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摘 要 :本项目是一个五星级酒店的更新改造工程，根据节能要求相关规定，本空调系统的全年平均能效比EER需达到5.4以上，才能达到预定节能效果。本文旨在介绍如何对冷水机组进行合理地选型、末端设备选型及管路要求及以达到预定的节能要求。
关键词综合能效比EER；冷水机组；空调系统能耗
Abstract: This project is a renovation project of a five Stars Hotel, the relevant provisions on energy requirements, the annual average energy efficiency of the air conditioning system than EER need to reach more than 5.4, to reach the effect of energy saving. This paper aims to introduce how to make reasonable selection of chillers, terminal equipment selection and piping requirements and to meet the requirements prescribed energy.
Key words comprehensive energy efficiency than EER; chiller; energy consumption of air conditioning system
中图分类号：TB494文献标识码：A文章编码：
一、项目概况
本工程的冷源机房设计有3台700RT的离心式冷水机组（2用1备），2台350RT的离心式冷水机组，7台冷冻水泵（L＝145m3/h、18.5Kw，6用1备），7台冷却水泵（L＝292m3/h、30Kw，6用1备），8台冷却塔（L＝300m3/h、7.5Kw，6用2备）。
冷冻水采用大温差设计进出水温为15℃/7℃，冷却水进出水温为32℃/37℃。设计要求满负荷空调主机房冷源系统制冷综合能效比EER设计值须不低于4.88，全年实测制冷综合能效比EER值不低于5.4。
1、满负荷EER计算要求
设计要求满负荷空调主机房冷源系统制冷综合能效比EER设计值不低于4.88，即：
计算公式：EER总1=Q总冷量 /N总 (设计工况)
N总=N1+N2+N3+N4
式中：
Q总冷量1=2100RT×3.5169=7385.5KW(设计工况满负荷为2100RT)
N总1：满负荷空调主机房冷源系统制冷电功率。
N1：冷水机组合在设计工况下，共输出2100RT冷量时的实际电功率之和。
N2：冷冻水泵组在设计工况下，冷水机组输出2100RT冷量时的对应冷冻水流量时的实际电功率之和（KW）。
N3：冷却水泵组在设计工况下，冷水机组输出2100RT冷量时的对应冷却水流量时的实际电功率之和(KW)。
N4：冷却塔组合在设计工况下，冷水机组输出2100RT冷量时的对应冷却塔组合的实际电功率之和(KW)。
2、全年制冷综合能效比EER计算要求
按项目实际的负荷情况，保证空调冷热源主机房系统在全年实测制冷综合能效比EER值不低于5.4，即
计算公式：EER总2=Q总冷量2 /N总 2 (全年)
N总2=N1’+N2’+N3’+N4’
式中：
Q总冷量2: 全年主机房冷冻水输出冷量计量表读数(实际测量值累计之和KW*h)。
N1’:冷水机组的计量电表度数(实际测量值全年累计之和KW*h)。
N2’:冷冻水泵组合的计量电表度数(实际测量值全年累计之和KW*h)。
N3’:冷却水泵组合的计量电表度数(实际测量值全年累计之和KW*h)。
N4’:冷却塔组合的计量电表度数(实际测量值全年累计之和KW*h)。
二、需求分析
1、设备功率情况
按设计要求离心式和螺杆式冷水机组COP≥6.1，按COP＝6.1初步计算出设备功率在总共功率的占比情况：
【表1】
2、设备效率分析
从表1可以看出，冷水机组的功率占总功率比达到78.27％，即冷水机组的效率对全年制冷综合能效比EER值影响最大。由于螺杆冷水机组的效率普遍不高，负荷率占比低，所以离心式冷水机组的效率对EER的影响最大。
而冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的效率小计为21.63％，且采用变频运行，所以其设备效率对EER影响不大，其中值得注意的是冷却塔的回水温度对冷水机组的效率影响很大。
3、满负荷EER分析
查各品牌的冷水机组可以知道，冷冻水流量平均为265 m3/h左右，冷却水流量平均为250 m3/h左右，结合流量情况代入水泵运行曲线：
冷冻水泵在冷水机组满负荷时功率为：16.6Kw/台，小计99.6Kw；
冷却水泵在冷水机组满负荷时功率为：26.4Kw/台，小计158.4Kw。
由此推算出，当主机国标工况效率COP达到6.1时，
满负荷EER＝2100RT×3.5169/1509Kw＝4.89，满足要求。
所以研发的重点在于：如何选择离心式冷水机组来确保全年制冷综合能效比EER值达到要求。
三、冷水机组单机运行特性
【表2】离心式冷水机组运行特性曲线
注：曲线代表不同温度冷却水和不同负荷时的COP。
由表2可以看出，离心式冷水机组的效率COP会根据负荷、冷却水温度的变化而变化。并非负荷越高效率越高，但冷却水温越低效率越高。所以冷水机组，特別是离心式冷水机组的设计工况的能效比（COP值）和设计工况综合部分负荷能效（NPLV值）对本项目节能研发的重要要素。
四、建立环境模型
根据离心冷水机组的效率由负荷和冷却水温而影响，所以根据负荷和冷却水温建立本项目节能的环境模型。
根据2010年项目原冷冻机房的耗电数据，分析出项目每个月份的空调负荷。另外，从“中国气象科学数据共享服务网”1971~2000年数据得每个月的干球温度和相对湿度，由两者可计算得出每个月的湿球温度，冷却回水温度可在此温度上加4℃~5℃，由于节能要求较高，本工程保守取5℃。由以上两项数据建立的模型如下：
【表3】
五、机组选型模型
1、根据环境模型编制计算表，如下表
【表4】
注：设备除冷冻主机、水泵、冷却塔外，还需考虑要考虑冷冻机房辅助设备，如冷冻油、变频器、电动阀、水处理等的电量。
2、计算说明
（1）考虑到螺杆机组的效率偏低，在某范围负荷内可以允许同时开3台离心主机，而非备用一台离心主机不启动。
（2）根据主机最优的开机策略，确定在部分负荷下，每台主机所承担的负荷，再根据当月的冷却水温度和厂家提供的资料参数，使用以下公式计算每台主机的输入功率。
即：W=QC/COP，———制冷量kw，W———输入功率kw
（3）由于冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔所占的负荷率不高，不再单独计算每台设备的功耗，而采用总功耗近似计算。
（4）由于水泵采用变频控制，水泵功耗可按下列公式计算，即：
P=Pth(0.0013 + 0.147 *η + 0.9506 *η2 - 0.0998 *η3)，———水泵额定输入功率kw，———负荷百分比。
（5）冷却塔功耗，——冷却塔额定输入功率kw，——负荷百分比
（6）空调系统能效比EER：
，———制冷总量kw，———空调系统总输入功率kw
3、计算模型近似分析
在收据大量数据进行分析后，为了得到最高的EER值，各品牌机组运行策略基本相同，且其螺杆机组的效率曲线基本类似。所以可以采用给定条件的方法来确定离心机组的最低COP曲线值，如下表所示：
【表5】年平均EER为5.4情况下的机组COP曲线
由上表可以看出，在本项目的环境模型下，如果拟选择主机在1月~12月的COP曲线处于白色区域的（阴影山峰上方），方有可能可以达到全年EER为5.4的目标值；如果曲线处于阴影山峰内，则无法实现全年EER目标。同时由上表可以发现，100%负荷时机组的COP值最低，由于各主机的COP运行曲线基本类似，也就是说当主机满负荷COP低于上表中的最低值（COP=6.21），系统难以实现全年EER值目标。
六、机组选型
1、将各品牌厂商的选型机组数据和开机策略的数据填入表3中，即可得到全年的EER值。
2、各品牌机组选型数据和全年的EER值表，其中的计算过程不在此在阐述。
【表6】
3、根据【表6】数据选择性价比高的机组，其中要注意的是，考虑系统水阻和主机加减载时的效率变化等不可预见因素，建议选择时需考虑5％以上的余量。所以在本项目中，选择品牌2。
