摘要國標《冷水機組能效限定值及能效等級》犐犘犔犞所反映的負荷分布、權重系數和平均冷卻進水溫度與地鐵工程差異較大，這種差異與地區密切相關。基于地鐵車站運營數據，提出廣州地鐵綜合部分負荷性能NPLV的計算公式;對比分析了近、遠期NPLV的不同;初步探討了NPLV對制冷主機選型的參考價值。

　　關鍵詞綜合部分負荷性能系數非標工況綜合部分負荷性能系數地鐵站冷水機組選型

　　0引言

　　根據《綠色高效制冷行動方案》的目標，到2030年，大型公共建筑制冷能效提升30%，制冷總體能效水平提升25%以上[1]。地鐵車站作為交通功能的大型公共建筑，大多采用集中冷源的集中空調系統，冷水機組是主要的冷源型式，其能耗是集中空調系統能耗的主要組成部分。廣州地鐵某站節能改造后冷水機組全年能耗占比的統計情況，對于高效空調系統，冷水機組在制冷機房能耗中的占比超過了80%[2]。

　　因此，合理選擇冷水機組，提升冷水機組的運行能效，是實現上述目標的關鍵所在。GB19577—2015《冷水機組能效限定值及能效等級》中，增加了綜合部分負荷性能系數(犐犘犔犞)作為能效等級的考核依據，對冷水機組的性能系數及犐犘犔犞的各級能效指標及能效限定值作了明確規定[3]，其中犐犘犔犞的計算參照了GB50189—2015《公共建筑節能設計標準》的計算方法[4]。

　　地鐵交通論文范例：地鐵隧道施工對鄰近樁基建筑物的影響研究

　　受犐犘犔犞的計算方法和檢測條件所限，犐犘犔犞只能用于評價單臺冷水機組在名義工況下的綜合部分負荷性能水平，不能用于評價單臺冷水機組實際運行工況下的性能水平[45]。地下車站的空調負荷特性與一般地上公共建筑不同，其與車站客流量密切相關，負荷率變化主要受客流量變化的影響，受室外環境變化的影響較小，而客流量變化又分為初期、近期和遠期的長周期變化和每天的早、晚高峰和平峰的短周期變化。目前地鐵工程設計普遍采用犐犘犔犞作為選型依據，難以選到與本地區地鐵負荷特征相匹配的機組，實際運行中造成能源浪費。因此，本文首先分析地鐵工程與一般公共建筑的負荷特性差異，在此基礎上提出符合地鐵工程特點的非標工況下的綜合部分負荷性能系數(NPLV)，初步探討NPLV在地鐵工程冷水機組選型中的價值。

　　1地鐵空調負荷特性分析

　　廣州地鐵某典型地下站8月份一周的車站冷水主機負荷率及室外干球溫度隨時間的變化。在空調季節，車站的負荷規律具有周期性。在每一個周期(一個空調日)內冷水主機的負荷率均存在2個明顯的峰值，對應的時刻為早晚高峰客流時刻。室外氣象參數的峰值一般在14：00—15：00左右，地鐵車站的負荷峰值與室外氣象參數的峰值不具有一致性，與王碧玲等人研究的典型辦公建筑的負荷分布差別較大[6]。

　　廣州地鐵典型站空調日運營期間的車站小時客流隨時間的變化曲，08：00、18：00左右為客流早晚高峰期，其他時段為平峰期。可以看到，客流的變化曲線與車站冷水主機的負荷變化規律是一致的[7]。因此，地鐵車站空調負荷整體呈現早、晚2個駝峰的狀態，負荷變化與室外溫度的變化趨勢不一致，而GB50189—2015中犐犘犔犞所反映的空調水系統的冷量需求與冷卻水溫的變化是同步的。

　　2地鐵行業的NPLV計算方法

　　2.1源數據的選取

　　根據典型供冷車站的規模及其建筑特點，空調水系統一般采用一級泵變流量系統，配置2臺相同冷量的冷水機組，水泵與機組一一對應。車站工藝控制一般采用臺數與變流量相結合的方式;當車站總冷負荷小于等于單機冷負荷時，開啟1臺機組及其對應的水泵;當車站總冷負荷大于單機冷負荷時，開啟2臺機組及其對應的水泵。

