节能评价体系的一些探讨. 叶嘉明， 林心关， 唐颖. 暖通空调， 2012年03期.