七、配套节能技术
1、机组群控制
在部分负荷下，需要合理的选择机组的加减机，使冷水机组群达到最高的效率。这工作由自控系统完成，所以系统需要具备以下功能：
1）能根据一定的算法确保机组（组合）运行在最优效率区间。
2）系统通过压差调节旁通阀满足冷水机组蒸发器端最低流量需求，保证稳定运行。
2、机房群控
机房群控需要具备全面监控功能，群控系统在自控的基础上还需求如下：
1）在每台冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔安装功率表、流量计，以提取一定周期内的功率消耗情况，从而为能源使用状态提供数据。
2）监控每台冷水机组的冷冻水和冷却水两侧水温度、压力、水流开关状态、电动阀门状态，监控设备状态。
3）在冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔根据设备数量安装相应负荷的变频器，并安装水压力传感器，监测前后端压力。
4）末端风柜的监控必须纳入群控中。
5）能收集到客房风机盘管的工作情况，例如：冷冻水比例积分阀的开度。
由于机房群控的主要对象是冷水机组，建议由冷水机组供应商实施群控工作。
3、末端设备，例如风柜、风机盘管必须按设计选择大冷冻水温差（7℃/15℃）的设备。
4、对冷水机组、水泵、阀门、过滤器、管路等水阻进行复核（计算不详述），采用水阻小的装置，尽可能降低水泵功耗。例如增加冷水机组的炮筒、增大配件配置、采用大弧度冲压弯头等。
5、采用较低回水温度的冷却塔将提高整个空调系统的EER。在采用30℃冷却塔后，预计离心式冷水机组最高将节能9%，螺杆式冷水机组最高将节能8%，整个空调系统将节能5%。
八、预计效益
1）根据冷水机组能耗占空调系统总能耗的比例，折合到空调系统总节能率，预期对整个通风空调系统节能贡献率为15%左右。
2）酒店改造前冷源机房满负荷EER值仅有3.76，全年综合运行EER值约为4.2。节能改造后冷源机房满负荷EER值为4.95，全年综合运行EER值约为5.4（按计算值的95%计算），冷源机房系统预计节能约30%。
3）由于在国内还没有空调系统能做到全年平均EER为5.4，本项目的空调节能要求很高，属于国内一流水平。成功实施本项目的空调主機节能工程，将给公司带来巨大的社会效益。
关键词综合能效比EER；冷水机组；空调系统能耗
Abstract: This project is a renovation project of a five Stars Hotel, the relevant provisions on energy requirements, the annual average energy efficiency of the air conditioning system than EER need to reach more than 5.4, to reach the effect of energy saving. This paper aims to introduce how to make reasonable selection of chillers, terminal equipment selection and piping requirements and to meet the requirements prescribed energy.
Key words comprehensive energy efficiency than EER; chiller; energy consumption of air conditioning system
中图分类号：TB494文献标识码：A文章编码：
一、项目概况
本工程的冷源机房设计有3台700RT的离心式冷水机组（2用1备），2台350RT的离心式冷水机组，7台冷冻水泵（L＝145m3/h、18.5Kw，6用1备），7台冷却水泵（L＝292m3/h、30Kw，6用1备），8台冷却塔（L＝300m3/h、7.5Kw，6用2备）。
冷冻水采用大温差设计进出水温为15℃/7℃，冷却水进出水温为32℃/37℃。设计要求满负荷空调主机房冷源系统制冷综合能效比EER设计值须不低于4.88，全年实测制冷综合能效比EER值不低于5.4。
