2．7节能运行评价指标与方法

2．7　节能运行评价指标与方法

2．7．1　能效评价及指标

1）供回水温差

通过冷冻水和冷却水的进出口温差可以对冷机的运行状况进行初步判定。冷水机组的蒸发器和冷凝器的进出水温差一般为5℃，供冷容量较大时也可采用7℃左右的大温差。双效溴化锂吸收式冷水机组冷却水进出口温差一般为6～6．5℃。定水量系统中，由于设计时水流量按最大冷负荷和5℃的供回水温差确定，但在全年中大部分时间在部分负荷下运行，因此普遍存在“小温差，大流量”的问题，温差不能达到5℃，实际流量超过设计流量。应考虑采用变水量系统，使供回水温差不变，流量根据实际负荷的变化而变化，从而减小水泵能耗；还可以考虑“小流量大温差”的运行调节方法。

2）性能系数EER

性能系数EER是一个综合经济指标，它反映了机组能效的优劣，包括压缩机效率、风量、换热面积、系统的选择以及配套件选配。冷热源在设计工况下的EER值可用下式表示：

式中　N——冷水机组的输入功率，kW；

　Q——冷水机组的额定制冷量，kW。

EER值越大，机组的满负荷性能越好。从节能的角度来看，应尽量选用EER高的冷水机组，这样就可以通过消耗较低的能量来获得较高的能量回报。对于不同类型的机组，其额定EER是不同的。一般来讲，冷水机组EER从低到高的顺序依次为：活塞式、螺杆式、离心式。然而对于某些机组，虽然在额定工况下拥有较好的性能，但当负荷率下降到一定程度时其性能系数却大幅度下降。评价机组性能的好坏不能仅以EER为单一指标，而必须同时考虑机组在部分负荷工况下的效率和系统间相互组合的问题。

机组的性能系数EER也是衡量冷热源机组运行能效的重要指标。GB5018—2005《公共建筑节能设计标准》规定了制冷机组EER（在名义工况下）需要满足的要求，如表2．3、表2．4所示。

表2．3　冷水（热泵）机组制冷性能系数

表2．4　溴化锂吸收式机组性能参数

注：直燃机的性能系数为：制冷量（供热量）／［加热源消耗量（以低位热值计）＋电力消耗量（折算成一次能）］

3）综合部分负荷性能系数（IPLV）

综合部分负荷性能系数（IPLV）同时考虑了负荷和冷却水温（水冷）／室外干球温度（风冷）的变化对机组效率的影响。水冷式电动蒸汽压缩机循环冷水（热泵）机组的综合部分负荷性能系数（IPLV）宜按下式计算和检测条件检测：

IPLV＝2．3%×A＋41．5%×B＋46．1%×C＋10．1%×D

式中　A——100%负荷时的性能系数，（W／W），冷却水进水温度30℃；

　B——75%负荷时的性能系数，（W／W），冷却水进水温度26℃；

　C——50%负荷时的性能系数，（W／W），冷却水进水温度23℃；

　D——25%负荷时的性能系数，（W／W），冷却水进水温度19℃。

蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组的综合部分性能系数（IPLV）不宜低于表2．5的规定。

表2．5　冷水（热泵）机组综合部分负荷性能系数

注：IPLV值是基于单台主机运行工况。

2．7．2　单元式机组的能效评价及指标

名义制冷量大于7100W，采用电动驱动压缩机的单元式空气调节机、风管送风式和屋顶式空气调节机组时，在名义制冷工况和规定条件下，其能效比不应低于表2．6的规定。

表2．6　单元式机组能效比

2．7．3　锅炉的热效率及指标

锅炉的额定热效率，应符合表2．7的规定：

表2．7　锅炉额定热效率

2．7．4　地源热泵系统能效测评案例分析

依据地源热泵系统能效测评的内容及方法，对重庆市3个采用地源热泵供热制冷技术的工程进行了能效测评，其中包括1个地埋管地源热泵系统，1个江水源热泵系统和1个湖水源热泵系统。

地源热泵系统能效测评均是以《可再生能源建筑应用示范项目测评导则》（试行）为依据进行的。

1）测评内容

地源热泵系统能效测评的内容包括形式检查、系统性能检测和系统能效评估3部分，以地埋管地源热泵系统为例，表2．8为测评内容的汇总。

表2．8　地埋管地源热泵系统能效测评内容

续表

2）系统性能检测

依据系统性能检测的内容，检测采用的仪器设备及性能参数如表2．9所示，检测时所有测试仪器设备均在检定有效期内。

表2．9　检测用仪器设备

3）测评案例

（1）项目简介

RH项目位于重庆市渝北区，为综合办公楼，建筑总高度19．8m，共有7层，地下2层为车库及设备用房；地上共5层，1层为业务用房、大厅、客户服务区及健身用房，2～4层主要为业务用房，5层为特殊用房，总建筑面积约为13410．3m²。地源热泵中央空调系统夏季设计冷负荷为708．2kW，冬季设计热负荷为312kW。DRSW90-1机组的余热回收可提供夏季生活热水，为了满足冬季及过渡季节卫生热水需求，同时配备了一台制热量64．6kW的高温热泵机组专门制备生活热水。

