空调制冷机组的运行参数和负荷分配方案的优化

天津大学硕士学位论文空调制冷机组的运行参数和负荷分配方案的优化姓名：刘婷婷申请学位级别：硕士专业：制冷与低温工程指导教师：李汛20061201中文摘要目前使用最为广泛的两种空调制冷机组是蒸汽压缩式和吸收式制冷机组，本文首先用炯分析法对这两种机组中各个设备建立黑箱模型，用着对这两种机组的一次能源消耗量和经济效益进行了对比，用单位冷量的供冷成本做为评价两者经济效益的指标，给出两类制冷机组的供冷成本的表达式，并分析了供冷成本的构成和影响因素。为了弥补拥分析法无法为减少制冷机组的初投资提供指导的不足，本文采用已被成功应用于大型换熟器网络系统优化设计中的夹点温差分析法，以制冷机组的初投资和运行费用之和最小为目标，把冷凝器和蒸发器的夹点温差做为控制变量编制计算程序。整个计算程序包括物性计算模块、夹点温度计算模块、蒸发器和冷凝器换热计算模块、机组过计算得出夹点温差与机组该曲线看出减小夹点温差虽然可以提高同时也使所需的换热器的总面积增加，因此本文针对为降低制冷机组的运行费用而增加的初投资所需的回收年限问题进行了计算分析，得出使改造后的制冷机组所需的回收年限最少的夹点温差值。然后针对制冷量和机组初投资最少为目标对夹点温差值进行了优化选取。采用夹点温差法进行的优化分析的目的是使单台制冷机组在某一特定负荷时的运行达到最优，由于建筑物中的制冷机组大部分时间都在部分负荷下运行，因此还要确定合理的空调制冷机组的容量选配方案和机组的负荷分配策略，以达到使空调制冷机组全年运行总能耗最少的目的。本文先采用美国空调制冷学会提出的后用负荷频率法计算多台制冷机组并联运行的空调系统的全年运行总能耗，以系统的年总运行能耗最小为目标用求最佳的容量选配方案和负荷分配策略。最后对冷冻水侧变流量运行对机组性能的影响进行了计算分析，结果表明，冷冻水变流量系统的能耗量低于冷冻水定流量系统的能耗量，机组的运行负荷率越低，冷冻水变流量系统的节能优势越显著。关键词：空调制冷机组， 炯分析法，单位冷量供冷成本，夹点温差分析法，部分负荷性能to of he Bne of in to of of of t to of of as 11 OP of of to an o of of OP by he at of on n at at se o to n to as of to of of at 创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞叁堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：刊婷婷 签字日期： 勋了年 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解苤盗叁堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权墨鲞盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：蔼婷婷签字日期： 师签名套签字日期：九岬年一章绪论11研究课题的提出第一章绪论经济建设的发展和人们生活水平的提高使我国空调行业得到迅猛发展，这一方面为先进的生产和舒适的生活提供了用力的保障，而另一方面也使空调系统的能耗占建筑物总能耗的比重随之急剧增加，据统计，我国空调能耗占建筑总能耗的比例正以平均每年45的速度增长。空调能耗主要由空调制冷机组、水或空气输送系统以及空调末端装置三部分的能耗组成，其中空调制冷机组是空调系统中最主要的耗能单元，其日耗能量约占空调系统日总能耗量的70以上。因此研究探讨空调制冷机组的节能对于降低建筑物的能源消耗具有极其重要的意义。目前，依靠电力驱动的蒸汽压缩式制冷机组和以热能做为驱动能源的吸收式制冷机组是使用最为广泛的两种空调冷源型式。