关于冷凝器胶球自动清洗装置对冷水机组COP影响分析.pdf

90No.7 in 2023(Total Vol.51.No.389)HV&ACJournalofBEE2023年第7 期（总第51卷第3 8 9 期）暖通空调建筑节能（中英文）doi:10.3969/j.issn.2096-9422.2023.07.015关于冷凝器胶球自动清洗装置对冷水机组COP影响分析郑志凯，李梦琦，刘绍通，都杨杨，刘开拓”，张敏，管仁波（1北京亦庄城市服务集团有限公司，北京100084；2.中国中轻国际工程有限公司，北京100084；3.中国电子工程设计院有限公司，北京100084)摘要：冷凝器易脏堵且对冷水机组COP有重要影响。以北京某项目冷水机组节能改造工作为研究背景，通过选择2 台冷水机组为实验机组与对比机组，在实验机组冷却侧加装胶球自动清洗装置，在制冷季收集实验机组与对比机组蒸发器、冷凝器运行数据，从理论和实践上对胶球自动清洗装置效果进行验证，获得了冷水机组在蒸发器趋近温度和两侧水流量基本不变的情况下，胶球自动清洗装置可降低冷凝器趋近温度，提高冷凝器换热效果，提高冷水机组ICOP，从而提高冷水机组COP。胶球自动清洗装置不仅减少了项目每年冷水机组维保清洗费用，还降低了维保人员在清洗过程中对换热铜管损坏的风险。关键词：COP；趋近温度；负载率；胶球清洗；节能中图分类号：TU83文献标志码：A文章编号：2096-9422(2023)07-0090-04Analysis of the Influence of Condenser Rubber Ball AutomaticCleaningDeviceon CoPof ChillerZHENG Zhikai,LI Mengqi,LIU Shaotong,DU Yangyang,LIU Kaituo,ZHANG Min,GUAN Renbo3(1.Beijing E-town Services Group Co.,Ltd.,Beijing 100084,China;2.China Light-Industry International Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100084,China;3.China Electronics Engineering Design Institute Co.,Ltd.,Beijing 100084,China)Abstract:The condenser is easy to be dirty and blocked,and it has an important influence on COPof chiller.Based on the research of energy-saving transformation of chiller in a project in Beijing,thispaper selects two chiller units as the experimental unit and the comparison unit,installs the automaticcleaning device of rubber ball on the cooling side of the experimental unit,collects the operation data ofevaporator and condenser of the experimental unit and the comparison unit in the cooling season,andverifies the effect of the automatic cleaning device of rubber ball from the theory and practice.It isobtained that the rubber ball automatic cleaning device can reduce the approaching temperature of thecondenser,improve the heat transfer effect of the condenser,the ICOP of the chiller,and the COP of thechiller under the condition that the approaching temperature of the evaporator and the water flow on bothsides are basically unchanged.The rubber ball automatic cleaning device not only reduces the annualmaintenance and cleaning cost of the chiller,but also lowers the risk of damage to the heat exchangecopper pipe during the cleaning process.Keywords:COP;approach temperature;PLR;rubber ball cleaning;energy conservation0引言公共建筑中，空调系统能耗约占建筑公共能耗的收稿日期：2 0 2 2-0 6-3 0；修回日期：2 0 2 3-0 7-1930%45%，冷水机组作为空调系统主要耗能设备，能耗通常占空调系统50%2 ,COP（制冷系数）的高低直接决定了冷水机组耗电与否。