117冷却水输送系数(WTFcw)的获取方法及其在节能诊断中的应用

冷却水输送系数（WFTcw）的获取方法及其在节能诊断中的应用第1页共7页冷却水输送系数（WTFcw）的获取方法及其在节能诊断中的应用清华大学建筑技术科学系刘阿祺，王鑫，魏庆芃摘要：随着建筑能耗占社会终端能耗比例的日益升高，建筑节能工作的到了越来越多的关注。开展节能诊断对于分析建筑能耗水平、提出改造意见并最终实现能耗降低具有十分重要的意义。清华大学建筑技术科学系在多年的实测诊断工作基础上提出了“基于指标体系的节能诊断方法”，在该体系中，冷却水输送系数（WTFcw）是一个最基本的指标数值，该指标反映的是冷却水系统的经济运行情况。本文重点介绍了计算冷却水输送系数（WTFcw）的获取途径以及从指标数值到实际问题的分析方法，并给出了近三年来的实测结果分析，从中反映出应用指标体系进行节能诊断的分析方法。关键词：冷却水输送系数（WTFcw），指标体系，获取方法，节能诊断1背景1.1建筑能耗与大型公共建筑节能诊断建筑物运行所消耗的能源，即建筑照明、采暖、空调及建筑物内部其它设备的用能。目前，我国建筑能耗所占社会商品能源总消费量的比例从1978年的10%上升到25%左右。而根据发达国家的经验，随着我国城市化进程不断推进，建筑能耗的比例将继续增加，并最终达到35%左右。当前，建立节约型社会已成为我国的基本国策之一，建筑节能工作得到了前所未有的重视。采用中央空调系统的“大型公共建筑”，按建筑面积计算，仅为城镇建筑总量的2-3%，但其除采暖外的运行能耗却为我国城镇建筑能耗总量的10-12%，具有巨大的节能潜力。从1996年起，清华大学建筑技术科学系对北京、上海、深圳等地的70余座大型公共建筑开展了节能诊断与改造工作，所涉及的建筑类型包括综合写字楼，星级宾馆、商场以及政府机构办公楼等，积累了大量的数据和丰富的经验。1.2空调系统经济运行评价指标体系“基于指标体系的节能诊断方法”是在多年来的节能诊断工作实践中总结形成的，该方法用一系列的指标数值代替原有的设备性能参数（如冷机COP、水泵效率、风机效率等），作为评价建筑物空调系统运行经济性的判断标准。该体系的结构图如图1-1所示。冷却水输送系数（WFTcw）的获取方法及其在节能诊断中的应用第2页共7页单位面积空调能耗（ECA）单位面积耗冷量（CCA）空调系统能效比（EERs）空调末端能效比（EERt）制冷系统能效比（EERr）冷水机组运行效率（COP）冷却水输送系数（WTFcw）冷冻水输送系数（WTFchw）图1-1空调系统经济运行评价指标体系结构本文所关注的指标为冷却水输送系数(WTFcw)。2冷却水输送系数的定义以及数据获取方法2.1冷却水输送系数的定义及分类冷却水输送系数（watertransportfactorofcondensatewatersystem,WTFcw），为冷却水输送热量与冷却水泵电耗之比，用于评价冷却水泵能耗的高低。用公式表示如下：cpcNQWTFc1式中：WTFc—冷却水输送系数；cQ—冷却水输送的热量（瞬态单位为kW，累计单位为kWh）；cpN—冷却水泵的电耗（瞬态单位为kW，累计单位为kWh）。WTFcw在实际应用中，主要有瞬时值和累计平均值两种形式。瞬时值：是指在特定工况点的WTFcw数值。累计平均值：是指一段时间内WTFcw的平均值，根据选取时间的不同又可分为日平均值、制冷季平均值和全年平均值三类，如果建筑物的冷却水系统只在制冷季运行，则后两种指标值相同。两类数据的使用条件和用途有所不同。瞬时值的获取相对比较容易，只需简单的现场实测就可计算得出。