摘要國(guó)標(biāo)《冷水機(jī)組能效限定值及能效等級(jí)》犐犘犔犞所反映的負(fù)荷分布、權(quán)重系數(shù)和平均冷卻進(jìn)水溫度與地鐵工程差異較大，這種差異與地區(qū)密切相關(guān)。基于地鐵車(chē)站運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，提出廣州地鐵綜合部分負(fù)荷性能NPLV的計(jì)算公式;對(duì)比分析了近、遠(yuǎn)期NPLV的不同;初步探討了NPLV對(duì)制冷主機(jī)選型的參考價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)非標(biāo)工況綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)地鐵站冷水機(jī)組選型

　　0引言

　　根據(jù)《綠色高效制冷行動(dòng)方案》的目標(biāo)，到2030年，大型公共建筑制冷能效提升30%，制冷總體能效水平提升25%以上[1]。地鐵車(chē)站作為交通功能的大型公共建筑，大多采用集中冷源的集中空調(diào)系統(tǒng)，冷水機(jī)組是主要的冷源型式，其能耗是集中空調(diào)系統(tǒng)能耗的主要組成部分。廣州地鐵某站節(jié)能改造后冷水機(jī)組全年能耗占比的統(tǒng)計(jì)情況，對(duì)于高效空調(diào)系統(tǒng)，冷水機(jī)組在制冷機(jī)房能耗中的占比超過(guò)了80%[2]。

　　因此，合理選擇冷水機(jī)組，提升冷水機(jī)組的運(yùn)行能效，是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的關(guān)鍵所在。GB19577—2015《冷水機(jī)組能效限定值及能效等級(jí)》中，增加了綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)(犐犘犔犞)作為能效等級(jí)的考核依據(jù)，對(duì)冷水機(jī)組的性能系數(shù)及犐犘犔犞的各級(jí)能效指標(biāo)及能效限定值作了明確規(guī)定[3]，其中犐犘犔犞的計(jì)算參照了GB50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的計(jì)算方法[4]。

　　地鐵交通論文范例：地鐵隧道施工對(duì)鄰近樁基建筑物的影響研究

　　受犐犘犔犞的計(jì)算方法和檢測(cè)條件所限，犐犘犔犞只能用于評(píng)價(jià)單臺(tái)冷水機(jī)組在名義工況下的綜合部分負(fù)荷性能水平，不能用于評(píng)價(jià)單臺(tái)冷水機(jī)組實(shí)際運(yùn)行工況下的性能水平[45]。地下車(chē)站的空調(diào)負(fù)荷特性與一般地上公共建筑不同，其與車(chē)站客流量密切相關(guān)，負(fù)荷率變化主要受客流量變化的影響，受室外環(huán)境變化的影響較小，而客流量變化又分為初期、近期和遠(yuǎn)期的長(zhǎng)周期變化和每天的早、晚高峰和平峰的短周期變化。目前地鐵工程設(shè)計(jì)普遍采用犐犘犔犞作為選型依據(jù)，難以選到與本地區(qū)地鐵負(fù)荷特征相匹配的機(jī)組，實(shí)際運(yùn)行中造成能源浪費(fèi)。因此，本文首先分析地鐵工程與一般公共建筑的負(fù)荷特性差異，在此基礎(chǔ)上提出符合地鐵工程特點(diǎn)的非標(biāo)工況下的綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)(NPLV)，初步探討NPLV在地鐵工程冷水機(jī)組選型中的價(jià)值。

　　1地鐵空調(diào)負(fù)荷特性分析

　　廣州地鐵某典型地下站8月份一周的車(chē)站冷水主機(jī)負(fù)荷率及室外干球溫度隨時(shí)間的變化。在空調(diào)季節(jié)，車(chē)站的負(fù)荷規(guī)律具有周期性。在每一個(gè)周期(一個(gè)空調(diào)日)內(nèi)冷水主機(jī)的負(fù)荷率均存在2個(gè)明顯的峰值，對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為早晚高峰客流時(shí)刻。室外氣象參數(shù)的峰值一般在14：00—15：00左右，地鐵車(chē)站的負(fù)荷峰值與室外氣象參數(shù)的峰值不具有一致性，與王碧玲等人研究的典型辦公建筑的負(fù)荷分布差別較大[6]。