地埋管系统采用高密度聚乙烯材料地下换热器，垂直埋管形式为矱32双U形管，有效埋深100m，钻孔直径150mm，用水作为传热介质，夏季地源侧设计进水温度为27℃，冬季设计进水温度为10℃，设计温差均为5℃。

PS项目位于重庆市彭水自治县县城滨江路原县交警支队车管所地块，为4星级宾馆，地上16层，地下1层。地上1层为宾馆大堂及大餐厅，2层为包间及自助餐厅，3层为桑拿及游泳池，4层为会议室，5～6层为KTV包房，7～16层为客房，地下1层为停车库，总建筑面积为14777．20m²。

项目采用开式乌江水源热泵空调系统，江水经处理后直接送入热泵机组，空调系统最大时刻冷负荷为1002kW，总热负荷为538kW，热泵机组均采用余热回收技术。

CQU项目位于重庆大学校园内，为办公类综合建筑，主要功能为办公室及教室。地下3层，地上裙楼5层，主楼27层，总高度121．30m。负3层为设备用房、负2层为地下车库、负1～5层为教室、会议厅、展厅等，6～26层为塔楼部分，主要用途为办公室、实验室。

该改造工程将原有的1台螺杆式冷水机组改造为水源热泵机组，以重庆大学民主湖的水为冬季热源，用于冬季采暖，代替原有的电热锅炉。经测试湖水冬季水温基本维持在9～10℃，湖面积约为10000m²，平均深度约为2．5m，适合作为水源热泵冬季的采暖热源。改造完成后的热泵机组夏季额定制冷量为1055kW，冬季额定制热量为1200kW，取水端增设2台取水干式泵，1用1备，与2台冷冻水泵串联运行，湖水源侧供回水设计温度为10／5℃。

（2）现场调查

系统能效测评前，对3个项目的实际运行情况进行了调查了解，发现RH项目和PS项目的系统在实际运行时存在一些问题，具体情况如下：

·RH项目

①地埋管地源热泵系统中用户侧水泵和热源侧水泵均配置有变频装置，且机房内装有系统运行监测平台。但是实际运行时变频装置无法调节，水泵只能定频运行，经现场检测校对后，监测平台中的温度、流量等传感器所监测数据失实，平台实际上只具有机房内设备的启停控制功能。已建议系统物业管理部门尽快检修，检测时水泵始终定频运行。

②夏季系统运行时，当机房内只运行1台机组时，另1台机组蒸发器和冷凝器的进出水管蝶阀始终是开启状态，导致一部分冷冻水和冷却水旁通，不但浪费水泵能耗，而且降低了机组和系统能效。针对这个情况，已建议机房管理人员加强日常运行管理工作，机组蒸发器和冷凝器的进出水管蝶阀与机组连锁启闭。

·PS项目

①由于该项目的取水方案的更改，导致取水泵变频装置无法使用，取水泵始终定频运行。

②制热季系统检测，系统用户侧水泵的变频装置无法使用，水泵定频运行；制冷季系统检测时变频装置已可正常使用，检测时手动调节水泵流量。

③该项目设计负荷严重偏大，夏季运行时仅开启1台主机即可满足末端冷负荷需求，且由于机组负荷调节特性不佳，有时还会出现主机频繁启停的现象，冬季运行时主机频繁启停的现象更严重，导致机组故障率增多，使用寿命缩短。造成主机频繁启停的原因是该酒店为四星级酒店，要求24h提供空调服务，而由于酒店入住率、各功能房间的使用时间不一致、气候的变化等原因，造成酒店空调负荷的变化非常大且不规律，空调负荷峰谷差异悬殊，酒店后半夜及过渡季节系统负荷率更低，导致机组运行更加不稳定。

（3）机组制冷效率

CQU项目湖水源热泵系统只承担冬季供暖功能，RH项目和PS项目中机组制冷性能系数实测数据如表2．10所示，测试周期为1h，取平均值作为检测值。

表2．10　机组制冷性能系数实测数据

由于机组性能系数测试工况无法完全调节至机组的制冷额定工况，只能依据机组实际运行状况，选取机组稳定运行时相对接近机组额定工况的测试数据来计算机组的制冷性能系数。

从表2．10可以看出：

①PS项目中的热泵机组制冷性能系数与其额定值基本相同，机组表现出良好的运行性能。测试时机组的负荷率为81%，虽然冷冻水泵的频率已调整至35．7Hz，但是冷冻水的供回水平均温差仍然只有2．8℃，说明冷冻水泵选型明显偏大，机组蒸发器和冷凝器侧的流量未达到机组的额定流量；但是由于测试时江水源侧进水平均温度仅为22．5℃，机组的出水温度也比常规的7℃出水高了1．4℃，导致机组仍表现出良好的运行性能，说明提高冷冻水供水温度和降低冷却水水温的中央空调水系统的质调节方式能明显改善机组的运行状况，可带来很大的节能效益。