1、满负荷EER计算要求
设计要求满负荷空调主机房冷源系统制冷综合能效比EER设计值不低于4.88，即：
计算公式：EER总1=Q总冷量 /N总 (设计工况)
N总=N1+N2+N3+N4
式中：
Q总冷量1=2100RT×3.5169=7385.5KW(设计工况满负荷为2100RT)
N总1：满负荷空调主机房冷源系统制冷电功率。
N1：冷水机组合在设计工况下，共输出2100RT冷量时的实际电功率之和。
N2：冷冻水泵组在设计工况下，冷水机组输出2100RT冷量时的对应冷冻水流量时的实际电功率之和（KW）。
N3：冷却水泵组在设计工况下，冷水机组输出2100RT冷量时的对应冷却水流量时的实际电功率之和(KW)。
N4：冷却塔组合在设计工况下，冷水机组输出2100RT冷量时的对应冷却塔组合的实际电功率之和(KW)。
2、全年制冷综合能效比EER计算要求
按项目实际的负荷情况，保证空调冷热源主机房系统在全年实测制冷综合能效比EER值不低于5.4，即
计算公式：EER总2=Q总冷量2 /N总 2 (全年)
N总2=N1’+N2’+N3’+N4’
式中：
Q总冷量2: 全年主机房冷冻水输出冷量计量表读数(实际测量值累计之和KW*h)。
N1’:冷水机组的计量电表度数(实际测量值全年累计之和KW*h)。
N2’:冷冻水泵组合的计量电表度数(实际测量值全年累计之和KW*h)。
N3’:冷却水泵组合的计量电表度数(实际测量值全年累计之和KW*h)。
N4’:冷却塔组合的计量电表度数(实际测量值全年累计之和KW*h)。
二、需求分析
1、设备功率情况
按设计要求离心式和螺杆式冷水机组COP≥6.1，按COP＝6.1初步计算出设备功率在总共功率的占比情况：
【表1】
2、设备效率分析
从表1可以看出，冷水机组的功率占总功率比达到78.27％，即冷水机组的效率对全年制冷综合能效比EER值影响最大。由于螺杆冷水机组的效率普遍不高，负荷率占比低，所以离心式冷水机组的效率对EER的影响最大。
而冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的效率小计为21.63％，且采用变频运行，所以其设备效率对EER影响不大，其中值得注意的是冷却塔的回水温度对冷水机组的效率影响很大。
3、满负荷EER分析
查各品牌的冷水机组可以知道，冷冻水流量平均为265 m3/h左右，冷却水流量平均为250 m3/h左右，结合流量情况代入水泵运行曲线：
冷冻水泵在冷水机组满负荷时功率为：16.6Kw/台，小计99.6Kw；
冷却水泵在冷水机组满负荷时功率为：26.4Kw/台，小计158.4Kw。
由此推算出，当主机国标工况效率COP达到6.1时，
满负荷EER＝2100RT×3.5169/1509Kw＝4.89，满足要求。
所以研发的重点在于：如何选择离心式冷水机组来确保全年制冷综合能效比EER值达到要求。
三、冷水机组单机运行特性
【表2】离心式冷水机组运行特性曲线
注：曲线代表不同温度冷却水和不同负荷时的COP。
由表2可以看出，离心式冷水机组的效率COP会根据负荷、冷却水温度的变化而变化。并非负荷越高效率越高，但冷却水温越低效率越高。所以冷水机组，特別是离心式冷水机组的设计工况的能效比（COP值）和设计工况综合部分负荷能效（NPLV值）对本项目节能研发的重要要素。
四、建立环境模型
根据离心冷水机组的效率由负荷和冷却水温而影响，所以根据负荷和冷却水温建立本项目节能的环境模型。
根据2010年项目原冷冻机房的耗电数据，分析出项目每个月份的空调负荷。另外，从“中国气象科学数据共享服务网”1971~2000年数据得每个月的干球温度和相对湿度，由两者可计算得出每个月的湿球温度，冷却回水温度可在此温度上加4℃~5℃，由于节能要求较高，本工程保守取5℃。由以上两项数据建立的模型如下：
【表3】
五、机组选型模型
1、根据环境模型编制计算表，如下表
【表4】
注：设备除冷冻主机、水泵、冷却塔外，还需考虑要考虑冷冻机房辅助设备，如冷冻油、变频器、电动阀、水处理等的电量。
2、计算说明
（1）考虑到螺杆机组的效率偏低，在某范围负荷内可以允许同时开3台离心主机，而非备用一台离心主机不启动。
