空调冷源运行效率比较

空调冷源运行效率比较

1电、溴化锂吸收式冷水机组中国中央政府的大多数冷源是压缩冷水机组（包括活塞式、离心式和螺杆式）、冷热装置（包括空冷泵和水源热泵）、溴化钛、吸收式冷水机组或冷温水机和锅炉。这些冷热源的驱动能源(如压缩式机组采用的是电、溴化锂吸收式制冷机采用的是蒸汽、燃气与燃油)、效率、能耗和对环境的影响各不相同。本文拟就几种在中国常用的空调冷源作一次能源效率和对环境影响的比较。2吸收式制冷机的能耗及能耗计算为了比较各种冷源的能源利用情况,本文将比较的基准统一为“一次能源”利用率,即单位制冷量或制热量所消耗的一次能源量,PER,单位为kW/kW。对于电动压缩式制冷机或热泵,它们的一次能源利用率为:ΡER=Q0W×ηf×ηw×ηyPER=Q0W×ηf×ηw×ηy式中Q0-制冷机的制冷量,kW;W-输入制冷机的电量,kW;ηf-电厂的供电效率;取30.1%(中国的供电煤耗为404g标准煤/kWh);ηw-电网的输送效率,取92%;ηy-压缩机的电机效率,取90%。对于溴化锂吸收式制冷机来说,当驱动为蒸汽时,其一次能源利用率为:ΡER=Q0Qgηg×ηsg×ηgd+Wrbηf×ηw×ηyPER=Q0Qgηg×ηsg×ηgd+Wrbηf×ηw×ηy式中Q0-溴化锂蒸汽吸收式制冷机的制冷量,kW;Qg-吸收式制冷机所消耗的热量,kW;ηg-锅炉效率,一般为0.6～0.75;ηsg-室内外输送管道等的热效率,一般为0.93～0.94;ηgd-锅炉房内管道热效率,一般为0.9～0.95;Wrb-溴化锂吸收式制冷机溶液泵、冷剂泵、真空泵等的耗电,kW。式中分母的第二项为蒸汽型溴化锂吸收式制冷机溶液泵、冷剂泵、真空泵等所需的耗电转换成一次能源利用的情况。对于直燃式溴化锂吸收式制冷机,由于燃气(天然气或煤气等)、燃油(重油或轻质油)均属于一次能源,故它的一次能源利用率为:ΡER=Q0Gr×qrz+Wrbηf×ηw×ηyPER=Q0Gr×qrz+Wrbηf×ηw×ηy式中Q0-为直燃式吸收式制冷机的制冷量,kW;Grl-为燃料的耗量,kg或m3;qrz-为使用燃料的热值,kJ/kg或kJ/m3;Wrb-直燃式溴化锂吸收式制冷机的溶液泵、冷剂泵、真空泵等的耗电,kW。风冷热泵机组是用空气冷却,没有冷却水系统。而溴化锂吸收式制冷机组以及水冷的电动压缩式冷水机组则需要冷却水系统(包括水泵、输送管道、冷却塔等)。冷却水泵及冷却塔风机均要消耗一定的电能。冷却水泵消耗的电能按下式估算:Wlb=1.05LΗ102ηbWlb=1.05LH102ηb式中Wlb-冷却水泵的耗电,kW;1.05-富裕系数;L-泵的流量,L/s;H-泵的扬程,mH2O;ηb-泵及电机效率的乘积,一般取0.6～0.7,大系统可取高值。而冷却塔风机的耗电Wlf可按下表取:对于水冷电动压缩式冷水机组,考虑冷却水泵、冷却塔风机的耗电,其一次能源利用率为:ΡER=Q0W+Wlb+Wlf×ηf×ηw×ηyPER=Q0W+Wlb+Wlf×ηf×ηw×ηy对于风冷热泵机组,考虑风机耗电,其一次能源利用率为:ΡER=Q0W+Wlf×ηf×ηw×ηyPER=Q0W+Wlf×ηf×ηw×ηy式中Wlf-风冷热泵风机的耗电,kW。对于直燃式溴化锂制冷机的PER为:ΡER=Q0Grl⋅qrz+Wrb+Wlb×Wlfηf⋅ηw⋅ηyPER=Q0Grl⋅qrz+Wrb+Wlb×Wlfηf⋅ηw⋅ηy对于蒸汽型溴化锂吸收式制冷机,考虑冷却水系统耗电的一次能源利用率为:ΡER=Q0Qgηg×ηsg×ηgd+Wrb+Wlb+Wlfηf×ηw×ηyPER=Q0Qgηg×ηsg×ηgd+Wrb+Wlb+Wlfηf×ηw×ηy3在相同的过载条件下，一次能耗的比较被选作比较对象的机组在额定工况下的部分参数见表2。