根据热力学第一和第二定律，节能的目的是要尽量减少能量质量的蜕变，节能就是节炯已成为广大学者共认的理论，因此本文首先用炯分析法来分析目前使用最广泛的蒸汽压缩式和溴化锂吸收式制冷机组的能耗情况，对系统中各个设备建立黑箱模型进行媚分析，通过分析指出循环中各热力过程煳损失发生的原因，从而为制冷机组的节能指明方向。为了对蒸汽压缩式和溴化锂吸收式制冷机组进行量化的对比分析，本文通过理论计算将两种机组的不同品质的能耗量折算成一次能源的消耗量，并用单位制冷量的供冷成本做为评价两类制冷机组经济效益的标准，使得对这两类制冷机组的能耗情况和经济效益进行的对比更加科学合理。煳分析法仅仅从降低制冷机组能耗的角度对运行参数进行优化，而没有考虑如何在降低能耗的同时减少初投资，因此本文采用夹点温差分析法，从节能节材的角度对压缩式制冷机组的运行参数进行优化，使机组用尽可能少的初投资取得较高的运行效率，从而为设计人员在为空调系统选择制冷机组的运行参数时提供了一定的理论依据。以上的分析计算都是针对机组在满负荷时的运行性能进行优化，然而建筑物的空调负荷是随室外气象参数的变化而变化的，它具有静态和动态两方面的特性。要想在满足负荷需求的前提下降低制冷机组的能耗，设计人员在选用机组时就不仅要根据负荷的静态特性(即总冷负荷的大小)决定制冷机组的总容量，还要使制冷机组的容量配置方案和负荷分配策略与负荷的动态特性(即建筑冷负荷的动态变化规律)相匹配，因此建筑物空调负荷的变化规律和制冷机组的部分负荷性能就成为确定制冷机组的容量配置方案和负荷分配策略的两个重要参数。本天津大学硕士学位论文 第一章绪论文引入空调冷负荷时间频数(概念，做为反映空调负荷变化规律的参数；用机组的负荷率功率百分数曲线来体现备选机组部分负荷性能。采用负荷频率法，以备选制冷机组的部分负荷性能曲线和建筑物的空调冷负荷时间频数为依据，借助达到使空调系统的全年总能耗最小的目的。12建筑物空调制冷机组节能研究的概况随着我国空调建筑物数量的增多，建筑物空调系统的能耗量随之急剧升高，甚至出现了建筑物空调系统与经济建设争抢电力资源的情况。对建筑物空调系统的运行能耗的调查结果表明，制冷机组的能耗占空调系统总能耗的比例是最大的，近年来，我国暖通空调学术界和工程界在空调制冷机组的节能方面也做了大量的工作。目前的观点是用能就是用媚，节能就是节炯，这是从过程推动力和实现能量转换以获得动力的观点来考察用能和节能，它可以揭示出所分析的对象即系统在热力学完善性意义上的薄弱环节。由于能源的质和量与其利润密切相关，因此炯分析法在能源生产和能源消费领域(如热电联产等)占有举足轻重的地位。文献315】应用炯分析法分别对蒸汽压缩式和溴化锂吸收式制冷机组的能源利用情况进行了分析，从热力学完善度的意义上指出了机组运行过程中的薄弱环节，为机组的节能运行指明了新方向。文献6】用炯经济学的理论对蒸汽压缩式制冷机组进行了优化。计算机技术的发展，使得利用计算机仿真，从理论计算的角度来实现整个系统的最佳匹配成为各国学者广泛采用的研究方法之一，目前许多学者都在进行空调设备的实验研究和仿真模型研究，这为制冷机组节能运行的研究提供了一定的理论依据。制冷系统仿真技术经历了从部件到系统、从稳态模拟到动态模拟、从采用集中参数法到分布参数法这一由简单到逐渐完善的历程。文献献【141建立了以分布参数为基础的空调换热器的仿真模型，用能量守恒、动量守恒、制冷守恒三个约束条件将制冷机组的四大部件联系起来求解，并以布参数法能透彻地探索所研究的制冷机组中各个部件的特性，可精确地模拟系统真实运行的情况，从而避免了设计人员仅靠经验判断而造成的不准确的估计和判断，但基于分布参数法建立的制冷机组的仿真模型较为复杂，所需计算时间较长，它适用于部件级的仿真研究。