广州地铁车站冷水机组NPLV研究与实践

　　摘要国标《冷水机组能效限定值及能效等级》犐犘犔犞所反映的负荷分布、权重系数和平均冷却进水温度与地铁工程差异较大，这种差异与地区密切相关。基于地铁车站运营数据，提出广州地铁综合部分负荷性能NPLV的计算公式;对比分析了近、远期NPLV的不同;初步探讨了NPLV对制冷主机选型的参考价值。

　　关键词综合部分负荷性能系数非标工况综合部分负荷性能系数地铁站冷水机组选型

　　0引言

　　根据《绿色高效制冷行动方案》的目标，到2030年，大型公共建筑制冷能效提升30%，制冷总体能效水平提升25%以上[1]。地铁车站作为交通功能的大型公共建筑，大多采用集中冷源的集中空调系统，冷水机组是主要的冷源型式，其能耗是集中空调系统能耗的主要组成部分。广州地铁某站节能改造后冷水机组全年能耗占比的统计情况，对于高效空调系统，冷水机组在制冷机房能耗中的占比超过了80%[2]。

　　因此，合理选择冷水机组，提升冷水机组的运行能效，是实现上述目标的关键所在。GB19577—2015《冷水机组能效限定值及能效等级》中，增加了综合部分负荷性能系数(犐犘犔犞)作为能效等级的考核依据，对冷水机组的性能系数及犐犘犔犞的各级能效指标及能效限定值作了明确规定[3]，其中犐犘犔犞的计算参照了GB50189—2015《公共建筑节能设计标准》的计算方法[4]。

　　地铁交通论文范例：地铁隧道施工对邻近桩基建筑物的影响研究

　　受犐犘犔犞的计算方法和检测条件所限，犐犘犔犞只能用于评价单台冷水机组在名义工况下的综合部分负荷性能水平，不能用于评价单台冷水机组实际运行工况下的性能水平[45]。地下车站的空调负荷特性与一般地上公共建筑不同，其与车站客流量密切相关，负荷率变化主要受客流量变化的影响，受室外环境变化的影响较小，而客流量变化又分为初期、近期和远期的长周期变化和每天的早、晚高峰和平峰的短周期变化。目前地铁工程设计普遍采用犐犘犔犞作为选型依据，难以选到与本地区地铁负荷特征相匹配的机组，实际运行中造成能源浪费。因此，本文首先分析地铁工程与一般公共建筑的负荷特性差异，在此基础上提出符合地铁工程特点的非标工况下的综合部分负荷性能系数(NPLV)，初步探讨NPLV在地铁工程冷水机组选型中的价值。

　　1地铁空调负荷特性分析

　　广州地铁某典型地下站8月份一周的车站冷水主机负荷率及室外干球温度随时间的变化。在空调季节，车站的负荷规律具有周期性。在每一个周期(一个空调日)内冷水主机的负荷率均存在2个明显的峰值，对应的时刻为早晚高峰客流时刻。室外气象参数的峰值一般在14：00—15：00左右，地铁车站的负荷峰值与室外气象参数的峰值不具有一致性，与王碧玲等人研究的典型办公建筑的负荷分布差别较大[6]。

　　广州地铁典型站空调日运营期间的车站小时客流随时间的变化曲，08：00、18：00左右为客流早晚高峰期，其他时段为平峰期。可以看到，客流的变化曲线与车站冷水主机的负荷变化规律是一致的[7]。因此，地铁车站空调负荷整体呈现早、晚2个驼峰的状态，负荷变化与室外温度的变化趋势不一致，而GB50189—2015中犐犘犔犞所反映的空调水系统的冷量需求与冷却水温的变化是同步的。

　　2地铁行业的NPLV计算方法

　　2.1源数据的选取

　　根据典型供冷车站的规模及其建筑特点，空调水系统一般采用一级泵变流量系统，配置2台相同冷量的冷水机组，水泵与机组一一对应。车站工艺控制一般采用台数与变流量相结合的方式;当车站总冷负荷小于等于单机冷负荷时，开启1台机组及其对应的水泵;当车站总冷负荷大于单机冷负荷时，开启2台机组及其对应的水泵。

　　因此，系统负荷率与冷水机组负荷率并不相同，这也是犐犘犔犞不能反映多机组运行情况的原因。选取广州地铁某站，该站自控系统运行良好，全年运行数据记录完整，根据全年冷水机组的运行小时工况点，系统负荷率及单台冷水机组负荷率的分布，车站负荷率及单机负荷率与冷却水进水温度呈非线性关系和多对多的关系，其负荷分布特征与贾晶等人研究的其他类型的公共建筑负荷分布情况[8]显著不同。

　　系统负荷率主要集中在35%～45%及70%～90%范围，低负荷范围主要是夜间收车后空调小系统负荷及平峰时段的负荷;而高区范围主要是客流早晚高峰时段。本计算案例所选车站的小系统选型冷负荷占冷水主机总额定制冷量的41.2%，统计数据与设计选型值基本一致。冷水机组的负荷率主要分布在70%～90%范围，在全年单机负荷率占比中，80%左右的负荷率占比最大。冷却进水温度分布的区间主要在负荷率分布集中的区间，对于系统而言，平均冷却水进水温度主要分布在26℃及29℃左右，占比分别约为33%、30%;单台冷水机组负荷率分布中，平均冷却水进水温度主要分布在27.5℃左右，占比超过70%，在80%负荷率对应的平均冷却水进水温度分布最广。此外，需要说明的是，在有条件的情况下，应尽可能多地选取近期或远期不同年份、不同类型车站的冷水机组运行数据，扩大样本容量有利于提高所得NPLV的适用性。

