一种电制冷冷水机组中央空调系统能效评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种电制冷冷水机组中央空调系统能效评估方法，包括以下步骤：通过监控主机计算冷水机组子系统、冷冻循环水子系统、冷却循环水子系统和空调末端子系统的能效评估指标；根据能效评估指标结合对应的能效国标限值，计算各个子系统的评估指标限值比；根据评估指标限值比并结合各个子系统在空调总体能效计算中的权重系数，计算出中央空调系统的能效评估分数；按照能效评估分数依据评估分数区间计算中央空调系统的总体能效评估等级。本发明的方法可对实时运行中的电制冷冷水机组中央空调系统进行能效精细评估，通过总体能效评估等级可以直观的看出系统的能效水平，而能效评估分数可对同一能效等级的中央空调系统的能耗情况进行精细比较。
【专利说明】一种电制冷冷水机组中央空调系统能效评估方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电制冷冷水机组中央空调系统能效评估方法，属于节能【技术领域】。
【背景技术】
[0002]中央空调系统主要由冷水机组子系统(包括电制冷冷水机组)、冷冻循环水子系统(包括冷冻水泵)、冷却循环水子系统(包括冷却水泵)、空调末端子系统和监控主机组成。冷水机组对冷媒水进行制冷降温(或加热升温)，然后由水泵将降温后的冷媒水输送到安装在室内的风机盘管机组中，由风机盘管机组采取就地回风的方式与室内空气进行热交换实现对室内空气处理的目的。
[0003]在发达国家中暖通空调能耗占建筑能耗的65%，以建筑能耗占总能耗的35.6%计算，暖通空调能耗占总能耗的比例可高达22.75%。另外，空调还是基站和通信机房中的主要耗电设备，空调系统能耗已占通信行业能耗的40%以上。我国现有公共建筑设施所使用的中央空调产品大部分处于高能耗、维修率高、使用寿命短的困境。
[0004]为实时监测中央空调系统能效情况，进而对中央空调系统实现节能控制或改造，国家相继出台了若干限制空调设备能效的标准、规范，包括:《房间空气调节器能源效率限定值及能效等级GB12021.3-2004》、《单元式空气调节机能效限定值及能源效率等级GB19576-2004》、《冷水机组能效限定值及能源效率等级GB19577-2004》、《空气调节系统经济运行GB/T17981-2007》、《房间空气调节器能效国家标准》等，以上规范明确规定了房间空调器、单元式空调机、冷水机组等空调设备的能效限值。
[0005]《重庆商场类建筑空调工程设计能效比统计分析》通过对大量的商场建筑空调及其子系统夏季工况的统计分析，研究空调工程的设计能效比；《重庆市酒店类建筑空调工程设计能效比调研》提出了酒店类空调系统设计综合能效比的计算方法；《关于空调冷冻水输送能效比计算的一点看法》运用计算公式推导和工程实例验证相结合的方法总结出了空调冷冻水输送能效比计算方法。
[0006]综上所述，现有的国标、专利、研究文献已经对中央空调及其子系统的能效指标及其限值做出了规定和研究，例如，《房间空气调节器能效国家标准》根据中央空调系统的典型工况将空调系统的能效分成5个等级，但无法对实际工况下中央空调能效水平做出打分评价，无法对系统的能效水平进行精细评价。
【发明内容】
[0007]针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种可对实时运行中的电制冷冷水机组中央空调系统进行能效精细评估的方法。
[0008]为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现:
[0009]本发明的电制冷冷水机组中央空调系统能效评估方法，包括以下几个步骤:
[0010]步骤(I):通过监控主机计算冷水机组子系统、冷冻循环水子系统、冷却循环水子系统和空调末端子系统的能效评估指标；
[0011]步骤(2):根据步骤(I)计算出的各个子系统的能效评估指标，结合对应的能效国标限值，通过监控主机计算各个子系统的评估指标限值比；
[0012]步骤(3):根据步骤(2)计算出的各个子系统的评估指标限值比，并结合各个子系统在空调总体能效计算中的权重系数，通过监控主机计算出中央空调系统的能效评估分数；