文献一种兼顾了仿真计算的效率和精度的分布集总参数法，它按照相变换热器的管内制冷剂的相态划分不同的计算区域，各相区的制冷剂物性参数用集总参数法方法处理，对每个区分别采用质量守恒和能量守恒定律以及不同的换热系数天津大学硕士学位论文 第一章绪论计算方法。对建筑物空调冷负荷的变化情况和空调系统中的制冷机组的运行情况的调查结果显示，空调冷负荷是随外界条件的变化而随时发生变化的，空调系统满负荷运行的时间仅占总运行时间的1520，但是以往的设计往往仅根据峰值负荷来选择制冷机组，使冷负荷的取值偏大，造成制冷机组选型过大，即使是在标准工况下运行，也将使制冷机组大部分时间都处于低负荷的运行状态，而且设计者在没有全面了解空调系统全年动态负荷变化规律的情况下，为设计和维修方便，通常选取几台型号相同、制冷量也相同的制冷机组，使得系统运行时不能根据负荷变化及时准确地调节冷量，也很难保证机组在高效率下工作。因此对建筑物空调冷负荷的变化规律、机组部分负荷性能以及制冷机组选配方案和运行模式的优化的研究越来越受到建筑物空调系统设计人员的重视。文献【16】讲述了如何用遗传算法来优化制冷机组的负荷分配以达到降低制冷机组能耗的目的。文献【19】结合工程实例说明了负荷动态特性和制冷机组性能匹配的重要性。文献20】提出用空调冷负荷时间频数(反映空调建筑物冷负荷的变化情况。文献221部分负荷综合性能值(计算方法和适用性。文献27】【2s分析了冷水机组设计选型时采用不对称设计的可行性和节能性。文献291出如何根据机组的部分负荷性能合理选择冷水机组的台数。综上所述，建筑物空调制冷机组的节能研究受到了暖通空调学术界和工程界的广泛重视，一些专家和设计人员已经做了大量有益的工作，并且取得了一定的研究成果，但是仍然还存在一些不足。比如基于分布参数法建立的空调制冷机组的仿真模型过于复杂，所需的计算时间较长；只有较少数的研究对目前使用最为广泛的蒸汽压缩式和溴化锂吸收式制冷机组的一次能源消耗量、经济效益等性能进行量化的对比分析，大部分的研究只是从理论分析上笼统地对这两种制冷机组进行对比；虽然建筑物空调冷负荷的变化规律和制冷机组部分负荷的性能受到广大空调系统设计人员的关注，但是如何根据这两个参数来确定最优的空调制冷机组的选配方案(选用制冷机组的台数和容量)和运行模式(制冷机组问冷量的分配)还是一个尚未找到很好的解决方法的问题。13本文的研究内容和研究方法131堋分析法：能更深入地揭示出系统中发生焖损失的部位和原因，从而为合理用能指明了方向。空调系统的炯流动情况如图l炯平衡方程和炯效率1的计算式如式(11)。皇天津大学硕士学位论文 第一章绪论本文从炯平衡的角度，采用烟分析法来计算分析目前空调系统中普遍采用的蒸汽压缩式制冷机组和溴化锂吸收式制冷机组在运行过程中能量的流动和转换过程，并对各热力过程炯损失发生的原因进行了分析。图1一l 系统炯流图取n=&嗍七1)刁2瓦 公瓦叫)及。脚稍放到环境的加系统的输入炯；132夹点温差分析法凰。内部炯损失；凰呻输送到用户端的媚；夹点温差分析法已被成功地应用于大型换热网络系统的优化设计中。在大型换热网络中，一些物流需要加热，而另一些物流则需要冷却，人们希望合理地把这些物流匹配在一起，充分利用热物流去加热冷物流，提高系统的热回收能力，以便尽可能地减少加热和辅助冷却负荷，这就存在着如何确定物流间匹配换热的结构以及相应的换热负荷分配的问题，夹点温差法可有效地解决这一问题。这种方法通过在后根据技术经济参数和相应的冷热物流、物性数据，在该图上搜索最优的夹点温差值，以有效地分配传热温差和传热负荷，实现物流间的合理匹配，使整个换热网络系统的能耗最少。本文将这种分析方法运用到空调制冷系统的优化设计中，在提高制冷系统可能地减少换热器的耗材，把节能和节材有机地结合起来，最终达到系统优化的目的。制冷机组中蒸发器和冷凝器的制冷剂流和冷却介质流之间的温差值最小的点被称为夹点，这个最小的温差值就称为夹点温差。