　　2.2负荷率的划分国标犐犘犔犞计算公式划分为100%、75%、50%及25%4个负荷率，是全国统一的犐犘犔犞系数值;我国地域辽阔、不同气候分区的气象条件差异显著，不同类型工程亦不相同，全国统一的犐犘犔犞系数值对于各地区的具体项目无实际指导意义，犐犘犔犞的负荷率以25%为步长划分，跨度较大，导致犐犘犔犞用于评价冷水机组的部分负荷性能及其在全年运行能耗方面的应用往往偏离工程实际。

　　因此，本文细化负荷率步长划分，步长越小，犐犘犔犞反映的部分负荷特性更贴近实际运行情况，但公式计算参数过多，不利于工程应用。考虑地铁工程大多以螺杆机为主，通常螺杆机在10%～100%负荷范围可实现无级调节，结合市面主要冷水机组厂家提供的机组负荷特细曲线及设计人员实际计算的便捷性，本文以10%作为负荷率划分的步长，将国标的犐犘犔犞计算公式中的负荷率由4个工况扩展为10个工况，即部分负荷率工况取10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%，依次对应部分负荷工况点A、B、C、D、E、F、G、H、I和J。

　　2.3平均冷却水温的计算

　　NPLV中每一种工况所对应的平均冷却水进水温度为该工况所包含的全部基础数据点的算术平均值，且其所包含数据点的平均温度与工况所代表的负荷率值相等。以D工况点为例，单台冷水机组负荷率在35.41%～43.58%范围内的全部基础数据点的算术平均温度与D工况点所代表的40%单台冷水机组负荷率相等，该负荷率范围内所包含的数据点的冷却水进水温度的算术平均值即为该工况点对应的平均冷却水进水温度。

　　需要特别说明的是，考虑实际工程冷水主机运行的特点，将95%及以上负荷率作为100%负荷率工况点(J)所包含的基础数据范围。经上述统计计算，得到A～J工况点的平均冷却水进水温度依次为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况下的平均冷却水进水温度对比。随着负荷率的升高，制冷机的平均冷却水进水温度随之升高，在100%负荷率最高。

　　在70%～90%负荷率时，平均冷却水进水温度最高，在40%负荷率时最低。NPLV与犐犘犔犞的不同工况点平均冷却水进水温度存在较大差异且随负荷率的变化趋势不同，原因是犐犘犔犞所反映的建筑负荷特性与地铁负荷特性不匹配，这与第1节及2.1小节的分析是一致的。对于广州地铁工程而言，空调季节较长，在远期负荷阶段，早晚高峰车站冷负荷主要集中在70%～90%，因此，该负荷分布范围对应的平均冷却水进水温度最高。单机40%的负荷对应的平均冷却水进水温度最低是由于主机运行在该负荷率时主要处于夜间大系统停运，或处于过渡季节，此时，室外的湿球温度较低，造成平均冷却水进水温度低。

　　3地铁车站近远期NPLV对比分析通过选取广州地区2017年开通线路某车站记录的全年运行数据，该站控制系统及数据记录完整，得到其全年负荷率分布，采用第2章方法，计算得到广州地区近期的NPLV计算公式。对比其权重系数，

　　近期，冷水机组负荷率主要集中在60%以下，在70%以上的负荷率运行时间全年占比较小，无满负荷运行情况;在远期，负荷分布较广且存在满负荷情况;转换为冷水机组的负荷率，则近期主要集中在50%～60%，远期主要集中在70%～90%。广州地区车站冷水主机在初期、远期的冷水机组负荷率差异较大，不同负荷率对应的平均冷却水温不相同，对应的主机犆犗犘不同。因此，近期、远期应采用不同权重系数的NPLV来衡量冷水机组的性能。对于新建以及改造车站，主机选型时应注意所处的运营阶段。

　　5结论

　　1)地铁车站空调负荷呈现早晚2个驼峰的状态，负荷变化趋势与客流变化趋势相同，与室外温度的变化趋势不一致;在大负荷率时，冷却进水温度低，冷水机组压缩比低;相反，小负荷率时，冷却进水温度高，冷水机组压缩比高。2)以广州地铁为例，重新划分负荷率，计算不同负荷率所对应的平均冷却水进水温度，计算结果表明犐犘犔犞计算公式所反映的负荷分布、权重系数和平均冷却水进水温度与地铁工程差异较大，这种差异与地区密切相关，建立不同地区的NPLV计算公式有利于选择与负荷特性相匹配的冷水机组。

　　3)单台冷水机组负荷率与车站负荷率分布不同，单台冷水机组负荷率在近期主要集中在60%以下，而在远期主要分布在70%～90%之间;近远期机组负荷率差异较大，采用不同权重系数的NPLV来衡量冷水机组的性能是有必要的，对于新建以及改造车站，主机选型时应注意所处的运营阶段。4)在国标犆犗犘及犐犘犔犞值相当情况下，不同主机的NPLV差异可能较大，以满足国标的犆犗犘或犐犘犔犞作为主机选型主要性能参数往往不能选到最适合的机组;在南方地铁工程中NPLV普遍低于犐犘犔犞，设计人员在核算系统能效时应重点关注该差异。

　　参考文献：

　　[1]国家发展改革委.绿色高效制冷行动方案[EB/OL].https：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/201906/W020190905514433438027.pdf，2019：23

　　[2]罗燕萍.地铁车站高效空调系统设计方法与能效评价[M].北京：中国建筑工业出版社，2019：2122

　　[3]中国标准化研究院，合肥通用机械研究院，特灵空调系统(中国)有限公司，等.冷水机组能效限定值及能效等级：GB19577—2015[S].北京：中国标准出版社，2015：12

　　作者：罗燕萍☆吴绍康