COP主要受蒸发器、91郑志凯，冷凝器胶球自动清洗装置对冷水机组COP影响分析冷凝器的换热效果影响，两器趋近温度越低，就代表换热效果越好，从而COP就越高。蒸发器主要为冷冻水循环,冷冻水循环是闭式循环系统，水质一般较好，不易污染，对蒸发器一般影响不大 3 。冷凝器主要为冷却水循环，冷却水循环一般为开式循环系统，受室外气温、空气湿度、空气质量等影响，冷却水水质较差 4 ,极易造成冷凝器换热铜管结垢、脏堵，影响换热效率，从而造成冷凝器趋近温度过高，导致COP下降 5冷凝器胶球自动清洗装置解决了冷凝器换热铜管结垢，脏堵不能实时清洗的问题，减少了冷凝器人工清洗费用，避免了人工清洗过程中对换热铜管造成的伤害。1项目背景北京某集团拟通过试点项目验证胶球自动清洗装置对冷凝器的清洗效果和对COP的影响。根据试点项目效果，进行全国项目推广。试点项目基本信息和冷水机组详细参数分别见表1、2。表1试点项目基本信息建筑类型投人时间营业时间冷源输送系统末端形式公共建筑2014年11月2 9 日10:00-22:00冷水机组一次泵变流量系统风机盘管+新风系统表2 冷水机组详细参数机组型式机组型号数量/台额定制冷量/kW输人功率/kW额定COP离心式冷水机组开利19 XR335175816.05螺杆式冷水机组开利3 0 XW113392076.472实验方法选择2 台运行时间较为接近的1#、3#离心式冷水机组进行实验，1#冷水机组作为实验主机组，冷凝器加装胶球自动清洗装置，3#冷水机组作为辅助对比机组。项目制冷季一般只需开启1台冷水机组即可满足室内负荷需求，在制冷季分别运行1#冷水机组、3#冷水机组。在运行1#冷水机组时，胶球自动清洗装置在8 月2 3 日前保持关闭，在8 月2 3 日后保持运行。制冷季结束后，收集运行数据，根据2 台冷水机组冷凝器趋近温度情况分析胶球自动清洗装置对冷凝器的清洗效果。在1#冷水机组运行时，保持冷冻水出水温度设定、冷冻泵、冷却泵，冷却塔运行频率和运行台数一致。收集室外气温近似时运行数据，分析1冷水机组开启胶球自动清洗装置后COP的变化。3水质情况冷却水水质好坏直接影响冷凝器换热管壁结垢快慢，为减缓换热管壁结垢，运行过程中须定期对冷却水系统加人药剂 6 。为保障胶球自动清洗装置开启前后，水质无明显差异。特安排相关单位每月对冷却水进行一次检测。经检测水质在胶球自动清洗装置开启前后变化不大，水质情况见表3。4实验数据分析4.1蒸发器趋近温度变化分析冷水机组在不同负载率下，受制冷剂流量、两侧水流量、两器脏堵情况影响，两器趋近温度也会不同。两侧水流量一定时，制冷剂流量受冷水机组负载率影响 7 ,负载率较低时，导叶开度变小，制冷剂流量变小，两器趋近温度在不同负载率也会发生变化。表3冷却水水质检测结果水质指标7月8月9月标准值PH值7.427.167.696.88.5电导率/(S/cm)5023884202000浊度/NTU3.50.12.510钙硬度/(mg/L)14151.550300总碱度/(mg/L)一一一500铁离子/(mg/L)0.020.630.021.0氯离子/(mg/L)44.53050250依据开利离心式冷水机组负荷性能 8 ，将冷水机组负载划分成50%7 0%，7 0%8 5%8 5%10 0%三个负载段。结合3 个负载段数据分析，冷冻水在闭式系统循环过程中，水质发生轻微变化，导致蒸发器趋近温度略有上升，变化幅度不超0.2。冷水机组蒸发器趋近温度轻微变化对COP影响基本可忽略不计。2台冷水机组不同负载率下蒸发器趋近温度情况见表4。4.2冷凝器趋近温度变化分析通过对比1#、3#冷水机组冷凝器趋近温度变化情况，可知在对冷水机组未采取清洗措施的前提下，冷凝器趋近温度随运行时间逐渐升高。1#冷水机组在安装胶球清洗装置后，经过短时间运行，冷凝器趋近温度明显下降，2 台冷水机组冷凝器趋近温度具体分析如下。4.2.13#冷水机组冷凝器趋近温度变化3#冷水机组冷凝器随运行时间、冷却水水质等情况影响，在不同负载率冷凝器趋近温度呈升高趋势。冷凝器趋近温度在不同负载率变化情况见表5。92ZHENG Zhikai,et al.Analysis of the Influence of Condenser Rubber Ball Automatic Cleaning LDeviceonCoPofChiller表4蒸发器趋近温度情况1#冷水机组3#冷水机组冷机负载率8月2 3 日前趋近8月2 3 日后趋近8月2 3 日前趋近8月2 3 日后趋近变化情况变化情况温度均值温度均值温度均值温度均值50%70%0.120.250.130.230.260.0370%85%0.310.460.150.300.430.1385%100%0.450.560.110.340.530.19表53#冷水机组冷凝器趋近温度变化情况8月2 3 日前8月2 3 日后冷机负载率变化情况趋近温度均值趋近温度均值50%70%1.812.320.5170%85%2.052.330.2885%100%2.713.300.59为剔除冷水机组负载率变化对冷凝器趋近温度的影响，本次冷凝器趋近温度变化采用趋近温度与负载率比值的方式呈现，3#冷水机组冷凝器趋近温度变化趋势见图1。