②RH项目中的2台机组的制冷性能系数均为4．4，低于额定值最高达20%，说明机组实际运行状况不佳。其中热源侧供回水温差在6℃左右，比设计温差5℃高了1℃左右，说明机组热源侧流量偏小，在实际运行中建议适当变频提高冷却水泵的转速，增大冷却水流量，以改善机组制冷性能；但是变频增加水流量后，虽可改善机组运行状况，提高机组制冷性能系数，水泵能耗也随之上升，若调节后机组COP升高所节省下的机组耗电量低于水泵变流量所增加的耗电量则得不偿失，导致系统能效比降低，因此这种调节方式实际运行中需综合考虑。

（4）热泵机组制热性能系数

CQU项目、RH项目和PS项目中机组制热性能系数实测数据如表2．11所示，测试周期为1h，取平均值作为检测值。

表2．11　机组制热性能系数实测数据

如前所述，由于机组性能系数测试工况无法完全调节至机组的制热额定工况，只能依据机组实际运行状况，选取机组稳定运行时相对接近机组额定工况的测试数据来计算机组的制热性能系数。

从上表可以看出：

①与实测制冷性能系数相同，RH项目和PS项目中机组制热性能系数相对于额定值均较低，主要是受测试工况的影响。同时3台机组都在“大流量小温差”的工况下运行。

②由于检测时DRSW-90-1机组正在检修，测试DRSW-150-1机组的负荷率仅有39．4%，其主要原因是系统负荷率太低，系统冷热平衡解决方案没有实施，导致单台机组达到40%负荷率时已满足末端需求。虽然机组蒸发器侧进水温度高达17．3℃，但是由于机组其他运行工况均处于不利条件下，机组性能系数仍较低。此时机组用户侧和热源侧进出水温差均不到设计值的50%，“大流量小温差”现象严重。

③由于机组选型过大，测试时PS项目热泵机组负荷率也仅为53%，此时机组用户侧和热源侧进出水温差也均不到设计值的50%，再加上江水进水温度没有明显优势，机组性能系数也较低。

④由于CQU项目机组热水出水温度比其余2个项目机组低了4．1℃，且运行工况较好，机组本身性能可能也较好，其制热性能系数较高。

（5）系统制冷能效

CQU项目湖水源热泵系统只承担冬季供暖功能，RH项目和PS项目的系统制冷能效比实测数据如表2．12所示，测试周期均为2天。测试时RH项目2台机组均开启，PS项目开启1台机组。

表2．12　系统制冷能效比实测数据

《公共建筑节能检测标准》（JGJ177—2009）和《公共建筑节能改造技术规范》（JGJ／T177—2009）中规定的常规冷却塔冷源系统合格及宜进行改造的制冷能效比限值如表2．13所示。

表2．13　常规冷源系统能效比限值

从表2．13可以看出，2个项目的系统制冷能效比均大于常规冷源系统能效比2．3和2．6的限值。按照住房和城乡建设部《可再生能源建筑应用示范项目测评导则》（试行）的规定，地源热泵系统供冷季节能评价也是以水冷冷水机组的常规冷源系统作为比较对象，其系统能效比取2．4，则2个项目的节能率如表2．14所示。

表2．14　地源热泵系统节能率

从以上分析可以看出，虽然2个项目地源热泵系统在实际运行时均存在一定问题：部分变频水泵的调节功能无法实现；热源侧循环水泵选型均偏小，影响机组的换热性能；用户侧“大温差小流量”现象严重，其中PS项目的循环水泵选型及设计冷负荷严重偏大。但是由于热泵空调水系统优越的质调节功能，2个系统相对于节能评价基准值的节能率均达到了50%，节能效益显著。

（6）系统制热能效比

RH项目、PS项目的系统制热能效比实测数据如表2．15所示，测试周期均为2天。测试时3个项目均开启1台机组。

表2．15　系统制热能效比实测数据

按照住房和城乡建设部《可再生能源建筑应用示范项目测评导则》（试行）的规定，地源热泵系统供热季节能评价采用常规的燃煤锅炉房供暖作为比较对象，锅炉效率取为68%，以代表整个锅炉房（包括供暖系统循环水泵、风机等用电设备）的运行效率。《导则》中规定电能与一次能源的转换率取为0．31，相当于燃煤锅炉房的系统能效比取为2．2，则3个项目的节能率如表2．16所示。

表2．16　地源热泵系统节能率

从表2．16可以看出，虽然系统制热运行时存在诸多问题，但2个系统相对于节能评价基准值的节能率仍分别达到了31．8%和22．7%，节能效益显著。