[0013]步骤(4):按照步骤(3)计算出的能效评估分数，依据评估分数区间，通过监控主机计算中央空调系统的总体能效评估等级。
[0014]上述步骤(I)中能效评估指标计算方法如下:
[0015]所有能效评估指标的计算均以I个小时为周期；
[0016]冷水机组子系统的能效评估指标的计算公式如下:
[0017]E1=Q/N (I)
[0018]式中，Q为中央调系统的总制冷量，单似kff *h, N为电制冷冷水机组的总耗电量，单位kff.h ；
[0019]冷冻循环水子系统的能效评估指标的计算公式如下:
[0020]E2=Q/Nchp (2)
[0021]式中，Nehp为冷冻水泵的总耗电量，单位kW.h ;
[0022]冷却循环水子系统的能效评估指标的计算公式如下:
[0023]E3=Qc/Ncp (3)
[0024]式中，Qc为冷却水交换的总热量，单位kW.h，Ncp为冷却水泵的总耗电量，单位kW.h ；
[0025]空调末端子系统的能效评估指标的计算公式如下:
[0026]E4=Q/ Σ Nt (4)
[0027]式中，Σ Nt为所有空调末端的总耗电量，单位kW.h0
[0028]上述冷水机组子系统的评估指标限值比BI的计算公式如下:
[0029]B1=E1/E1lv (5)
[0030]式中，EIlv是冷水机组子系统的能效国标限值；
[0031]冷冻循环水子系统的评估指标限值比B2的计算公式如下:
[0032]B2=E2/E2lv (6)
[0033]式中，E2W是冷冻循环水子系统的能效国标限值；
[0034]冷却循环水子系统的评估指标限值比B3的计算公式如下:
[0035]B3=E3/E3lv (7)
[0036]式中，E3W是冷却循环水子系统的能效国标限值；
[0037]空调末端子系统的评估指标限值比B4的计算公式如下:
[0038]B4=E4/E4lv (8)
[0039]式中，E4W是空调末端子系统的能效国标限值。
[0040]上述步骤(3)中中央空调系统的能效评估分数F计算公式如下:
[0041]F=(Bl*ql+B2*q2+B3*q3+B4*q4)*100 (9)
[0042]式中，ql、q2、q3和q4分别为冷水机组子系统、冷冻循环水子系统、冷却循环水子系统和空调末端子系统的权重系数。
[0043]上述冷水机组子系统的权重系数ql=0.32，所述冷冻循环水子系统的权重系数q2=0.39，所述冷却循环水子系统的权重系数q3=0.19，所述空调末端子系统的权重系数q4=0.10
[0044]上述步骤(4)中总体能效评估等级计算方法如下:
[0045]如果能效评估分数F > 120，则能效等级为优+ ；
[0046]如果能效评估分数满足100 ( F〈120，则能效等级为优；
[0047]如果能效评估分数满足70 ( F〈100，则能效等级为良；
[0048]如果能效评估分数满足50 ( F〈70，则能效等级为中；
[0049]如果能效评估分数F〈50，则能效等级为差。
[0050]本发明的能效评估方法可以对实时运行中的电制冷冷水机组中央空调系统进行能效精细评估(以一个小时为周期)，可计算出能效评估分数和总体能效评估等级，通过总体能效评估等级可以直观的看出系统的能效水平，而具体的能效评估分数可以对同一能效等级的中央空调系统的能耗情况进行精细比较。
【专利附图】
【附图说明】
[0051]图1为本发明系统的结构框图；
[0052]图2为本发明方法的总体流程图。
【具体实施方式】
[0053]为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0054]参见图1，电制冷冷水机组中央空调的能效评估系统，包括监控主机、与监控主机相连的冷水机组子系统、冷冻循环水子系统、冷却循环水子系统、空调末端子系统、电能表、流量传感器模块、温度传感器模块。
[0055]其中，电能表用以实时检测冷水机组子系统、冷冻循环水子系统、冷却循环水子系统和空调末端子系统的总耗电量并传送给监控主机。
[0056]流量传感器模块和温度传感器模块分别用以实时检测冷冻循环水子系统、冷却循环水子系统的流量和温度并传送给监控主机。