4.03.83.63.43.23.02.82.62.42.22.000:81 1-8-21000:91 1-8-210200:111-810000:61 00:9100:t100:07t00:SI00:1ZS00:8100:100:6100:0000:SI00:100:LI00:81 000:I00:6100:t100:0000:8100:t100:0200:61 28-210一一一一8-L1028-8-21028-8-L10一S-8-L10218-2102日期图13#冷水机组冷凝器趋近温度变化情况4.2.21#冷水机组冷凝器趋近温度变化1#冷水机组冷凝器趋近温度随运行时间、冷却水水质等情况影响，冷凝器趋近温度呈升高趋势，但开启胶球自动清洗装置后，经8 月2 3 日一天运行后，冷凝器趋近温度有明显下降。在不同负载率下冷凝器趋近温度变化情况见表6，趋近温度变化趋势情况见图2。表61#冷水机组冷凝器趋近温度变化情况8月2 3 日前8月2 3 日后冷机负载率变化情况趋近温度均值趋近温度均值50%70%1.670.21-1.4670%85%1.960.40-1.3685%100%3.240.59-2.654.31#冷水机组COP变化分析4.3.1分析时间段选取在制冷系统未发生改变情况下，室外干球温度变化对空调器运行性能影响明显，而室外湿球温度影响稍小 9 。为分析1#冷水机组开启胶球自动清洗装置前后COP变化。特选取室外干球温度平均温度近似时间段。数据选取：胶球自动清洗装置关闭时间段：2017年8 月15日至2 0 17 年8 月2 2 日。胶球自动清洗装置运行时间段：2 0 17 年9 月6 日至2 0 17 年9月13 日。从北京历史天气网站，导出相关数据进行整理，选取时间段室外干球、湿球平均温度情况见表7。4.3.21#冷水机组COP变化1#冷水机组在未开启胶球自动清洗装置前，选取时间段冷水机组COP均值为5.16,在开启胶球自动清洗装置后，选取时间段冷水机组COP均值为5.9 7。COP均值提升明显，提升幅度为15.6%。1#冷水机组胶球清洗装置开启前后COP情况见图3。5冷水机组COP提升原因分析冷水机组COP不仅受机组本身影响，还受当时运行条件影响。可将各种影响因素分类成内部因素和外部因素，内部因素反映的是冷水机组本身的因素，外部因素则是指影响蒸发温度和冷凝温度的因素。冷水机组COP受内、外部因素的不同影响,可将COP表示成内部效率（DCOP）与外部效率（ICOP）乘积的形式 10 93下转第13 8 页郑志凯，等于冷凝器胶球自动清洗装置对冷水机组COP影响分析4.03.53.0均值2.7 62.52.01.51.0均值0.4 90.50.0-8-L二日期图2 1#冷水机组冷凝器趋近温度变化情况表7 室外干球温度、湿球温度情况类别装置开启前选取时间段平均气温/装置开启后选取时间段平均气温/变化/室外干球温度27.827.90.1室外湿球温度23.620.33.36.206.00均值5.9 75.805.605.405.20均值5.165.004.8000:100:SI00:6100:9100:800:6100:00:6100:8100:9100:91800:1亿88-6-L18-6-L16-6-L1558222L-6-L1二1-8-L18-21-8-Z1一8-8-L1-8-1-8-L1-8-210-8-Z18-21-8-1-8-21-8-L1-6-21006-L16-L16-L11-6-2102-6-L11-6-L11-6-L1-6-11-6-L1020日期图31#冷水机组胶球自动清洗装置开启前后COP情况DCOP代表冷水机组内部特性，胶球自动清洗装置不会改变机组内部特性，在冷水机组型式、压缩机、制冷剂种类无变化的前提下，DCOP未发生变化。冷凝器趋近温度的降低直接提高了冷水机组ICOP，进而提升了冷水机组COP。胶球自动清洗装置开启前后DCOP、IC O P均值见表8。表8胶球自动清洗装置开启前后DCOP、IC O P变化情况胶球自动清洗胶球自动清洗指标变化情况装置开启前装置开启DCOP0.5520.5600.008ICOP9.35110.6641.3136结论（1）胶球自动清洗装置对冷凝器换热铜管有较好的清洗效果，可保持冷凝器趋近温度不会提高，（2)在蒸发器趋近温度和两侧水流量基本不变的前提下，冷凝器趋近温度降低可充分提高冷水机组COP,进而降低冷水机组能耗。参考文献：1孟力，龙海珊，陈奔冰.公共建筑能耗研究分析 J.智能建筑电气技术,2 0 2 1,15(5)：3 5-3 7.2王碧玲，邹瑜，孙德宇，等.