　　廣州地鐵典型站空調(diào)日運(yùn)營(yíng)期間的車(chē)站小時(shí)客流隨時(shí)間的變化曲，08：00、18：00左右為客流早晚高峰期，其他時(shí)段為平峰期。可以看到，客流的變化曲線(xiàn)與車(chē)站冷水主機(jī)的負(fù)荷變化規(guī)律是一致的[7]。因此，地鐵車(chē)站空調(diào)負(fù)荷整體呈現(xiàn)早、晚2個(gè)駝峰的狀態(tài)，負(fù)荷變化與室外溫度的變化趨勢(shì)不一致，而GB50189—2015中犐犘犔犞所反映的空調(diào)水系統(tǒng)的冷量需求與冷卻水溫的變化是同步的。

　　2地鐵行業(yè)的NPLV計(jì)算方法

　　2.1源數(shù)據(jù)的選取

　　根據(jù)典型供冷車(chē)站的規(guī)模及其建筑特點(diǎn)，空調(diào)水系統(tǒng)一般采用一級(jí)泵變流量系統(tǒng)，配置2臺(tái)相同冷量的冷水機(jī)組，水泵與機(jī)組一一對(duì)應(yīng)。車(chē)站工藝控制一般采用臺(tái)數(shù)與變流量相結(jié)合的方式;當(dāng)車(chē)站總冷負(fù)荷小于等于單機(jī)冷負(fù)荷時(shí)，開(kāi)啟1臺(tái)機(jī)組及其對(duì)應(yīng)的水泵;當(dāng)車(chē)站總冷負(fù)荷大于單機(jī)冷負(fù)荷時(shí)，開(kāi)啟2臺(tái)機(jī)組及其對(duì)應(yīng)的水泵。

　　因此，系統(tǒng)負(fù)荷率與冷水機(jī)組負(fù)荷率并不相同，這也是犐犘犔犞不能反映多機(jī)組運(yùn)行情況的原因。選取廣州地鐵某站，該站自控系統(tǒng)運(yùn)行良好，全年運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄完整，根據(jù)全年冷水機(jī)組的運(yùn)行小時(shí)工況點(diǎn)，系統(tǒng)負(fù)荷率及單臺(tái)冷水機(jī)組負(fù)荷率的分布，車(chē)站負(fù)荷率及單機(jī)負(fù)荷率與冷卻水進(jìn)水溫度呈非線(xiàn)性關(guān)系和多對(duì)多的關(guān)系，其負(fù)荷分布特征與賈晶等人研究的其他類(lèi)型的公共建筑負(fù)荷分布情況[8]顯著不同。

　　系統(tǒng)負(fù)荷率主要集中在35%～45%及70%～90%范圍，低負(fù)荷范圍主要是夜間收車(chē)后空調(diào)小系統(tǒng)負(fù)荷及平峰時(shí)段的負(fù)荷;而高區(qū)范圍主要是客流早晚高峰時(shí)段。本計(jì)算案例所選車(chē)站的小系統(tǒng)選型冷負(fù)荷占冷水主機(jī)總額定制冷量的41.2%，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)選型值基本一致。冷水機(jī)組的負(fù)荷率主要分布在70%～90%范圍，在全年單機(jī)負(fù)荷率占比中，80%左右的負(fù)荷率占比最大。冷卻進(jìn)水溫度分布的區(qū)間主要在負(fù)荷率分布集中的區(qū)間，對(duì)于系統(tǒng)而言，平均冷卻水進(jìn)水溫度主要分布在26℃及29℃左右，占比分別約為33%、30%;單臺(tái)冷水機(jī)組負(fù)荷率分布中，平均冷卻水進(jìn)水溫度主要分布在27.5℃左右，占比超過(guò)70%，在80%負(fù)荷率對(duì)應(yīng)的平均冷卻水進(jìn)水溫度分布最廣。此外，需要說(shuō)明的是，在有條件的情況下，應(yīng)盡可能多地選取近期或遠(yuǎn)期不同年份、不同類(lèi)型車(chē)站的冷水機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，擴(kuò)大樣本容量有利于提高所得NPLV的適用性。