　　因此，系統負荷率與冷水機組負荷率并不相同，這也是犐犘犔犞不能反映多機組運行情況的原因。選取廣州地鐵某站，該站自控系統運行良好，全年運行數據記錄完整，根據全年冷水機組的運行小時工況點，系統負荷率及單臺冷水機組負荷率的分布，車站負荷率及單機負荷率與冷卻水進水溫度呈非線性關系和多對多的關系，其負荷分布特征與賈晶等人研究的其他類型的公共建筑負荷分布情況[8]顯著不同。

　　系統負荷率主要集中在35%～45%及70%～90%范圍，低負荷范圍主要是夜間收車后空調小系統負荷及平峰時段的負荷;而高區范圍主要是客流早晚高峰時段。本計算案例所選車站的小系統選型冷負荷占冷水主機總額定制冷量的41.2%，統計數據與設計選型值基本一致。冷水機組的負荷率主要分布在70%～90%范圍，在全年單機負荷率占比中，80%左右的負荷率占比最大。冷卻進水溫度分布的區間主要在負荷率分布集中的區間，對于系統而言，平均冷卻水進水溫度主要分布在26℃及29℃左右，占比分別約為33%、30%;單臺冷水機組負荷率分布中，平均冷卻水進水溫度主要分布在27.5℃左右，占比超過70%，在80%負荷率對應的平均冷卻水進水溫度分布最廣。此外，需要說明的是，在有條件的情況下，應盡可能多地選取近期或遠期不同年份、不同類型車站的冷水機組運行數據，擴大樣本容量有利于提高所得NPLV的適用性。

　　2.2負荷率的劃分國標犐犘犔犞計算公式劃分為100%、75%、50%及25%4個負荷率，是全國統一的犐犘犔犞系數值;我國地域遼闊、不同氣候分區的氣象條件差異顯著，不同類型工程亦不相同，全國統一的犐犘犔犞系數值對于各地區的具體項目無實際指導意義，犐犘犔犞的負荷率以25%為步長劃分，跨度較大，導致犐犘犔犞用于評價冷水機組的部分負荷性能及其在全年運行能耗方面的應用往往偏離工程實際。

　　因此，本文細化負荷率步長劃分，步長越小，犐犘犔犞反映的部分負荷特性更貼近實際運行情況，但公式計算參數過多，不利于工程應用。考慮地鐵工程大多以螺桿機為主，通常螺桿機在10%～100%負荷范圍可實現無級調節，結合市面主要冷水機組廠家提供的機組負荷特細曲線及設計人員實際計算的便捷性，本文以10%作為負荷率劃分的步長，將國標的犐犘犔犞計算公式中的負荷率由4個工況擴展為10個工況，即部分負荷率工況取10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%，依次對應部分負荷工況點A、B、C、D、E、F、G、H、I和J。

　　2.3平均冷卻水溫的計算

　　NPLV中每一種工況所對應的平均冷卻水進水溫度為該工況所包含的全部基礎數據點的算術平均值，且其所包含數據點的平均溫度與工況所代表的負荷率值相等。以D工況點為例，單臺冷水機組負荷率在35.41%～43.58%范圍內的全部基礎數據點的算術平均溫度與D工況點所代表的40%單臺冷水機組負荷率相等，該負荷率范圍內所包含的數據點的冷卻水進水溫度的算術平均值即為該工況點對應的平均冷卻水進水溫度。

　　需要特別說明的是，考慮實際工程冷水主機運行的特點，將95%及以上負荷率作為100%負荷率工況點(J)所包含的基礎數據范圍。經上述統計計算，得到A～J工況點的平均冷卻水進水溫度依次為24.46、24.98、24.64、22.69、24.96、25.83、27.21、27.83、27.64、26.75℃。NPLV及犐犘犔犞在不同工況下的平均冷卻水進水溫度對比。隨著負荷率的升高，制冷機的平均冷卻水進水溫度隨之升高，在100%負荷率最高。