冷水机组IPLV指标应用分析 J.建筑科学,2 0 15,3 1(10):57-6 1.138上接第93页）林瀚坤，等：湿热地区高密度街区绿化热环境调节作用研究Comfort in Sunlight,Building Shade,and Pergola Shade During Summer in aHumid Subtropical RegionJ.Building and Environment,2014,82:556-565.8 Shi Y,Werner L,Yiqiang X.The Synergistic Effect of Street Canyonsand Neighbourhood Layout Design on Pedestrian-level Thermal Comfort inHot-humid Area of ChinaJ.Sustainable Cities and Society,2019,49:101571.9吴伟斌，洪添胜，王锡平，等.叶面积指数地面测量方法的研究进展 J.华中农业大学学报，2 0 0 7,2 6（2）：2 7 0-2 7 5.10 International Organization for Standardization,InternationalElectrotechnical Commission.Ergonomics of the Thermal Environment:Instruments for Measuring Physical Quantities M.Geneve,Switzerland:International Organization for Standardization,1998.11 Broede P,Blazejczyk K,Fiala D,et al.The Universal ThermalClimate Index UTCI Compared to Ergonomics Standards for Assessing theThermal EnvironmentJ.Industrial health,2013,51(1):16-24.12 Pardeep K,Amit S.Assessing the Monthly Heat Stress Risk toSociety using Thermal Comfort Indices in the Hot Semi-arid Climate ofIndia J.Materials Today:Proceedings,2022,61(2):132-137.3陈敏，薛冕，张晓光，等.中央空调冷冻水系统的清洗及水质保养 J.清洗世界，2 0 18,34（4）：2 2-2 5.4廖吟霜，冯鹏，徐对功，等。水处理技术在冷水机组中的应用 J.制冷与空调,2 0 19,19（3）：13-15.5罗燕萍，余珏.大型冷水机组污垢自动清洗及经济性分析 J.发电与空调,2 0 14,35(3):7 1-7 4.6张敏，孙寅聪，徐会武，等.集中空调水系统的清洗 J.清洗世界，2015,31(3):13-18.7李浙.空调用离心式冷水机组的性能分析 J.制冷空调与电力机13金雨蒙，金虹，康健，等.严寒地区城市住区公共空间热环境及热舒适实测研究 J.建筑科学,2 0 2 1,37（12）：2 9-37.14 林瀚坤，肖毅强。绿化表皮对过渡空间的热环境影响实测研究 J.西部人居环境学刊,2 0 2 0,35（5）：6 9-7 6.15 Btazejczyk K.BioKlima 2.6 CP/OL.Institute of Geography andSpatial Organization,Polish Academy of Science,20102022-4-28 .http:/www.igipz.pan.pl/Bioklima-zgik.html16 Heir S.Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems M/OLJ.Kassel,Germany:John Willy&Sons Ltd,2014.https:/doi.org/10.1002/9781118703274.ch2作者简介：林瀚坤（198 5），男，广州人，毕业于华南理工大学，建筑设计与理论专业，博士，研究方向：绿色建筑、立体绿化、热环境（)。通讯作者：肖毅强（196 7），男，广东人，毕业于华南理工大学，建筑设计与理论专业，博士，教授，研究方为绿色建筑（）。械,2 0 0 1,2 2(1):2 9-34.8卫宇.离心式与螺杆式冷水机组组合应用系统方案的性能分析 J.制冷技术,2 0 0 0,（1)：14-17.9刘洋，王芳，杜世春.环境工况对空调器运行性能的影响 J.暖通空调,2 0 0 6,36(11):110-112.10蔡宏武，魏庆芃.冷水机组运行性能评价及节能诊断 J.暖通空调,2 0 0 8,38:10 6 -111.作者简介：郑志凯（1991），男，河北人，建筑环境与设备工程专业，工程师，研究方向为建筑节能技术（10 8 337 37 94 ）。