理想COP电耗比例法-评价空调设备运行的简单方法

1 引言

空调系统各设备的作用是产生和输送一定的冷量或热量，各设备之间有一个比较合理的电耗比例。通过观察这些电耗的相对比例，就可以发现很多的设计和运行问题，为节约空调系统电耗指出方向。

2 空调系统各设备电耗比例的计算过程

理想COP电耗比例法对空调系统设备电耗的分析步骤包括以下几步：

第一：统计各空调设备的全年实际电耗。

一般大楼空调系统的耗电设备包括制冷机、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔、采暖泵、空调机组和风机盘管等。这一步就是要统计这些设备全年的实际电耗，统计的过程可以如下面所述的进行。

制冷机的电耗全天随负荷的变化而变化很大，一般在50％～100％变化，所以在一天内对制冷机的电耗要逐时进行统计。目前在绝大多数建筑 中，对冷机的运行参数都有比较全面的记录，这样通过运行记录就能得到冷机电流值的全天记录，结合冷机运行时间的记录就能得到某一天内冷机的电耗。通过对 4＃宾馆空调系统的分析，发现只要每隔5天统计一天的能耗，也就是每个月取7天的平均值，就可以比较精确地近似冷机这一个月的平均电耗，4＃宾馆这样近似 的冷机电耗和精确值误差只有2％，所以这样的近似计算是可行的。

对于冷却泵、冷冻泵、采暖泵等水泵，运行过程中电流基本上是全年不变化的，所以可以通过现场读电流表或看运行记录得到水泵电流值，结合运行时间，就可以计算其全年的电耗。

由于一般大楼内空调机组和风机盘管数目众多，所以可以用额定功率乘以运行时间近似其全年电耗，冷却塔风机电流值一般也全年不变，如果可以现场读到，则可以和水泵同样计算全年电耗，如果没有电流表，则可以用额定功率结合运行时间近似。

第二：测量出冷机的COP值。

通过这一步，一方面，对冷机的制冷性能进行评价，如果冷机的COP很低，则冷机的制冷性能将成为研究问题和存在节能潜力的方向之一；另一方面，测量冷机的COP也为下面的第三步分析做准备。

第三：计算冷机的COP理想电耗，然后计算出各设备实际电耗与该COP理想电耗的相对比例。

冷机运行的绝大多数时间中，COP变化一般不会很大，图1是4＃宾馆1＃冷机一段时间内的COP测量值。

现 在假定冷机的COP在整个制冷季节都维持不变，将第二步中测量出的冷机某个实际COP作为该冷机整个制冷季节恒定不变的COP值，又假定另有某一个理想冷 机，该冷机在整个制冷季节COP维持5不变，这样根据目前实际冷机的电耗和COP值，就可以计算出如果产生同样的冷量，COP为5的理想冷机需要的电耗值 是多少，将这个电耗值就定义为该冷机的COP理想电耗。

定义冷机COP理想电耗，并且研究别的空调设备电耗和冷机COP理想电耗的比例，而不是空调设备间实际的电耗比例，是为了消除冷机制冷效率COP下降对电耗比例的影响。

第四：将各设备电耗的相对比例和标准值进行比较，找出存在的问题和预测节能的潜力。

;预先通过大量实际空调系统的调查和测试，通过对比较没有问题的空调系统的各设备电耗比例的综合， 得出一套各空调设备电耗比例的标准值。

在此基础上，将第三步中计算出的电耗比例值和标准值进行比较，如果计算的比例和标准值不吻合，那么就需要围绕此不合适的比例做进一步的研究，找出可能存在的问题和预期可能的节能潜力。

由于旅馆、办公楼类建筑和商场类建筑的空调方式明显不同，前者主要为风机盘管加新风方式，而后者主要为全空气系统，所以其理想COP比例明显不同，下面分别加以说明。

3 旅馆、办公楼类建筑理想COP比例法标准值的确定

通过对多座大楼的现场测试，挑选了其中比较没有问题的三座大楼作为衡量别的大楼空调系统运行好坏的判断标准（三座大楼的建筑面积分别为6万平米，4.3万平米和5.6万平米），其电耗见表1。

根据前面叙述的方法，将冷机的电耗都折算为COP为5时的理想COP电耗，并且在此基础上，将别的空调设备的全年电耗与冷机的全年电耗进行比较，得出它们之间的比值，如果将冷机的理想COP电耗定为100，则别的空调设备的相对电耗比例如表2。