3.1per的能源利用率在制冷工况下,不考虑冷却系统的负荷,不同冷源的一次能耗情况见表3。从表3中可知,在额定工况下,离心式冷水机组的一次能源利用率PER最高,即消耗1kW的一次能源可获得的冷量最大。其次为螺杆式冷水机组。直燃型溴化锂吸收式机组排第三,离心式机组A的PER比直燃机G的高12.3%,比直燃机H高21.7%。而风冷热泵机组最低,离心机A的PER比螺杆风冷热泵机组E高出50.1%,而比涡旋式风冷热泵机组F高38.9%。可见,从一次能源利用来说,选离心式冷水机组最佳。3.2冷却系统能耗比较由于各种冷源的特点,在使用时,冷却系统所消耗的能量不一样,如吸收式机组所需的冷却负荷大,冷却水输送系统的耗能多;而风冷热泵采用空气冷却,冷却系统所需的能量较少,因此考虑冷却系统的能耗,各种冷源的一次能耗情况会有所不同。对于离心式、螺杆式冷水机组及直燃型、蒸汽型吸收式冷水机组的冷却水系统,根据各自冷却水流量,分别取20、30、40、50、60米水柱扬程来估算冷却水泵的耗电。而风冷热泵机组的冷却系统的耗电即为冷却风机的耗电。考虑冷却系统耗能时,各种冷源的一次能耗的比较见图1。从图1可知,考虑冷却系统的耗能后,离心式冷水机组的一次能源利用率仍然最高。螺杆式冷水机组要比离心式机组低一些。而直燃型溴化锂吸收式机组的一次能源利用率PER要比蒸汽型和风冷热泵机组的高。活塞式和螺杆式风冷热泵机组的PER最低。3.3制冷时机组的一次能源利用由于离心式、螺杆式和蒸汽吸收式冷水机组没有制热功能,因此制热时的比较只有直燃型溴化锂吸收式机组和风冷热泵机组。图2示出了制热时的一次能源利用的情况,图中的比较考虑了冷却系统的耗能。从图中可知,制热时,直燃型溴化锂吸收式机组的PER最大。G号机组的PER比D号风冷热泵机组的大25.2%,H号机组的PER也比D号风冷热泵机组的大23.7%。从一次能源利用率的角度看,似乎制热时,选直燃型溴化锂机组,其能源效率比风冷热泵机组要好。4次能耗情况由于缺少风冷热泵在部分负荷下运行的数据,因此部分负荷下的一次能耗比较只得不考虑风冷热泵机组。图3示出了在部分负荷时,几种冷源的一次能耗情况。从图3中可知,在部分负荷下,蒸汽双效吸收式制冷机的PER最低。当负荷率为75%时,离心式冷水机组A的PER最高,比螺杆机组C高4.1%,比直燃型机组H高20%,比蒸汽双效吸收式机组I高82.9%。负荷率为50%时,螺杆机组C的PER最高,比离心机组A高9.8%,比直燃机组H高29.8%,比双效吸收式机组Ⅰ高109.6%。负荷率在25%时仍然是螺杆机组C的PER最高。5污染源的排放下面分析各种冷源运行时污染物排放的问题。表4给出了中国火力发电厂用不同燃料发电时的污染物排放情况。直燃机用燃油或天然气作燃料时的污染物排放情况见表5。对二氧化碳的排放,我们采用国际政府间气候变化专家委员会(IPCC)公布的排放标准进行计算,该标准见表6。表7示出了所有机组单位冷量、单位时间所产生的污染物的排放量。水冷机组运行时冷却水泵的扬程取40m。发电的燃料为煤。从表7中可以看出,直燃型燃气机组的单位冷量、单位时间各种污染物排放量最小,这是因为它的燃料是清洁能源天然气。而风冷热泵机组的各种污染物的排放量均较高。6机理分类及能耗本文通过分析和讨论得出以下结论:(1)对于不同冷源来说,要比较它们的一次能源消耗的情况,可以用一次能源利用率来表示。(2)在中国用煤作为主要发电燃料和发电效率比较低的特定条件下,电力不能算作清洁能源。(3)在额定工况下,不考虑冷却系统的能耗,离心式冷水机组的一次能源利用率最高,而风冷热泵机组和蒸汽双效溴化锂吸收式机组的较低;考虑冷却系统的负荷,仍然是离心式冷水机组的一次能源利用率最高。(4)额定工况下,制热时,直