　　在70%～90%負荷率時，平均冷卻水進水溫度最高，在40%負荷率時最低。NPLV與犐犘犔犞的不同工況點平均冷卻水進水溫度存在較大差異且隨負荷率的變化趨勢不同，原因是犐犘犔犞所反映的建筑負荷特性與地鐵負荷特性不匹配，這與第1節及2.1小節的分析是一致的。對于廣州地鐵工程而言，空調季節較長，在遠期負荷階段，早晚高峰車站冷負荷主要集中在70%～90%，因此，該負荷分布范圍對應的平均冷卻水進水溫度最高。單機40%的負荷對應的平均冷卻水進水溫度最低是由于主機運行在該負荷率時主要處于夜間大系統停運，或處于過渡季節，此時，室外的濕球溫度較低，造成平均冷卻水進水溫度低。

　　3地鐵車站近遠期NPLV對比分析通過選取廣州地區2017年開通線路某車站記錄的全年運行數據，該站控制系統及數據記錄完整，得到其全年負荷率分布，采用第2章方法，計算得到廣州地區近期的NPLV計算公式。對比其權重系數，

　　近期，冷水機組負荷率主要集中在60%以下，在70%以上的負荷率運行時間全年占比較小，無滿負荷運行情況;在遠期，負荷分布較廣且存在滿負荷情況;轉換為冷水機組的負荷率，則近期主要集中在50%～60%，遠期主要集中在70%～90%。廣州地區車站冷水主機在初期、遠期的冷水機組負荷率差異較大，不同負荷率對應的平均冷卻水溫不相同，對應的主機犆犗犘不同。因此，近期、遠期應采用不同權重系數的NPLV來衡量冷水機組的性能。對于新建以及改造車站，主機選型時應注意所處的運營階段。

　　5結論

　　1)地鐵車站空調負荷呈現早晚2個駝峰的狀態，負荷變化趨勢與客流變化趨勢相同，與室外溫度的變化趨勢不一致;在大負荷率時，冷卻進水溫度低，冷水機組壓縮比低;相反，小負荷率時，冷卻進水溫度高，冷水機組壓縮比高。2)以廣州地鐵為例，重新劃分負荷率，計算不同負荷率所對應的平均冷卻水進水溫度，計算結果表明犐犘犔犞計算公式所反映的負荷分布、權重系數和平均冷卻水進水溫度與地鐵工程差異較大，這種差異與地區密切相關，建立不同地區的NPLV計算公式有利于選擇與負荷特性相匹配的冷水機組。

　　3)單臺冷水機組負荷率與車站負荷率分布不同，單臺冷水機組負荷率在近期主要集中在60%以下，而在遠期主要分布在70%～90%之間;近遠期機組負荷率差異較大，采用不同權重系數的NPLV來衡量冷水機組的性能是有必要的，對于新建以及改造車站，主機選型時應注意所處的運營階段。4)在國標犆犗犘及犐犘犔犞值相當情況下，不同主機的NPLV差異可能較大，以滿足國標的犆犗犘或犐犘犔犞作為主機選型主要性能參數往往不能選到最適合的機組;在南方地鐵工程中NPLV普遍低于犐犘犔犞，設計人員在核算系統能效時應重點關注該差異。

　　參考文獻：

　　[1]國家發展改革委.綠色高效制冷行動方案[EB/OL].https：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/201906/W020190905514433438027.pdf，2019：23

　　[2]羅燕萍.地鐵車站高效空調系統設計方法與能效評價[M].北京：中國建筑工業出版社，2019：2122

　　[3]中國標準化研究院，合肥通用機械研究院，特靈空調系統(中國)有限公司，等.冷水機組能效限定值及能效等級：GB19577—2015[S].北京：中國標準出版社，2015：12

　　作者：羅燕萍☆吳紹康