从 表2可以看出，风机盘管和空调箱的电耗比例各楼可能差别很大，特别是空调箱的电耗比例在40％～200％之间变化，这主要是因为各楼的风机盘管和空调箱的 开启时间差别很大造成的。如5＃宾馆的空调箱能耗比例大，主要是因为运行的时间较长，6、7、8、9月全天24小时运行，别的月份每天运行17小时，而 2＃宾馆不同的空调箱每天的运行时间一般在6～15小时。

三座大楼的冷冻水泵和冷却水泵的COP理想电耗比例是比较接近的，冷冻水泵和冷却水泵对冷机的理想COP电耗比例分别都在20％～25％之间。

4 商场类建筑理想COP比例法标准值的确定

将四家商场年空调能耗中各空调设备所占的比例列在同一张表中，如表3所示。

从 中可以看出，不同商场的空调系统总能耗中各空调设备所占的比例很接近，冷冻和冷却水泵的理想COP电耗比例约为15％～25％，冷却塔的理想COP电耗比 例在5％左右，空调箱的理想COP比例在250％～320％左右。与旅馆、办公楼类建筑相比，空调箱的电耗比例大大增加，这与商场冬季和过渡季也需开启空 调箱进行供冷有关。

5 利用理想COP电耗比例法的分析实例

5.1 某商场冷却泵

某商场空调设备的电耗比例见表4。

从表4可以看出，某商场空调系统中，冷却泵的比例达到了51.72，明显地比前面的标准值大 。这是因为某商场冷却水系统被设计成了如图2的开式系统，在一层设置了开式的冷却水池。

目前的冷却水泵扬程63米，如果改成闭式系统，在同样的冷却水流量下，冷却水泵的扬程和电耗将减少近50％，冷却水泵的COP理想电耗比例也将从目前的51.72降到正常值。

5.2 1宾馆冷冻泵

1宾馆空调设备的电耗比例如表5

1宾馆采用的是溴化锂吸收式冷机，上述表中冷机的电量是将冷机的蒸汽消耗量折算成电量的消耗，然后再根据两种制冷方式的COP的一定比例，将其折算成理想COP后的电量。

可以看出，上述空调设备中冷却泵和冷冻泵的理想COP电耗比例都偏高，大约是一般离心式空调系统中冷冻和冷却水泵理想COP电耗的两倍。 冷却水泵的偏大是合理的，因为溴化锂冷机中，冷却水系统的热量是冷机制冷量的将近两倍，所以在采用同样的冷却水温差下，溴化锂制冷的冷却泵的电耗比例比一 般的离心式制冷系统的冷却泵的电耗比例高近1倍是合适的。但是，冷冻水泵的电耗比例也是一般离心式制冷系统的2倍是不合理的。经测试，冷冻水泵的流量远远 大于设计值。夏天最热工况下，冷机开启两台800冷吨的大冷机和一台400冷吨的小冷机，总的制冷量是2000冷吨，如果冷冻水进出口设计成5℃温差，设 计的冷冻水量应为1200 ton/h，而实际通过对水量的2次实测，平均的冷冻水量达到1800 ton/h，这样由于冷冻泵流量选择过大使得冷冻水泵的电耗偏大，造成了上表中1＃宾馆冷冻水泵理想COP电耗比例的偏大。

5.3 4＃宾馆冷冻泵

图3是4＃宾馆的冷冻水和冷却水系统图，冷冻水系统采用二级泵系统，但目前冷机和一次泵两端的旁通水管已经完全关死了，所以设计的二级泵系统实际成了串级泵系统，图中的旁通管没有画出。

下表是4＃宾馆的理想COP电耗比例。

表 6为4＃冷机、冷冻泵和冷却泵的理想COP能耗比例，(冷机实际的COP为3.7，表6中的冷机电耗已经折算成了理想COP电耗)。从表6可以看出，4＃ 冷冻泵的理想COP电耗比例大大高于一般空调系统的标准值，说明冷冻泵的电耗偏大，是一个节电的主要着眼点。通过调查和进一步的测试，发现是冷冻水泵二次 泵的扬程选择过大造成的。6月6日冷机运行一台，冷冻一次泵和二次泵及冷却泵均运行一台，图4是当天的冷冻水系统和冷却水系统的压力分布图。