夹点温差越小，则换热器两侧流体的平均换热温差越小，则制冷系统的性能系数同时换热器所需要的总换热面积也越大。因此夹点温差的大小不仅对制冷系统初投资有所影响，而且会影响制冷系统的运行费用，夹点温差分析法就天津大学硕士学位论文 第一章绪论是以冷凝器的夹点温差空调制冷机组的初投资和运行费用之和最小做为目标编制程序，以其达到使系统性能优化配置的目的。133空调制冷机组的容量选配方案和机组运行模式的确定由于建筑物的空调负荷是随外界条件的变化而随时变化的，因此要根据建筑物空调负荷全年的变化规律和空调制冷机组的部分负荷性能来确定合理的制冷机组的容量选配方案和运行模式，以降低空调系统的全年运行总能耗，因此建筑物空调负荷的变化规律和备选制冷机组的部分负荷性能是设计人员在确定机组的选配方案和运行模式时的重要参数。本文采用文献20】提出的空调冷负荷时间频数(概念作为反映空调系统全年冷负荷变化规律的参数，它是各个空调负荷率出现的小时数占制冷机组全年运行总小时数的比例；采用美国空调制冷学会(2标准中提出的部分负荷综合值为评价单台制冷机组的部分负荷性能的指标(如式脱矿=001A+042B+045C+012D 公式(1中：A、B、C、75、50、25负荷时的01、042、045、012为冷水机组运行的时间权重系数；对于采用多台制冷机组并联运行的空调系统，本文采用负荷频率法(如式算制冷机组全年的运行总能耗，借助合出空调系统所选用的制冷机组的负荷功率函数式，以系统年总功耗值最小为目标，来寻求一个最佳的空调制冷机组的负荷分配方案，使制冷机组以最优的负荷分配策略来最大程度地提高整个空调系统的运行效率。尸=() 公式(13)式中：P制冷机组运行的慰韶耗值；，第l(第制冷机组的台数；负荷率的分段数；天津大学硕士学位论文 第二章常用制冷机组的调制冷机组的性能分析及比较电力驱动的蒸汽压缩式制冷机组和热力驱动的吸收式制冷机组是目前空调系统中使用最为广泛的两种空调冷源。本文采用基于热力学第二定律的炯分析法来分析这两种类型的制冷机组在运行中的能量流动和转换过程；然后将这两种制冷机组所消耗的不同品质的能量折合成一次能源的消耗量(标准煤耗量)，并用单位冷量供冷成本作为评价机组经济性的指标，对这两种类型的制冷机组进行了量化的对比分析。21蒸汽压缩式制冷机组的性能分析蒸汽压缩式制冷机组的制冷系数一般远高于吸收式机组，使用寿命一般为15种制冷机组由于用电作为动力源，而空调负荷高峰期正好也是工业用电的高峰期，所以可能会出现蒸汽压缩式制冷机组与工业生产争抢电力的情况，而且部分氟利昂制冷剂的逐步禁用也使该类型空调制冷机组的发展受到了一定程度的阻碍。单级蒸汽压缩式制冷循环各热力过程的媚损计算式如文献【4】所述，本文所用计算参数如下：(工质为境温度瓦=30： 空调用冷水温度r=7； 冷却水温度=37C；过冷度=5； 过热度 压缩机绝热效率=08蒸发器传热温差=2； 冷凝器传热温差=8；通过编程计算各部分炯损失如表2一l：表21 制冷循环各热力过程炯损计算结果序号 名称 计算结果 占输入功比例()l 压缩机输入焖(2965 1 002 压缩机炯损(1(J) 5343 1 8023 冷凝器煳损(心) 7286 24574 节流炯损(724 9195 蒸发器媚损(1 1163 3926 总炯损(103 16516 。 5577 冷量煳(103 131348 烟效率()4439 659从表21的计算结果可看出：(1)在上述制冷系统中，虽然59，但媚效率仅为443，输入功中的557都转化为不可逆的此从炯分析的角度来说，该系统仍具有很大的节能潜力。天津大学硕士学位论文 第二章常用制冷机组的佣分析及比较(2)发生在制冷机组中各部件的炯损失由高到低依次为：冷凝器的煳损压缩机媚损节流煳损蒸发器的此要尽可能地回收利用冷凝排热量；而压缩机的焖损失是由于压缩过程偏离理想定熵压缩过程，故要通过通过改进压缩机的设计来减小其内部的流动阻力和机械摩擦，以提高绝热压缩效率。