[0057]监控主机对获得的数据进行计算，得出能效评估分数和总体能效评估等级。
[0058]温度传感器模块实时检测冷冻循环水子系统的冷冻水进口处和出口处的温度，实时检测冷却循环水子系统的冷却水进口处和出口处的温度。
[0059]参见图2，本发明的电制冷冷水机组中央空调系统能效评估方法包括以下几个步骤:
[0060]步骤(I):计算冷水机组子系统、冷冻循环水子系统、冷却循环水子系统和空调末端子系统四个子系统的能效评估指标，所有指标的计算以I个小时为周期。
[0061]具体的冷水机组子系统能效评估指标计算方法如下:
[0062]冷水机组子系统的能效评估指标“冷水机组运行效率”El的计算公式为E1=Q/N，Q为中央空调系统的总制冷量，单位kW.h，N为电制冷冷水机组的总耗电量，单位kW.h ;冷冻循环水子系统的能效评估指标“冷冻水输送系数”E2的计算公式为Ε2=0/Ν_，Ν_为冷冻水泵的总耗电量；冷却循环水子系统的能效评估指标“冷却水输送系数”Ε3的计算公式为E3=QC/NCP, Qc为冷却水交换的总热量，单位kW.h ；NCP为冷却水泵的总耗电量；空调末端子系统的能效评估指标“末端能效比”E4的计算公式为E4=Q/ Σ Nt, Σ Nt为所有空调末端的总耗电量。
[0063]步骤(2):根据步骤(1)计算出的各个子系统的能效指标，结合对应的能效指标限值，计算四个子系统的评估指标限值比。
[0064]具体计算方法如下:冷水机组子系统的评估指标限值比BI的计算公式为Bl=El/E1W，E1W是冷水机组子统的系能效国标限值；冷冻循环水子系统的评估指标限值比B2的计算公式为B2=E2/E2W，E2W是冷冻循环水子系统的能效国标限值；冷却循环水子系统的评估指标限值比B3的计算公式为Β3=Ε3/Ε3?ν，E3LV是冷却循环水子系统的能效国标限值；空调末端子系统的评估指标限值比B4的计算公式为B4=E4/E4『 E4LV是空调末端子系统的能效国标限值。
[0065]步骤(3):按照步骤(2)的子系统评估指标限值比，并结合各子系统在空调总体能效计算中的权重系数，计算出中央空调系统的能效评估分数。
[0066]具体采用的计算公式为F= (Bl*ql+B2*q2+B3*q3+B4*q4) *100，其中，冷水机组子系统的权重系数ql=0.32，冷冻循环水子系统的权重系数q2=0.39，冷却循环水子系统的权重系数q3=0.19，空调末端子系统的权重系数q4=0.1。
[0067]步骤(4):按照步骤(3)计算出的冷水机组中央空调系统的能效评估分数，依据以下评估分数区间计算中央空调系统的总体能效评估等级:能效评估分数FS 120，能效等级为优+ ;能效评估分数满 足100 ( F〈120，能效等级为优；能效评估分数满足70 ( F〈100，能效等级为良；能效评估分数满足50 ( F〈70，能效等级为中；能效评估分数F〈50，能效等级为差。
[0068]能效评估指标计算所涉及到的冷热量和电量检测方法:
[0069]参考《公共建筑空调系统运行能效及运行监测参数初探》和《冷却水输送系数(WTFcw)的获取方法及其在节能诊断中的应用》等文献，总结出能效评估指标计算所涉及到的冷热量和电量监测方法如下:
[0070]I)中央空调系统的总制冷量Q的计算和检测方法:由冷冻水进出口的温差At(°C)乘以水的定压比热Cp (4.2kJ/ (kg *°C ))和水的质量m (kg)计算得到，即Q=Cp.ι?.At。其中，温差Λ t可以由温度传感器测量；水的质量由水的密度P (lX103kg/m3)乘以流量G(m3/h)和时间t计算出，时间t取I小时，冷冻水流量可以由流量计测量。
[0071]2)计算冷却水交换的总热量Q。:Qc=pCpG(t0Ut-tin).t，tin, tout分别为冷却水进出口温度，单位为。C，由温度计测出；冷却水流量G可以由流量计测量。
[0072]3)耗电量N、Nchp、Ncp、E Nt等由电能表采集。
[0073]子系统能效评估指标的国标限值的取值方法和依据:
[0074]I)冷水机组子系统的能效国标限值Elw的选取参考《空气调节系统经济运行GB/T17981-2007》，该限值的选取和设计冷负荷CL及系统工况相关，具体见附表1。
