1、冷冻机的制冷效率与运行电费简介： 本文提出在冷冻机平均使用寿命中运行电费远大于冷冻机初投资的观点，讨论冷冻机的制冷效率对年运行费用的影响，在简介和初评IPLV、NPLV，分析多台机组并联运行规律和冷冻机部分负荷下运行效率基础上, 提出一种评估冷冻机组常年运行电费的方法，并举例说明高效率的冷冻机节能效果显著。因此在选择冷冻机时，不仅比较冷冻机售价，更应比较冷冻机的制冷效率和运行电费。关键字：冷冻机 制冷效率 运行电费 部分负荷 1 关注冷冻机的运行费用和制冷效率在销售和购买冷冻机的过程中，商家和用户十分重视比较冷冻机的价格（初投资） ，却忽略冷冻机的运行费用巨大这一事实：以冷冻机的平均寿命 25
2、 年计，在对冷冻机的所有投资中，初投资约占 8.3%，运行费用约占 91.4%，制冷剂添加费约占 0.3%，故我们更应关注冷冻机的运行效率。比如若选用高效的水冷机组，其在 25 年平均寿命中节省的运行电费（与一般效率同类机组比较）可能接近机组初投资，相当于白送百万元的冷冻机。果真如此吗？分析冷冻机的运行费用需了解冷冻机的运行规律和制冷效率。由于以空调系统满负荷为前提来选择冷冻机的容量，而冷冻机绝大部份时间在部分负荷下运行，因此评价冷冻机的制冷效率不能仅参考冷冻机满负荷下的制冷效率，还需要比较冷冻机在部分负荷工况下的制冷效率。目前常用的二个指标有 IPLV 和 NPLV。2 IPLV，NPLV
3、的定义及由来IPLV（ARI 标准工况下综合部分负荷效率）与 NPLV（非 ARI 标准工况下综合部分负荷效率）是 ARI（美国空调制冷学会）运用概率统计的方法，借助于大型计算机，对全美有代表性的 29 个城市的气象数据、各类建筑物冷负荷、冷冻机的不同运行时间，进行综合分析和加权平均处理，得出冷冻机的运行时间百分比与冷冻机的负荷之间的关系，共有四种模式（见 ARI550/590-98 标准，白皮书） 。ARI 根据此四种模式制定一个针对冷冻机产品单机性能的评价标准，即单机 IPLV 或 NPLV 方程（综合模式）：IPLV=1/（0.01/A+0.42/B+0.45/C+0.12/D） 其中：
4、冷冻机效率对应负荷冷却水进水温度对应冷冻机负荷冷冻机负荷运行时间百分比对应冷冻机负荷A85F / 29.4C100%0.01B75F / 23.8C75%0.42C65F / 18.3C50%0.45D65F / 18.3C25%0.12NPLV 公式与 IPLV 公式一样，仅 NPLV 公式中冷却水最高进水温度为实际应用中任一温度，并且冷冻机 100%与 50%负荷（对应冷却水 65F 进水温度）之间, 冷冻机负荷与冷却水进水温度呈线性关系；冷冻机 50%与 0负荷之间, 冷却水进水温度恒为 65F。上述 NPLV、IPLV 公式说明：ARI 定义当冷却水进水温度低于 65F 时，冷冻机不开
5、；即通过大量低温室外新风带走空调系统冷负荷，或使用热交换器代替冷冻机。根据上述介绍，我们看出 NPLV、IPLV 公式不能直接应用到我国空调系统中评价冷冻机效率。原因如下：1) 美国气象数据不能代表我国特定工程所在地区的气象2) 建筑物类型及冷负荷的来源因工程而异3) 冷冻机的运行时间差异较大4) 当冷却水进水温度低于 65F 时，某些工程仍需开冷冻机5) 实际工程中绝大多数（85%以上）多台机组并联运行，与 ARI 假设单台机组承担空调系统负荷情况大相径庭。上述差异均导致 NPLV、IPLV 公式中与冷冻机负荷相对应的冷冻机行时间百分比不同，尤其是第 5 条的影响。因此有必要讨论多台机组并联
6、运行规律。3 多台制冷机组并联运行规律分析请看不同组合的多台机组运行时，单机负荷与机组负荷（空调系统负荷）的关系。 （见表 1、图 1）表 1 单机负荷与机组负荷对比 总负荷1200 ton02003004006008009001200方案 11200 ton02003004006008009001200600 ton0200300400600400450600方案 2600 ton00000400450600400 ton020030040000300400方案 3800 ton0000600800600800400 ton0200300400300400300400方案 4400 ton0