当所需的蒸发温度低于单级压缩的最低蒸发温度时，为保证机组运行的安全性和经济性，常采用两级蒸汽压缩制冷循环。两级制冷循环的中间压力的选择不仅影响循环的性能，而且还会影响压缩机的安全性，本文计算分析了以算结果如图2设蒸发温度恒定)，横坐标是无量纲化值a：a=O。( 公式(2图21看出，当着冷凝温度的降低，循环的效率逐渐升高；而当冷凝温度一定时，存在一个最佳的循环的效率最高，如图2一佳，所以最佳中间温度的取值大概在蒸发温度和冷凝温度的算术平均值左右。双级蒸汽压缩式循环的吸收式制冷机组的性能分析吸收式制冷机组以热能为动力源，可有效减轻空调用电对城市电网造成的压力，因此近年来在我国集中式空调系统中，溴化锂制冷机组所占的比例在逐步增大。溴化锂吸收式制冷机组主要由蒸发器、吸收器、冷凝器、发生器、溶液热交换器等设备组成，根据机组所使用的热源型式，可将其分为蒸汽型、热水型和直天津大学硕士学位论文 第二章常用制冷机组的炯分析及比较燃型三种类型。单效溴化锂吸收式冷水机组的热力系数一般较低(0655)，而双效循环则可采用压力较高的蒸汽，热力系数一般都在1以上，因此本文仅对双效吸收式制冷循环进行性能分析。双效串联流程和并联流程的工作过程基本相同，不同之处在于并联流程中从吸收器中出来的稀溶液分两路分别进入低压发生器和高温溶液热交换器，而在串联流程中从吸收器中出来的稀溶液先全部依次进入低温溶液热交换器、高压发生器，从高压发生器出来的中间浓度的溶液再进入高温溶液热交换器。本文仅详细论述并联流程的计算程序的编制过程。为了简化数学模型，本文在编制计算程序时采用如下假设：(1)假设低压发生器的发生压力等于冷凝压力。(2)假设高、低压发生器产生的蒸汽均为饱和蒸汽。(3)假设蒸发器出口的冷剂蒸汽为饱和蒸汽，冷凝器出口的冷剂水为饱和水。(4)高压发生器产生的冷剂蒸汽在低压发生器中放出热量后，以低发压力下的饱和水状态进入冷凝器。表2序流程如图2损计算式来自文献5。计算结果如表23所示：表2，总换热面积57695埘2，202；由上述计算过程及表21)吸收器中的烟损最大，占总焖损的333，这是由于吸收器中除了由冷却水带走的焖损失和由传热温差所造成的不可逆传热过程引起的：包括由混合过程所造成的不可逆传质过程引起的炯损失。如何降低吸收器在能量传递过程中的不可逆性是提高整个循环的烟效率的关键所在。比如通过采用高效传热管来强化换热过程以减小传热温差；通过在溴化锂溶液中添加表面活性剂来强化吸收器中的传质过程。天津大学硕士学位论文 第二章常用制冷机组的媚分析及比较(2)高温热交换器中的炯损失占第二位，这是由于进入高温热交换器进行热量交换的溶液的温度差和浓度差较大，因此能量的品质差别较大。l、冷冻水出水温度收压力pa却水进冷凝器温度凝温度压发生压力pd收温度t2=溶液浓度己和放气范围01六和度、压力，调用溶液物性计算程序，求出各点的焓值否，厶2厶+O05 发产生的蒸汽的凝结放热量)I、(低发的热负籍)：!l：一效率图22双效吸收式制冷循环性能分析的程序流程图本文计算了吸收式循环的性能随放气范围、冷却水总温升以及各换热器的传热温差的变化而变化的趋势，通过比较计算结果，放气范围和冷却水总温升对循环性能的影响较为明显，本文仅针对这两个参数对循环性能的影响进行分析：(1)如图23所示，随着高压发生器放气范围的增加，循环的热力系数逐渐增加，但增加的速度逐渐减缓。这是因为高发的循环倍率随放气范围的增加而减小，因此高发的单位热负荷随之降低；同时高发出口溶液的浓度和温度也随高发放气范围的增加而升高，因此高发产生的冷剂蒸汽的潜热值也增大，故低发所需高发提供的冷剂蒸汽量减少，因此高发的热负荷随之减小，循环的热力系数逐渐增加。