[0075]附表1冷水机组运行效率限值
【权利要求】
1.一种电制冷冷水机组中央空调系统能效评估方法，其特征在于，包括以下几个步骤: 步骤(1):通过监控主机计算冷水机组子系统、冷冻循环水子系统、冷却循环水子系统和空调末端子系统的能效评估指标； 步骤(2):根据步骤(1)计算出的各个子系统的能效评估指标，结合对应的能效国标限值，通过监控主机计算各个子系统的评估指标限值比； 步骤(3):根据步骤(2)计算出的各个子系统的评估指标限值比，并结合各个子系统在空调总体能效计算中的权重系数，通过监控主机计算出中央空调系统的能效评估分数；步骤(4):按照步骤(3)计算出的能效评估分数，依据评估分数区间，通过监控主机计算中央空调系统的总体能效评估等级。
2.根据权利要求1所述的电制冷冷水机组中央空调系统能效评估方法，其特征在于，所述步骤(1)中能效评估指标计算方法如下: 所述能效评估指标的计算均以I个小时为周期； 所述冷水机组子系统的能效评估指标的计算公式如下: E1=Q/N (I) 式中，Q为中央空调系统的总制冷量，单位kW.h, N为电制冷冷水机组的总耗电量，单位 kW.h ; 所述冷冻循环水子系统的能效评估指标的计算公式如下:
E2=Q/Nchp (2) 式中，Ndip为冷冻水泵的总耗电量，单位kW.h ; 所述冷却循环水子系统的能效评估指标的计算公式如下:
E3=QC/NCP (3) 式中，Qc为冷却水交换的总热量，单位kW.h，Ncp为冷却水泵的总耗电量，单位kW.h ; 所述空调末端子系统的能效评估指标的计算公式如下: E4=Q/ Σ Nt (4) 式中，Σ Nt为所有空调末端的总耗电量,单位kW.ho
3.根据权利要求2所述的电制冷冷水机组中央空调系统能效评估方法，其特征在于，所述步骤(2)中评估指标限值比计算方法如下: 所述冷水机组子系统的评估指标限值比BI的计算公式如下: B1=E1/E1lv (5) 式中，Elw是冷水机组子系统的能效国标限值； 所述冷冻循环水子系统的评估指标限值比B2的计算公式如下: B2=E2/E2lv (6) 式中，E2W是冷冻循环水子系统的能效国标限值； 所述冷却循环水子系统的评估指标限值比B3的计算公式如下: B3=E3/E3lv (7) 式中，E3W是冷却循环水子系统的能效国标限值； 所述空调末端子系统的评估指标限值比B4的计算公式如下: B4=E4/E4lv (8)式中，E4W是空调末端子系统的能效国标限值。
4.根据权利要求3所述的电制冷冷水机组中央空调系统能效评估方法，其特征在于，所述步骤(3)中中央空调系统的能效评估分数F计算公式如下: F=(Bl*ql+B2*q2+B3*q3+B4*q4)*100 (9) 式中，ql、q2、q3和q4分别为冷水机组子系统、冷冻循环水子系统、冷却循环水子系统和空调末端子系统的权重系数。
5.根据权利要求4所述的电制冷冷水机组中央空调系统能效评估方法，其特征在于，所述冷水机组子系统的权重系数ql=0.32，所述冷冻循环水子系统的权重系数q2=0.39，所述冷却循环水子系统的权重系数q3=0.19，所述空调末端子系统的权重系数q4=0.1。
6.根据权利要求4所述的电制冷冷水机组中央空调系统能效评估方法，其特征在于，所述步骤(4)中总体能效评估等级计算方法如下: 如果能效评估分数F≥ 120，则能效等级为优+ ； 如果能效评估分数满足100≤ F〈120，则能效等级为优； 如果能效评估分数满足70≤ F〈100，则能效等级为良； 如果能效评估分数满足50≤ F〈70，则能效等级为中； 如果能效评估分数F〈50，则能效等级为差。
【文档编号】G01M99/00GK103759961SQ201410031243
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】苏义荣, 赵仰东, 丁孝华, 吴 琳, 柳劲松, 张晓燕, 王丙文, 时珊珊, 王双虎, 包海龙, 吴俊兴, 刘隽, 杨文 , 徐久荣, 席旸旸, 谢琳, 田小东, 沈兵兵, 刘元园, 郁洁, 周赣 申请人:国家电网公司, 国网上海市电力公司, 国电南瑞科技股份有限公司, 东南大学