　　2.2負(fù)荷率的劃分國(guó)標(biāo)犐犘犔犞計(jì)算公式劃分為100%、75%、50%及25%4個(gè)負(fù)荷率，是全國(guó)統(tǒng)一的犐犘犔犞系數(shù)值;我國(guó)地域遼闊、不同氣候分區(qū)的氣象條件差異顯著，不同類(lèi)型工程亦不相同，全國(guó)統(tǒng)一的犐犘犔犞系數(shù)值對(duì)于各地區(qū)的具體項(xiàng)目無(wú)實(shí)際指導(dǎo)意義，犐犘犔犞的負(fù)荷率以25%為步長(zhǎng)劃分，跨度較大，導(dǎo)致?tīng)蔂袪虪钟糜谠u(píng)價(jià)冷水機(jī)組的部分負(fù)荷性能及其在全年運(yùn)行能耗方面的應(yīng)用往往偏離工程實(shí)際。

　　因此，本文細(xì)化負(fù)荷率步長(zhǎng)劃分，步長(zhǎng)越小，犐犘犔犞反映的部分負(fù)荷特性更貼近實(shí)際運(yùn)行情況，但公式計(jì)算參數(shù)過(guò)多，不利于工程應(yīng)用。考慮地鐵工程大多以螺桿機(jī)為主，通常螺桿機(jī)在10%～100%負(fù)荷范圍可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，結(jié)合市面主要冷水機(jī)組廠(chǎng)家提供的機(jī)組負(fù)荷特細(xì)曲線(xiàn)及設(shè)計(jì)人員實(shí)際計(jì)算的便捷性，本文以10%作為負(fù)荷率劃分的步長(zhǎng)，將國(guó)標(biāo)的犐犘犔犞計(jì)算公式中的負(fù)荷率由4個(gè)工況擴(kuò)展為10個(gè)工況，即部分負(fù)荷率工況取10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%，依次對(duì)應(yīng)部分負(fù)荷工況點(diǎn)A、B、C、D、E、F、G、H、I和J。

　　2.3平均冷卻水溫的計(jì)算

　　NPLV中每一種工況所對(duì)應(yīng)的平均冷卻水進(jìn)水溫度為該工況所包含的全部基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)的算術(shù)平均值，且其所包含數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均溫度與工況所代表的負(fù)荷率值相等。以D工況點(diǎn)為例，單臺(tái)冷水機(jī)組負(fù)荷率在35.41%～43.58%范圍內(nèi)的全部基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)的算術(shù)平均溫度與D工況點(diǎn)所代表的40%單臺(tái)冷水機(jī)組負(fù)荷率相等，該負(fù)荷率范圍內(nèi)所包含的數(shù)據(jù)點(diǎn)的冷卻水進(jìn)水溫度的算術(shù)平均值即為該工況點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平均冷卻水進(jìn)水溫度。

　　需要特別說(shuō)明的是，考慮實(shí)際工程冷水主機(jī)運(yùn)行的特點(diǎn)，將95%及以上負(fù)荷率作為100%負(fù)荷率工況點(diǎn)(J)所包含的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)范圍。經(jīng)上述統(tǒng)計(jì)計(jì)算，得到A～J工況點(diǎn)的平均冷卻水進(jìn)水溫度依次為24.46、24.98、24.64、22.69、24.96、25.83、27.21、27.83、27.64、26.75℃。NPLV及犐犘犔犞在不同工況下的平均冷卻水進(jìn)水溫度對(duì)比。隨著負(fù)荷率的升高，制冷機(jī)的平均冷卻水進(jìn)水溫度隨之升高，在100%負(fù)荷率最高。

　　在70%～90%負(fù)荷率時(shí)，平均冷卻水進(jìn)水溫度最高，在40%負(fù)荷率時(shí)最低。NPLV與犐犘犔犞的不同工況點(diǎn)平均冷卻水進(jìn)水溫度存在較大差異且隨負(fù)荷率的變化趨勢(shì)不同，原因是犐犘犔犞所反映的建筑負(fù)荷特性與地鐵負(fù)荷特性不匹配，這與第1節(jié)及2.1小節(jié)的分析是一致的。對(duì)于廣州地鐵工程而言，空調(diào)季節(jié)較長(zhǎng)，在遠(yuǎn)期負(fù)荷階段，早晚高峰車(chē)站冷負(fù)荷主要集中在70%～90%，因此，該負(fù)荷分布范圍對(duì)應(yīng)的平均冷卻水進(jìn)水溫度最高。單機(jī)40%的負(fù)荷對(duì)應(yīng)的平均冷卻水進(jìn)水溫度最低是由于主機(jī)運(yùn)行在該負(fù)荷率時(shí)主要處于夜間大系統(tǒng)停運(yùn)，或處于過(guò)渡季節(jié)，此時(shí)，室外的濕球溫度較低，造成平均冷卻水進(jìn)水溫度低。