在没有条件获取累计平均值时，只能通过瞬时值的测算进行分析。瞬时值能够反映出系统在当前工况下的运行状况，瞬时值的逐时变化能够为我们研究系统在部分负荷下的运行特性提供依据。累计平均值需要对一定时间内的运行数据进行统计计算得出。分项计量系统的应用使得冷却水输送系数（WFTcw）的获取方法及其在节能诊断中的应用第3页共7页数据统计过程大大简化。全年累计平均值体现的是系统在全年变工况下的运行特性，能够全面反映系统运行的好坏，在实际诊断中被广泛采用。2.2WTFcw指标值的获取方法1)瞬时值的获取方法瞬时值是通过现场实测数据计算得出的，cQ和cpN的单位都为kW。冷却水输送热量cQcQ的计算公公式如下：3600)(inoutpcttGcQ2式中：—水的密度，33/101mkg；pc—水的比热，)/(2.4CkgkJ；待测参数如表2-1所示。表2-1计算cQ所需测试物理量编号物理量符号单位测点位置测量仪器1冷却水流量Ghm/3冷却水总管超声波流量计2冷却水进出口温度outintt,℃冷却水进出口水管温度自计议冷却水泵电耗cpN在配电柜中找到冷却水泵支路，用电功率计分别测量每一相的功率iW和功率因数i，用下面的公式计算可得。31iiicpWN32)累计值的获取方法分项计量系统不仅包括对各项电耗数据的采集记录，同时也包括冷量的测量记录。在此基础上，WTFcw的计算公式如下。冷却水输送系数（WFTcw）的获取方法及其在节能诊断中的应用第4页共7页cpchillerWWQWTFcw4式中：Q—耗冷量，kWh；chillerW—冷机电耗，kWh；cpW—冷却水泵电耗，kWh；3通过指标数值分析实际问题的方法在实际的节能诊断工作中，首先进行建筑能耗拆分和冷量计算，计算出各个指标数值，当指标数值出现异常时（低于标准值），需要对影响指标的因素进行分析，进而找出问题。对于冷却水输送系数（WTFcw）异常的分析流程如下：冷却水输送系数（WTFc）冷却水供回水温差冷却水泵扬程冷却水泵效率冷却水输送系数（WTFc）冷却水供回水温差冷却水泵扬程冷却水泵效率针对WTFcw下层的三个指标，可能出现的问题如下。1)冷却水供回温差过小【现象说明】在空调系统的设计中，冷却水供回温差一般为5℃，但由于实际流量偏大，导致供回水温差过小。【判断方法】根据运行记录或一段时间内的测量结果，判断温差是否偏小。【经典问题】冷却水定流量运行，在部分负荷下会出现小温差的现象；水泵选型过大，工作点右偏，导致流量偏大；冷机旁通，一机对两泵，导致小温差工况运行；水力调节不匀，或者部分末端旁通，造成小温差工况运行。2)冷却水泵扬程过高【现象说明】冷却水回路存在不合理的阻力部件，导致冷却水泵扬程偏大。【判断方法】定流量运行的冷却水泵，正常情况下扬程为30m左右，当超出此数值时，应该检查冷却水环路压降。【典型问题】过滤器清洗工作不够，压降过大；阀门调节失灵，管路中的阀门常年处于半开或开度很小的状态；冷却水输送系数（WFTcw）的获取方法及其在节能诊断中的应用第5页共7页水泵选型过大后为防止烧泵，关闭阀门，调整水泵工作点。3)冷却水泵效率低【现象描述】水泵的额定效率一般在70%以上，实测中很多水泵的效率小于50%。【判断方法】实测水泵流量、扬程和功率，计算水泵效率。【典型问题】水泵选型过大，工作点偏离，导致效率降低。4实测结果及分析下面分别就累计平均值和瞬时值给出近三年来节能诊断的实测结果，并给出依据上述方法分析问题的案例。4.1累计平均值实测结果图4-1所示为7座建筑空调系统WTFcw的累计平均值。