7、000300400300400400 ton000000300400图 1 单机负荷与机组负荷对比上述图表表明：1) 采用多台冷冻机的项目，单机在高负荷区( 100%-75%)运行的时间百分比随台数增加而急增，远超过用一台冷冻机提供全额冷负荷的情况。2) 制冷量均等的单机负荷与机组负荷（空调系统负荷）关系如下：Y=N/j *X ( j=1,2, .N) ；( j-1/N X j/N )Y 单机负荷；X 机组负荷；N 单机数量3) 单机制冷量以 1,2,4 ., 2N 倍分配而产生的组合，其单机在高负荷区间运行的时间百分比最大 4) 在实际运行中，冷冻机单机制冷量差别小于 3 倍且多台单机制冷量
8、相同。因为考虑到冷冻机单机制冷量范围的限制和冷冻机互换、备用，不同制冷量冷冻机的成本、占地面积。5) ARI 推出的适用于单一机组制冷的 NPLV、IPLV 公式推广到多台机组制冷时，式中 A、B、C、D 的权重（运行时间百分比）将向高负荷区偏移，偏移程度与冷冻机台数、单机制冷量分配有关。 （见图 2）图 2 单机负荷与机组负荷的差异 上述对比图表明：采用 2-3 台冷冻机的常规项目中，单机在 50%负荷以上区间运行的时间百分比超过 87.2%上海某项目使用三台冷冻机(一台 300 ton,二台 600ton)，单机累计运行 16734 小时，其中在 50%负荷以上区间运行的时间为 15395
9、 小时，时间百分比为 92%上述对多台机组运行规律的分析表明：只需要比较各品牌冷冻机在 50%负荷以上时的效率，就能评估冷冻机在不同空调系统中的节能效果。4 制冷机组部分负荷下运行效率的分析比较比较冷冻机在部分负荷下运行效率时，有下列有趣现象：1) 冷却水进水温度不变时，负荷越高，冷冻机运行效率越高，在 100%附近时冷冻机运行效率最高（见图 3） 。图 3 冷冻机运行效率比较（冷却水进水温度不变）这就是用多台机组代替单一机组运行时可节能的原因：因为在同一时刻，冷却水进水温度对于任一台机组相同，多台机组中的单机负荷大于单一机组运行负荷，故单机的运行效率高，节能。2)冷却水进水温度与空调系统负荷
10、同步变化时（受太阳得热影响） ，冷冻机运行效率在 65%-75%区间内效率最高（见图 4） 。 图 4 冷冻机运行效率比较（冷却水进水温度变化）这是因为在冷冻水温度不变情况下，冷却水进水温度降低后，减小了冷凝器与蒸发器中制冷剂的压差，冷冻机运行效率提高，相当于增加了散热面积。3) 与多台机组代替单一机组运行的节能措施相比，冷却水进水温度降低对冷冻机运行效率提高影响较大。在实际工程中，冷却水进水温度与空调系统负荷变化趋势相同。4) 空调系统负荷变化大时，通过加减冷冻机来节能。客观上冷却水进水温度降低对冷冻机运行效率提高有利，主观上提高冷冻水出水温度，也可提高冷冻机运行效率（空调系统负荷减小，允许
11、提高冷冻水出水温度） 。但是物极必反，冷却水进水温度与冷冻水出水温度温差减小过度，对离心机而言会发生喘振。5 冷冻机寿命周期内的运行费用分析比较了解了冷冻机组（含多台）的运行规律和部分负荷下运行效率，我们可以抓住本质，比较不同品牌冷冻机在正常寿命中的运行费用。虽然特定工程所处的地理环境不同、建筑物类型不同、冷负荷来源不同、冷冻机的台数和运行时间不同，但是我们可以通过类比方法，比较典型工况下不同品牌冷冻机的运行效率，结合全年冷冻机运行时间表，以冷冻机运行效率的综合指标，综合考虑不同品牌冷冻机的运行效率差异的最大值和最小值，就可以比较不同品牌冷冻机全年的运行费用，并推算出冷冻机在正常寿命中的运行费用差异，以协助我们合理选择冷冻