（2）根据主机最优的开机策略，确定在部分负荷下，每台主机所承担的负荷，再根据当月的冷却水温度和厂家提供的资料参数，使用以下公式计算每台主机的输入功率。
即：W=QC/COP，———制冷量kw，W———输入功率kw
（3）由于冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔所占的负荷率不高，不再单独计算每台设备的功耗，而采用总功耗近似计算。
（4）由于水泵采用变频控制，水泵功耗可按下列公式计算，即：
P=Pth(0.0013 + 0.147 *η + 0.9506 *η2 - 0.0998 *η3)，———水泵额定输入功率kw，———负荷百分比。
（5）冷却塔功耗，——冷却塔额定输入功率kw，——负荷百分比
（6）空调系统能效比EER：
，———制冷总量kw，———空调系统总输入功率kw
3、计算模型近似分析
在收据大量数据进行分析后，为了得到最高的EER值，各品牌机组运行策略基本相同，且其螺杆机组的效率曲线基本类似。所以可以采用给定条件的方法来确定离心机组的最低COP曲线值，如下表所示：
【表5】年平均EER为5.4情况下的机组COP曲线
由上表可以看出，在本项目的环境模型下，如果拟选择主机在1月~12月的COP曲线处于白色区域的（阴影山峰上方），方有可能可以达到全年EER为5.4的目标值；如果曲线处于阴影山峰内，则无法实现全年EER目标。同时由上表可以发现，100%负荷时机组的COP值最低，由于各主机的COP运行曲线基本类似，也就是说当主机满负荷COP低于上表中的最低值（COP=6.21），系统难以实现全年EER值目标。
六、机组选型
1、将各品牌厂商的选型机组数据和开机策略的数据填入表3中，即可得到全年的EER值。
2、各品牌机组选型数据和全年的EER值表，其中的计算过程不在此在阐述。
【表6】
3、根据【表6】数据选择性价比高的机组，其中要注意的是，考虑系统水阻和主机加减载时的效率变化等不可预见因素，建议选择时需考虑5％以上的余量。所以在本项目中，选择品牌2。
七、配套节能技术
1、机组群控制
在部分负荷下，需要合理的选择机组的加减机，使冷水机组群达到最高的效率。这工作由自控系统完成，所以系统需要具备以下功能：
1）能根据一定的算法确保机组（组合）运行在最优效率区间。
2）系统通过压差调节旁通阀满足冷水机组蒸发器端最低流量需求，保证稳定运行。
2、机房群控
机房群控需要具备全面监控功能，群控系统在自控的基础上还需求如下：
1）在每台冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔安装功率表、流量计，以提取一定周期内的功率消耗情况，从而为能源使用状态提供数据。
2）监控每台冷水机组的冷冻水和冷却水两侧水温度、压力、水流开关状态、电动阀门状态，监控设备状态。
3）在冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔根据设备数量安装相应负荷的变频器，并安装水压力传感器，监测前后端压力。
4）末端风柜的监控必须纳入群控中。
5）能收集到客房风机盘管的工作情况，例如：冷冻水比例积分阀的开度。
由于机房群控的主要对象是冷水机组，建议由冷水机组供应商实施群控工作。
3、末端设备，例如风柜、风机盘管必须按设计选择大冷冻水温差（7℃/15℃）的设备。
4、对冷水机组、水泵、阀门、过滤器、管路等水阻进行复核（计算不详述），采用水阻小的装置，尽可能降低水泵功耗。例如增加冷水机组的炮筒、增大配件配置、采用大弧度冲压弯头等。
5、采用较低回水温度的冷却塔将提高整个空调系统的EER。在采用30℃冷却塔后，预计离心式冷水机组最高将节能9%，螺杆式冷水机组最高将节能8%，整个空调系统将节能5%。
八、预计效益
1）根据冷水机组能耗占空调系统总能耗的比例，折合到空调系统总节能率，预期对整个通风空调系统节能贡献率为15%左右。
2）酒店改造前冷源机房满负荷EER值仅有3.76，全年综合运行EER值约为4.2。节能改造后冷源机房满负荷EER值为4.95，全年综合运行EER值约为5.4（按计算值的95%计算），冷源机房系统预计节能约30%。
3）由于在国内还没有空调系统能做到全年平均EER为5.4，本项目的空调节能要求很高，属于国内一流水平。成功实施本项目的空调主機节能工程，将给公司带来巨大的社会效益。