　　3地鐵車(chē)站近遠(yuǎn)期NPLV對(duì)比分析通過(guò)選取廣州地區(qū)2017年開(kāi)通線(xiàn)路某車(chē)站記錄的全年運(yùn)行數(shù)據(jù)，該站控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)記錄完整，得到其全年負(fù)荷率分布，采用第2章方法，計(jì)算得到廣州地區(qū)近期的NPLV計(jì)算公式。對(duì)比其權(quán)重系數(shù)，

　　近期，冷水機(jī)組負(fù)荷率主要集中在60%以下，在70%以上的負(fù)荷率運(yùn)行時(shí)間全年占比較小，無(wú)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行情況;在遠(yuǎn)期，負(fù)荷分布較廣且存在滿(mǎn)負(fù)荷情況;轉(zhuǎn)換為冷水機(jī)組的負(fù)荷率，則近期主要集中在50%～60%，遠(yuǎn)期主要集中在70%～90%。廣州地區(qū)車(chē)站冷水主機(jī)在初期、遠(yuǎn)期的冷水機(jī)組負(fù)荷率差異較大，不同負(fù)荷率對(duì)應(yīng)的平均冷卻水溫不相同，對(duì)應(yīng)的主機(jī)犆犗犘不同。因此，近期、遠(yuǎn)期應(yīng)采用不同權(quán)重系數(shù)的NPLV來(lái)衡量冷水機(jī)組的性能。對(duì)于新建以及改造車(chē)站，主機(jī)選型時(shí)應(yīng)注意所處的運(yùn)營(yíng)階段。

　　5結(jié)論

　　1)地鐵車(chē)站空調(diào)負(fù)荷呈現(xiàn)早晚2個(gè)駝峰的狀態(tài)，負(fù)荷變化趨勢(shì)與客流變化趨勢(shì)相同，與室外溫度的變化趨勢(shì)不一致;在大負(fù)荷率時(shí)，冷卻進(jìn)水溫度低，冷水機(jī)組壓縮比低;相反，小負(fù)荷率時(shí)，冷卻進(jìn)水溫度高，冷水機(jī)組壓縮比高。2)以廣州地鐵為例，重新劃分負(fù)荷率，計(jì)算不同負(fù)荷率所對(duì)應(yīng)的平均冷卻水進(jìn)水溫度，計(jì)算結(jié)果表明犐犘犔犞計(jì)算公式所反映的負(fù)荷分布、權(quán)重系數(shù)和平均冷卻水進(jìn)水溫度與地鐵工程差異較大，這種差異與地區(qū)密切相關(guān)，建立不同地區(qū)的NPLV計(jì)算公式有利于選擇與負(fù)荷特性相匹配的冷水機(jī)組。

　　3)單臺(tái)冷水機(jī)組負(fù)荷率與車(chē)站負(fù)荷率分布不同，單臺(tái)冷水機(jī)組負(fù)荷率在近期主要集中在60%以下，而在遠(yuǎn)期主要分布在70%～90%之間;近遠(yuǎn)期機(jī)組負(fù)荷率差異較大，采用不同權(quán)重系數(shù)的NPLV來(lái)衡量冷水機(jī)組的性能是有必要的，對(duì)于新建以及改造車(chē)站，主機(jī)選型時(shí)應(yīng)注意所處的運(yùn)營(yíng)階段。4)在國(guó)標(biāo)犆犗犘及犐犘犔犞值相當(dāng)情況下，不同主機(jī)的NPLV差異可能較大，以滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)的犆犗犘或犐犘犔犞作為主機(jī)選型主要性能參數(shù)往往不能選到最適合的機(jī)組;在南方地鐵工程中NPLV普遍低于犐犘犔犞，設(shè)計(jì)人員在核算系統(tǒng)能效時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注該差異。

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　　作者：羅燕萍☆吳紹康