17.2823.9224.9525.4025.5531.8066.200.010.020.030.040.050.060.070.0ABCDEFG图4-1不同建筑WTFcw累计平均值对比7座建筑的诊断时间都是2007年，其中建筑A-E都安装了分项计量系统，但由于安装时间不长，指标数值是结合计量数据与运行记录共同计算得出的。E、F两座楼没有分项计量，指标数值完全依照运行记录计算得出。建筑G的指标数值明显高于其他建筑，建筑A的指标偏低，小于20，其余建筑的指标在20-35之间，平均值为24.96。冷却水输送系数（WFTcw）的获取方法及其在节能诊断中的应用第6页共7页4.2瞬时值实测结果在2005和2006年的节能诊断工作中，指标体系尚未提出，所以在诊断报告中并未计算各指标数值。图4-2所示为根据实测数据计算出的WTFcw的瞬时值。其中H、I、J是2005年的测试结果，其余为2006年的测试结果。24.9024.6527.1430.1729.6819.9617.7320.9821.3330.9410.0035.2318.910.05.010.015.020.025.030.035.040.0HIJKLMNOPQRST图4-2不同建筑WTFcw瞬时值对比可见，不同建筑的WTFcw数值差异较大。除建筑S的指标较低，其余多数建筑的指标数值位于18-36之间，平均值为24.99。4.3应用指标分析问题目前新版的《空气调节系统经济运行标准》给出，用于全年累计工况的评价，该指标的限值LVWTFcw为25；用于典型工况的评价，该指标的限值LVWTFcw为30。可见，在2007年诊断的7座建筑中，有3座未达到标准；而05和06年的诊断建筑中，只有3座建筑达到了该标准。可见，实际空调系统中，WTFcw指标数值普遍偏低。如前所述，影响WTFcw指标高低的因素有三个，分别是：冷却水泵的效率，冷却水供回温差和水泵的扬程。建筑S（图4-2）的WTFcw指标只有10，远低于参考值35。测试中发现，主要原因是水泵工作点右偏严重，在一典型日的测试结果中，两台冷却水泵的效率分别只有39.4%和37.4%，而水泵的额定效率为68%。同时，统计2005年的全年运行记录，发现冷却水的供回温差平均为3.67℃。所以，水泵效率低和“大流量、小温差”现象是导致WTFcw指标低的主要原因。建筑A（图4-1）在2007测试的7座建筑中WTFcw指标最低，诊断中同样针对三个因素分别进行问题排查。测试中发现三台冷却水泵的效率都在68%以上，可见效率不是问题的原冷却水输送系数（WFTcw）的获取方法及其在节能诊断中的应用第7页共7页因；对冷却水供回温差统计发现，在工作日的平均温差为4℃左右，而周末的平均温差只有2.5℃；同时对冷却水系统压力分布进行分析，发现过滤器的压降达到6m，进行清洗过后压降只有1m。所以周末运行的“大流量、小温差”现象以及不合理的压力损失是导致指标低的主要原因。5总结实测20座建筑的WTFcw指标数值大部分位于18-36之间，平均值为25。通过实测总结发现，冷却水泵效率偏低、水泵扬程偏高以及冷却水“大流量、小温差”运行都会使的该指标数值偏低。基于指标体系的节能诊断是经过多年的实践经验总结出的方法，该方法以能耗审计为基础，将节能诊断工作体系化，减少了具体工作中的盲目性，对指导实践具有重要意义。通过WTFcw这一最基本的指标及其指导下的诊断方法，我们看到的是整个指标体系的优越性。参考文献[1]薛志峰编著．既有建筑节能诊断与改造．北京：中国建筑工业出版社，2007[2]薛志峰编著．公共建筑节能．北京：中国建筑工业出版社，2007