但当放气范围增大到5之后，低压发生器的放气范围也会随高压发生器放气范围有明显的增大，因此所需高压发生器提供的冷剂蒸汽量会有所增加，而此时高压发生器产生的冷剂蒸汽的潜热值随高压发生器放气范围的增大而增大天津大学硕士学位论文 第二章常用制冷机组的烟分析及比较的趋势越来越慢，因此热力系数随高压发生器放气范围的增大而升高的趋势越来越缓慢。(2)循环的为当冷却水进口温度和冷却水的温升比(冷却水在吸收器中的温升和冷凝器中的温升之比)不变时，冷却水总温升的增加，第一会使吸收器出口溶液温度升高，故稀溶液的浓度增大，使得低压发生器产生的冷剂蒸汽量减少；第二还会使冷凝温度升高，所以循环的23并联流程的)如图23，溶液的最高温度(即高发出口浓溶液的温度)随放气范围的增加而升高。由于外界加热热源的温度必须要高于高压发生器出口浓溶液的温度，因此随着放气范围的增加，循环所需的外界加热热源的温度也随之升高，使得对高压发生器材料的耐高温要求也越来越高。对于串联流程，本文只列出计算结果如表24所示：表24双效串联流程各热力过程的炯损失炯效率为2952，总换热面积59795174；通过比较并联和串联流程的计算结果可得出如下结论：(1)串联流程的炯效率与并联流程相差不大，但并联流程中低压发生器和低温热交换器的煳损失大于串联流程中低压发生器和低温热交换器的煳损失。这是由于并联流程中低压发生器和低温热交换器的进比口溶液的温度差和浓度差都。比并联流程大，所以传热和传质过程的不可逆损失大于串联流程。(2)串联流程的是由于并联流程中稀溶液是分别进天津大学硕士学位论文 第二章常用制冷机组的炯分析及比较入高、低压发生器，所以高、低压发生器只得到了其所需要的稀溶液量，而串联流程中稀溶液全部都先进入高压发生器，使高压发生器的热负荷增大，因此串联流程的3蒸汽压缩式制冷机组与溴化锂吸收式制冷机组的比较231蒸汽压缩式冷水机组和溴化锂吸收式制冷机组能耗的对比分析在空调系统中，制冷机组是主要的能耗单元，其能耗约占空调总能耗的5070，而且不同类型的冷水机组的能耗差别很大，因此，分析制冷机组的能耗，选用节能的制冷机组，对于降低空调系统的能耗具有重要的意义。由于蒸汽压缩式冷水机组和溴化锂吸收式制冷机组所消耗的能量的品质不同，为了使两者的能耗情况具有可比性，本文把两种机组的能耗量折算成一次能源的消耗量来进行对比分析。选取的比较对象是美国一420与我国双良公司生产的标准空调工况下，这三台机组的性能参数如表25所示：表25机组的性能参数注：a蒸汽压力取为06汽凝水出口温度取90。C，则10的热量。b燃油热值为10300气热值为9310各类型机组的能耗折算成一次能耗，即将各类能耗量折算成一次能源标准煤的消耗量，如表26所示：天津大学硕士学位论文 第二章常用制冷机组的佣分析及比较表26制冷机组一次能耗量的比较注：a标准煤热值为7000kg；b发电效率取30，输电效率取90；c燃煤锅炉效率取70，燃油或燃气锅炉效率取84，蒸汽传输热损失取5：从表26可看出，各类型制冷机组的一次能源利用率由高到低为：离心式冷水机组直燃型吸收式冷水机组蒸汽型吸收式冷水机组(燃油或燃气)蒸汽型吸收式冷水机组(燃煤)由上述结果可看出，吸收式制冷机组的一次能源消耗量大于蒸汽压缩式机组，这也验证了吸收式制冷机组节电而不节能的说法。232两种制冷机组(冷水型)的经济性对比分析本文以冷水机组的供冷成本作为评价机组经济性的标准。供冷成本是指生产单位冷量某一温度的冷冻水(一般为7C)所需要的生产成本，它由以下三部分组成：R+九M+式(22)以运行成本，包括供冷运行时的能耗费用和冷却水系统的补水水费；砧维护成本，包括机组的维修、保养和管理人员工资福利等费用；t投资成本，将设备的一次性投资折现到每年的费用(设备的折旧费)；2321运行成本五冷机组单位制冷量的能耗费用九包括制取单位冷量所需的电能费用丸和燃料(或蒸汽)费用以。