冷水机组负荷分配策略研究

冷水机组负荷分配策略研究

0优化冷水机组内部负荷分配随着建筑规模的不断扩大，服务的空调系统的规模也不断扩大。例如，必须同时运营两个多冷水机组以满足负荷需求。对于多台冷水机组空调系统,冷水机组的能耗不仅由其本身的特性(全负荷性能和部分负荷性能)决定,而且还与部分负荷下冷水机组间的负荷分配策略有关。因此,在冷水机组选型后,如何寻求一最优负荷分配策略以最大程度地提高整个系统的运行效率便成了空调系统节能的关键。本文以两台相同容量并联运行的冷水机组(包括螺杆式和活塞式两种类型)为例,通过比较不同负荷分配方案下冷水机组的能耗,确定最优负荷分配策略。1机组冷水机组本文研究对象为北京地区某建筑物中的空调系统。该空调系统夏季(5～9月)运行,运行时间为2880h,空调负荷率分布如表1所示。建筑物总冷负荷为1688kW,选择两台相同规格的冷水机组(螺杆式或活塞式)并联运行,每台机组冷量为844kW,其部分负荷性能参数见表2。为便于研究分析,假设螺杆式和活塞式冷水机组均能卸载到90%,80%,70%,60%,50%,40%,30%,20%,10%等负荷点;不考虑热惰性,认为系统负荷就是机组所承担的负荷。2不同负荷分布模式下的运营能耗2.1负荷分配方式均衡改变滑阀位置,可以实现螺杆式制冷压缩机在10%～100%范围内的能量调节。在30%～100%的能量范围内,螺杆式压缩机效率较高,在30%以下时,效率急剧下降。鉴于螺杆式压缩机的上述卸载特性,当系统采用两台相同容量螺杆式冷水机组并联运行时,在部分负荷状态下系统的负荷分配方案通常有两种。方案1为当系统负荷在50%以上时,主、从机各负担一半负荷;当系统负荷在50%以下时,由主机承担全部负荷。方案2为当系统负荷在50%以上时,主机全负荷运行,从机补充不足的负荷;当系统负荷在50%以下时,由主机负担全部负荷。计算得方案1运行总能耗为1.81×105kWh;方案2运行总能耗为1.926×105kWh。显然,上述两种分配方案均是以系统负荷的50%为切换点,采用不同控制方案。对于两台相同容量的冷水机组组合系统,这是常用的控制方法。然而,50%的部分负荷点未必就是最佳切换点。笔者建议通过绘制冷水机组负荷比-比功率关系图来确定最佳切换点,该图横坐标为系统负荷比,纵坐标为系统比功率(系统总耗功与系统总冷量的比值)。显然,若系统比功率小,则系统运行效率高。从负荷比-比功率关系图中可以得到不同部分负荷状态下的系统效率最大值。在不同的负荷区域,通过改变系统控制方式,使系统始终高效运行,减少系统能耗。现以表2中的螺杆式冷水机组为例,通过绘制冷水机组负荷比-比功率关系图,确定其部分负荷分配策略,并计算其运行总能耗。两台冷水机组均衡分担冷负荷控制方式的性能参数见表3;主冷水机组负担全部负荷,冷量不足时由从冷水机组承担剩余负荷控制方式的性能参数见表4。根据表3及表4中系统不同负荷比下相应的系统比功率即可绘制冷水机组负荷比-比功率关系图,见图1。图中曲线1为两台冷水机组平均分担冷负荷控制方式下的系统负荷比与系统比功率关系;曲线2为主冷水机组负担全部负荷,主冷水机组冷量不足时由从冷水机组承担剩余负荷控制方式下的系统负荷比与系统比功率的关系。从图中可以看出,当系统负荷比在30%以下时,应采用让主冷水机组承担全部负荷的控制方式;当系统负荷比处于30%～85%的范围内时,应采用两台冷水机组平均分担系统负荷的方式;当系统负荷比大于85%时,应采用主冷水机组满负荷运转,从冷水机组承担剩余的负荷的方式。采用此负荷分配策略系统运行总能耗为1.65×105kWh。各负荷比下主、从机的运行参数见表5。与方案1的系统运行总能耗1.81×105kWh相比,该方案节电率为9%;与方案2的运行总能耗1.926×105kWh相比,该方案节电率为14%。可以看出采用此负荷分配策略,节能效果显著。2.2负荷分配方式系统为便于比较,采用与螺杆式冷水机组相同的负荷分配方案进行运行能耗分析,方案1运行总能耗为2.403×105kWh,方案2运行总能耗为2.382×105kWh。依上述方法同样可做出活塞式冷水机组负荷比-比功率关系图,见图2,图中曲线1,2含义同图1。从图2可以看出,当系统负荷比小于25%时,应采用主冷水机组承担全部负荷的控制方式;当系统负荷比处于25%～50%之间时,应采用两台冷水机组平均分担全部负荷的方式;当系统负荷比大于50%时,应采用主冷水机组满负荷运行,从冷水机组承担剩余负荷的方式。采用此负荷分配策略的总能耗为2.345×105kWh。与方案1相比,该方案节电约2.4%;与方案2相比,该方案节电约1.6%。比较可知,活塞式冷水机组采用此负荷分配策略的节电率远小于螺杆式冷水机组的节电率。究其原因,主要是活塞式冷水机组的机组负荷率与机组输入功率百分比之间几乎成线性关系(从表2的数据可看出),其比功率近似为常数,因此,不同负荷分配方案的运行总能耗相差不大。3系统的节能效果对于两台相同容量并联运行的冷水机组可通过绘制冷水机组负荷比-比功率关系图确定其最优负荷分配策略,以尽可能地减少系统运行总能耗,达到节能的效果。与活塞式冷水机组系