电冷源综合制冷性能系数分析

电冷源综合制冷性能系数分析

张大炜

世源科技工程有限公司北京100142

摘要：根据相关节能规范中冷机、水泵及冷却塔的能效比的要求计算水冷冷冻水系统电冷源综合制冷性能系数（SCOP）。结果表明按照现行的节能规范要求设计制冷系统，系统的SCOP基本满足《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）的要求。并举例说明系统运行时应将制冷系统整体统筹考虑，提高系统的SCOP，而非单纯追求提高冷机的COP。

关键词：综合制冷性能系数；SCOP；节能

1．引言

以往谈及风冷冷冻水系统与水冷冷冻水系统哪个更节能时，大多人会毫不犹豫的认为水冷冷冻水系统更节能，因为只考虑到水冷冷水机组比风冷冷水机组能效比（COP）高，而忽略了水冷主机配套的冷却水泵和冷却塔。谈及水冷冷冻水系统节能时，大多数人也往往都想到的只是如何提高冷水主机的COP，而忽略了制冷系统是一个系统，不是单一的一个设备。故而规范《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）提出了电冷源综合制冷性能系数（SCOP）的概念，对SCOP进行了定义，并给定了限定值。但限定值怎么得出来的？是否冷机、冷却水泵及冷却塔满足了相关节能规范，SCOP就能满足规范GB50189-2015的要求？如何通过SCOP指导制冷系统的设计和运行呢？本文尝试对以上问题进行分析解答。

2．单机能耗计算

2.1.冷水机组功耗计算

根据冷机能效比COP的定义为制冷量或制热量（W）与输入功率（W）的比值，数学表达式为：

②实际工况时：

冷机功耗：NCH=Q/COP=600/5=120kW

由于冷却水泵定频，故实际运行时不论冷机的制冷量如何变动，冷却水泵的输出流量和扬程不变，即水泵功率不变

又因冷却塔的控制策略为“通过起停风扇保证冷却塔出水温度20~22℃”，而案例中室外湿球温度为22℃，冷却塔的逼近温度为4℃，即冷却塔的风扇不论如何转动冷却塔的出水温度都达不到20~22℃，因此冷却塔风扇会持续满频运转。即冷却塔风机电耗不变。

故实际工况时：SCOP=600/(120+23.87+8.16)=3.95＜4.1，不满足规范。

为什么冷机的COP提高了，制冷系统的SCOP反倒降低呢？很显然是运行控制策略有问题。首先制冷量下降了近50%，冷却水泵仍按100%的负载去运行，如果将冷却水泵改为变频水泵，水泵运转频率根据冷却水供回水温差运行，那么冷却水泵的功耗可以降低60%以上（由于此处涉及水泵特性曲线，管网特性曲线情况复杂，此处不对数据展开说明）；其次室外湿球温度为22℃，冷却塔的逼近温度为4℃，冷却塔此时最低供水温度为26℃，按照此时的负荷冷却塔风扇按30Hz运转即可达到26℃的供水水温，但因控制逻辑的错误，导致风扇需按50Hz运转，风扇多耗电近80%。

该案例中因系统控制方案的问题导致了冷却水泵和冷却塔的大量浪费，进而导致了系统SCOP在冷机COP提高的情况下出现了大幅降低。当然实际情况远比此案例复杂多变，影响SCOP的主导因素在不同情况下也不是一样，本文在此不能一一枚举。因此设计制冷系统时不仅需要选用节能高效的设备，还应根据项目的特点制定合理的系统方案；系统运行时应将制冷系统整体统筹考虑，提高系统的SCOP，以降低总电费，而非单纯追求提高冷机的COP。

4．结论

满负荷工况时，如果冷机的能效满足GB19577-2015中的限定值，冷却水泵的能效满足GB19762-2007和GB18613-2012中的限定值，冷却塔的能效满足DB31/414-2008中的限定值，系统SCOP基本就能满足规范GB50189-2015的要求。但实际运行中制冷系统大部分时间处在部分负荷运行，如果没有合理的控制方案，即使所选设备均满足各节能规范的要求，实际运行时系统的SCOP也不一定能满足规范要求。因此设计和运行时应以提高SCOP为导向去设计和管理整套制冷系统，而非单纯追求提高冷机的COP。

参考文献：

[1]冷水机组能效限定值及能效等级:GB19577-2004[S],GB19577-2015[S]

[2]清水离心泵能效限定值及节能评价值:GB19762-2007[S]

[3]冷却塔能效限定值、能源效率等级及节能评价值:DB31_414-2008[S]

[4]电动机能效限定值及能效等级:GB18613-2012[S]

[5]公共建筑节能设计标准:GB50189-2015[S]