中国城市碳排放与低碳城市建设研究--青岛城市碳排放分析与低碳城市建设探讨.pdf

冷冻站房能效系数的推导和实例分析
钱轶霆
[上海烟草(集团)公司设备处]
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【摘要】目前在大多数企事业单位所关心的空调设施能效情况,其目的不仅仅为考虑能耗成本费用问题,更主要是考虑在限电规定用电范围内,最大能力提高空调设施使用效率,最大范围满足生产经营和行政办公的需求。
由于以往业内缺乏足够的研究和规范,占整个空调设施用电量最大的中央空调系统能效指标至今仍然没有一个统一的认识和研究。特别是针对冷冻站房尚未制定出与锅炉房和空压站类似的用能评价指标。
【关键词】冷冻站房空调设施能效指标性能系数COP､EER､COP
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一、前言
随着我国城市经济的发展,能源的供求矛盾日益突出。特别在近两年来的夏季和冬季的极端气温时段,各大城市的电力供应紧张问题已成为关注的焦点。工商业和民用空调设施在极端气温时段的大量使用是造成这一情况产生的主要原因。据政府有关部门调查数据表明,在极端气温时段空调设施用电量占整个用电量的40%以上。当城市用电负荷达到极限时,临时强制性限电拉电措施成为最常见的行政手段,这已严重地影响了各企业单位的正常生产经营。由于电力供应设施发展速度在今后几年内都无法跟上城市经济发展的速度,所以在未来的几年中,一旦极端气温时间延长将造成电力供应的缺口进一步拉大。因此,如何有效控制空调设施的能效问题已形成共识。目前在大多数企事业单位所关心的空调设施能效情况,其目的不仅仅为考虑能耗成本费用问题,更主要是考虑在限电规定用电范围内,最大能力提高空调设施使用效率,最大范围满足生产经营和行政办公的需求。经历了2003年高温气候的考验,自2004年春季开始,关于空调设备的各项节能措施和空调设备的能耗指标纷纷见诸报端。其中
EER指标和COP指标更成为了控制产品进入市场的标准。由于以往业内缺乏足够的研究和规范,占整个空调设施用电量最大的中央空调协调能效指标至今仍然没有一个统一的认识和研究。特别是针对冷冻站房尚未制定出与锅炉房和空压站类似的用能评价指标。而国外还没有相关的技术标准可参考。本文主要就中央空调系统的核心能量转换部分一电驱动制冷主机的冷冻站房能效系数作一推导和应用分析。
二、电驱动冷冻站房能效系数的推导

从热力学角度说,制冷系统是利用逆向循环的能量转换系统。按补偿能量的形式(或驱动方式),前面所提及的制冷方法归为两大类:以机械能或电能为补偿的和以热能为补偿的。前者如蒸气压缩式、热电式制冷机等;后者如吸收、蒸气喷射、吸附式制冷机等。两类制冷机的能量转换关系如图1所示。
图1 制冷机的能量转换关系
A以电能或机械能驱动的制冷机B以热能驱动的制冷机
热力学关心的是能量转换的经济性,即花费一定的补偿能,可以收到多少制冷效果(制冷量)。

根据上述原理,对于机械或电驱动方式的制冷机引入制冷系数ε来衡量;对于热能驱动方式的制冷机,引入热力系数ξ来衡量。
(1)ε=Q0/W
(2)ξ= Q0/Qg式中
Q0——制冷机的制冷量
W——制冷机的轴功率(为便于实际测量和计算常以输入功率来代替)
Qg——驱动热源向制冷机输入的热量
国外习惯上将制冷系数ε和热力系数ξ统称为制冷机的性能系数COP(Coefficience of Performance)。
而对于中小型空调器引入了EER系数来衡量:
EER=标准规定的名义产冷量(KW)空调器的消耗功率(KW)
由上可知,COP与EER都是标志着制冷单位冷(热)量所需消耗的能量,因此COP和EER都是针对不同类型空调设备节能评价指标,其理论基础是一致的。但是通过比较,我们可以看到:由于影响COP值的两个变量实际制冷量以及输入功率比起影响EER值的两个变量标准规定的名义产冷量和空调器的消耗功率更便于实时监测和计算。因此,COP指数更适应评价实际运行变化中的制冷空调设备。

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COPE指数计算方法如下:
公式① COPE=Q/N
式中:Q——冷冻站房即时制冷量(见公式②)KW
N——冷冻站房制冷系统(包括运行的制冷机组、辅机、循环水泵、冷却水泵、风冷冷凝器等)即时有效输入功率(见公式③)KW