冷水機組負荷分配策略研究

0優化冷水機組內部負荷分配隨著建筑規模的不斷擴大，服務的空調系統的規模也不斷擴大。例如，必須同時運營兩個多冷水機組以滿足負荷需求。對于多臺冷水機組空調系統,冷水機組的能耗不僅由其本身的特性(全負荷性能和部分負荷性能)決定,而且還與部分負荷下冷水機組間的負荷分配策略有關。因此,在冷水機組選型后,如何尋求一最優負荷分配策略以最大程度地提高整個系統的運行效率便成了空調系統節能的關鍵。本文以兩臺相同容量并聯運行的冷水機組(包括螺桿式和活塞式兩種類型)為例,通過比較不同負荷分配方案下冷水機組的能耗,確定最優負荷分配策略。1機組冷水機組本文研究對象為北京地區某建筑物中的空調系統。該空調系統夏季(5～9月)運行,運行時間為2880h,空調負荷率分布如表1所示。建筑物總冷負荷為1688kW,選擇兩臺相同規格的冷水機組(螺桿式或活塞式)并聯運行,每臺機組冷量為844kW,其部分負荷性能參數見表2。為便于研究分析,假設螺桿式和活塞式冷水機組均能卸載到90%,80%,70%,60%,50%,40%,30%,20%,10%等負荷點;不考慮熱惰性,認為系統負荷就是機組所承擔的負荷。2不同負荷分布模式下的運營能耗2.1負荷分配方式均衡改變滑閥位置,可以實現螺桿式制冷壓縮機在10%～100%范圍內的能量調節。在30%～100%的能量范圍內,螺桿式壓縮機效率較高,在30%以下時,效率急劇下降。鑒于螺桿式壓縮機的上述卸載特性,當系統采用兩臺相同容量螺桿式冷水機組并聯運行時,在部分負荷狀態下系統的負荷分配方案通常有兩種。方案1為當系統負荷在50%以上時,主、從機各負擔一半負荷;當系統負荷在50%以下時,由主機承擔全部負荷。方案2為當系統負荷在50%以上時,主機全負荷運行,從機補充不足的負荷;當系統負荷在50%以下時,由主機負擔全部負荷。計算得方案1運行總能耗為1.81×105kWh;方案2運行總能耗為1.926×105kWh。顯然,上述兩種分配方案均是以系統負荷的50%為切換點,采用不同控制方案。對于兩臺相同容量的冷水機組組合系統,這是常用的控制方法。然而,50%的部分負荷點未必就是最佳切換點。筆者建議通過繪制冷水機組負荷比-比功率關系圖來確定最佳切換點,該圖橫坐標為系統負荷比,縱坐標為系統比功率(系統總耗功與系統總冷量的比值)。顯然,若系統比功率小,則系統運行效率高。從負荷比-比功率關系圖中可以得到不同部分負荷狀態下的系統效率最大值。在不同的負荷區域,通過改變系統控制方式,使系統始終高效運行,減少系統能耗。現以表2中的螺桿式冷水機組為例,通過繪制冷水機組負荷比-比功率關系圖,確定其部分負荷分配策略,并計算其運行總能耗。兩臺冷水機組均衡分擔冷負荷控制方式的性能參數見表3;主冷水機組負擔全部負荷,冷量不足時由從冷水機組承擔剩余負荷控制方式的性能參數見表4。根據表3及表4中系統不同負荷比下相應的系統比功率即可繪制冷水機組負荷比-比功率關系圖,見圖1。圖中曲線1為兩臺冷水機組平均分擔冷負荷控制方式下的系統負荷比與系統比功率關系;曲線2為主冷水機組負擔全部負荷,主冷水機組冷量不足時由從冷水機組承擔剩余負荷控制方式下的系統負荷比與系統比功率的關系。從圖中可以看出,當系統負荷比在30%以下時,應采用讓主冷水機組承擔全部負荷的控制方式;當系統負荷比處于30%～85%的范圍內時,應采用兩臺冷水機組平均分擔系統負荷的方式;當系統負荷比大于85%時,應采用主冷水機組滿負荷運轉,從冷水機組承擔剩余的負荷的方式。采用此負荷分配策略系統運行總能耗為1.65×105kWh。各負荷比下主、從機的運行參數見表5。與方案1的系統運行總能耗1.81×105kWh相比,該方案節電率為9%;與方案2的運行總能耗1.926×105kWh相比,該方案節電率為14%。可以看出采用此負荷分配策略,節能效果顯著。2.2負荷分配方式系統為便于比較,采用與螺桿式冷水機組相同的負荷分配方案進行運行能耗分析,方案1運行總能耗為2.403×105kWh,方案2運行總能耗為2.382×105kWh。依上述方法同樣可做出活塞式冷水機組負荷比-比功率關系圖,見圖2,圖中曲線1,2含義同圖1。從圖2可以看出,當系統負荷比小于25%時,應采用主冷水機組承擔全部負荷的控制方式;當系統負荷比處于25%～50%之間時,應采用兩臺冷水機組平均分擔全部負荷的方式;當系統負荷比大于50%時,應采用主冷水機組滿負荷運行,從冷水機組承擔剩余負荷的方式。采用此負荷分配策略的總能耗為2.345×105kWh。與方案1相比,該方案節電約2.4%;與方案2相比,該方案節電約1.6%。比較可知,活塞式冷水機組采用此負荷分配策略的節電率遠小于螺桿式冷水機組的節電率。究其原因,主要是活塞式冷水機組的機組負荷率與機組輸入功率百分比之間幾乎成線性關系(從表2的數據可看出),其比功率近似為常數,因此,不同負荷分配方案的運行總能耗相差不大。3系統的節能效果對于兩臺相同容量并聯運行的冷水機組可通過繪制冷水機組負荷比-比功率關系圖確定其最優負荷分配策略,以盡可能地減少系統運行總能耗,達到節能的效果。與活塞式冷水機組系