单位冷量的电能费用九是指制冷机组制取单位冷量时，冷水机组和冷却水天津大学硕士学位论文 第二章常用制冷机组的。=c。(占R凡矽公式(23)电价，元级制冷机组的制冷量，分别为冷水机组和冷却水循环系统所耗电能，汽压缩式冷水机组的单位冷量电耗量B级=1机组的季节能效比；吸收式冷水机组的电耗只包括机组中各个泵的电能消耗，本文假设机组不采用变频泵，泵的耗功按额定功率计算，通过对各厂家样本的统计分析，吸收式冷水机组单位制冷量的平均电耗E。，09却水循环系统单位冷量电耗包括冷却水水泵的电耗冷却塔风机的电耗P。式(24)。水泵扬程H、单位制冷量的冷却水循环流量q、水泵效率，7。和水泵电机效率刁。有关：而风机电耗据北京市1997年7月的空调电力负荷的统计，比例系数约为O022m3h)。托肚2甓嚣+0022xq(；公式(2设冷水机组的冷却水侧不采用变流量控制，通过计算，在标准空调工况下，单位制冷量的冷却水流量所示：表27单位制冷量的冷却水流量主 机 类 型 单位冷量冷却水流量h)15直燃型吸收式冷水机组03 124蒸汽双效吸收式冷水机组032(蒸汽压力为06汽压缩式制冷机组由于不使用燃料，因此其燃料费用元，=R=蒸汽型吸收式冷水机组的燃料费用名，=，中： C，、c，分别为燃料或蒸汽的价格(元直燃型机组消耗单位质量燃料所制取的冷量；蒸汽型机组消耗单位质量蒸汽所制取的冷量；冷水机组的冷却水由于蒸发、飞溅、定期的排污和泄漏等原因使水量减少，故需定期补充冷却水量，根据文献，补水量一般取为冷却水总循环水量的35，本文取4。故单位冷量的冷却水系统的补水费用五。=004c。q3600(C，是水费)。天津大学硕士学位论文 第二章常用制冷机组的佣分析及比较综上所述，在标准空调工况下，各类冷水机组单位制冷量的运行成本厶的表达式如式(25)：压缩式冷水机组：彳馕2 c，。(0000880065)+2410直燃型吸收式冷水机组：以2 C，。(o001260184)+35x 10咱C，；蒸汽型吸收式冷水机组：L=C，c。(00012901 86)+36x 10公式(25)根据式(25)计算得到各类型制冷机组的单位制冷量的运行成本五。如图24所示，计算中所取的各类能源的价格和机组的季节能效比如下所述：电费c。=05元08x 10；燃料费0。26当于3：E蒸汽费c，；63510。6元水费c，=1元泵扬程取为H=H，=H，=30m，蒸汽压缩式、直燃吸收式、蒸汽吸收式制冷机组的季节能效比分别取为：8； 05； 1用蒸汽压缩式 直燃吸收式 蒸汽型吸收式图24 各类型制冷机组单位冷量运行成本的比较从图24可看出，各类型制冷机组的单位冷量的运行成本中，主机的能耗费用所占的比例最大，三类制冷机组中直燃吸收式的主机能耗费用最大，蒸汽型吸收式次之，压缩式最少。直燃型和蒸汽型吸收式制冷机组的冷却水系统的能耗费用都比压缩式机组大，这是因为吸收式机组的冷凝排热量要远大于压缩式机天津大学硕士学位论文 第二章常用制冷机组的煳分析及比较组，因此冷却水系统的能耗费用也相应较高。直燃型吸收式冷水机组的单位冷量运行成本是三类机组中最高的，而蒸汽压缩式制冷机组的单位冷量的运行成本最低，蒸汽型吸收式制冷机组单位冷量的运行成本居中。2322制冷机组单位冷量的投资成本名文采用考虑资金的时间价值的费用年值法，将一次性投资分摊成每年的费用，则机组单位冷量的投资成本：以=口第； 公式(2(柚I)=吾端； i 贴现率()； n设备寿命；一次性设备投资和安装费用(元)。由于制冷机组大部分时间是在部分负荷的工况下运行，而机组在不同负荷点的运行时间又无法准确确定出来，因此计算机组全年总制冷量酝比较困难，所以引入当量满负荷运行时间f。的概念，其定义是建筑物全年空调冷负荷的总和绋(制冷机额定制冷量Qo(比值，如式(27)： =善瓦； 公式(2 -， 一 蟛。孝制冷机组的全年负荷率； 疋制冷机组全年运行时间；因此机组单位冷量的投资成本如式(28)：t=嘶班瓦去陬刎 公式(2 1(a单位额定制冷量的一次性设备投资和安装费用(元单位制冷量的维护成本，包括机组的维修、保养和管理人员福利等费用，其影响因素很多，故不易给出确切的数值，目前较多情况下是按设备初投资的一定比例计取维护管理费用，即k=彩(等=x公式(2上所述，在标准空调工况下，单位额定制冷量的各类型冷水机组的供冷成本的计算式(210)如下：(1)蒸汽压缩式冷水机组：cP(o00088Hl+o0065)+2410三1)直燃型吸收式冷水机组：c足=c(o，00126H2+o0184)+351 a(i,n2)蒸汽型吸收式冷水机组：c是=(o001290186)+36x 10+l at(i,n3)10)天津大学硕士学位论文 第二章常用制冷机组的炯分析及比较由式(210)可看出，各类能源的价格、机组的性能系数、水泵扬程、机组寿命、初投资和贴现率等因素都会影响各类制冷机组的单位冷量的供冷成本。根据式(210)计算出各类型制冷机组的单位冷量的供冷成本如图25所示：根据我国一些冷水机组生产厂家的产品样本，各类型冷水机组的单位额定制冷量的初投资取值如下：1200元1400元； 1000元各类型冷水机组的使用寿命为：刀=15年； 刀，=以=类型机组的冷却水泵的扬程现率i=8； 机组维护费用占机组初投资的3；系统的全年供冷时间疋取为1350小时，平均负荷率善取为40；则该机组的当量满负荷工作时间T。=135040=540d时；(元kWh) 一区图运行成本幡o餐佥025举o加稠佥015趟o10鞋蒸汽压缩式 直燃吸收式 蒸汽型吸收式图25各类型制冷机组的单位冷量供冷成本的比较如图25所示，直燃型制冷机组单位冷量的初投资最大，其单位冷量的供冷成本也最高，蒸汽压缩式制冷机组的单位冷量的供冷成本最少。因此，就本文的计算条件而言，蒸汽压缩式制冷机组的经济效益优于吸收式制冷机组。制冷机组单位冷量的供冷成本会随能源的价格、贴现率等因素的改变而有所改变，但能源价格的变化对它的影响最显著，本文提出一个(电费燃油费)的无量纲化比值表达式如式(211)。当该所示。从图26可看出，当量满负荷运行时间相同时，当燃型吸收式冷水机组的供冷成本高于蒸汽压缩式冷水机组，只有当燃型吸收式冷水机组的供冷成本才会低于蒸汽压缩式冷水机组。天津大学硕士学位论文 第二章常用制冷机组的=百,43600=否A嘉； 公北_11)A当地电价(元I【B当地油价(元-l(g)； R燃油的发热值(g)如果柴油价格为3200元吨，柴油的发热值为43470kJ机组的当量满负荷运行时间为1200h，则由图26可查得平衡比约为68，则只有当电价在18元l(燃型吸收式机组才与压缩式冷水机组具有经济上的竞争力。如图26所示，平衡比还随当量满负荷运行时间的变化而变化，当量满负荷运行时间越大，该平衡比值越小。所以直燃型吸收式机组不适用于音乐厅、体育馆等当量满负荷运行时间较小的建筑物，而适用于旅馆、百货公司等制冷机组当量满负荷运行时间较长的建筑物。24本章小结制冷机组单位额定制冷量随)本章用焖分析法，对蒸汽压缩式和吸收式制冷机组中各个设备建立黑箱炯分析模型，结果表明这两类机组的炯效率都不高(压缩式为44，吸收式约为30)，仍具有很大的节能潜力。对于两级压缩式循环，当中间温度取蒸发和冷凝温度的算术平均值时，循环的2)本章对蒸汽压缩式和吸收式制冷机组进行了量化的比较。结果表明，同等制冷量的直燃型机组的一次能耗略高于压缩式机组，而蒸汽型吸收式冷水机组的一次能耗约是压缩式的16倍，这就从量化的角度验证了吸收式制冷机组节电但不节能的结论。(3)本章用单位制冷量的供冷成本做为评价压缩式和吸收式制冷机组经济舍恨二章常用制冷机组的媚分析及比较性的指标，结果表明，直燃型制冷机组单位冷量的供冷成本最高，蒸汽压缩式制冷机组的单位冷量