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冷水机组能效比COP的定义与解释

时间:2018-01-13 17:51 点击次数:
 

冷水机组能效比COP的定义与解释
 
    

GB19577-2004《冷水机组能效限定值及能源效率等级》(以下简称《能效标准》)国家标准正式发布,这个标准为强制性标准,已于2005年3月1日正式实施。结合04年8月13日国家发改委、国家质检总局先期联合颁布的《能源效率标识管理办法》,可以预见中央空调即将实施能效标识制度。能效标准和办法的实施将对中央空调行业将产生重要的影响。

本文从水冷冷水机组的角度,介绍了能效标准的出台背景和主要技术内容,对比说明了目前国内水冷冷水机组的能效现状,并对能效标准实施后对行业的影响进行了预测。

一、《能效标准》基本情况

1.标准出台的背景

(1)国家能源紧缺的问题日益突出

中国正处于工业化过程中,社会经济发展对能源的依赖要比发达国家大得多,社会发展受到资源约束的矛盾日益突出。威尼斯2017娱乐官网国已成为煤炭、钢铁、铜等第一消费大国,继美国之后的世界第二石油和电力消费大国。能源的开采、转换和利用对环境、公众身体健康、全球气候变化、经济发展、国家能源安全产生巨大影响。

近几年来,威尼斯2017娱乐官网国电力生产增长迅猛,但相对而言,消费量增长更快,在夏季,部分地区电力供应紧张,有19个省区市不同程度的出现了拉闸限电。04年入冬后,全国大范围的缺电现象愈演愈烈。据统计,全国有21个省市区采取了拉闸限电的措施来保证基本的电力供应。电监会日前提供的数字显示,05年威尼斯2017娱乐官网国电力需求增长将达14%-15%,为25年用电增长快的一年。

(2)峰谷差别加大,居民生活和企业生产受影响

椐统计,随着空调的进一步普及,空调已日渐成为能耗大户。同时由于空调的使用时间比较集中,造成巨大电力供应的峰谷差别,造成高峰时的供不应求,低谷时的电力闲置浪费。在威尼斯2017娱乐官网国许多城市,在夏季用电高峰时期,都出现了由于用电紧张而导致拉闸限电;近几年来供电部门被迫实施强制性错峰用电措施,影响了居民的正常生活和企业的生产经营。

(3)规范竞争的需要

近几年价格竞争激烈,对空调器的质量和行业的健康发展产生了很大影响。在质量方面,偷工减料、弄虚作假行为在部分厂家中显而易见。在性能方面,市场中的空调器产品能效比良莠不齐,高低相差40%,威尼斯2017娱乐官网国与世界其他国家相比,能源效率较低,直接导致能源浪费和市场竞争力的降低。

通过《能效标准》和能效等级标识制度的实施,为达到规范市场、引导技术进步、提高威尼斯2017娱乐官网国产品的市场竞争力和鼓励消费者选择高效产品提供了一条有效的途径。从而将市场需求向高质量、高效率中央空调产品转移,推动节能和环保事业的发展。经验也证实,行业的利润率会显著的改善。

(4)环境保护的要求

中国是世界上的能耗大国,每年消耗约14亿吨的标煤,电能75%来源于煤,SO2、NOX、CO2等污染物的排放量已到必须治理的程度。威尼斯2017娱乐官网国东部的大部分地区都受到酸雨的威胁。威尼斯2017娱乐官网国的酸雨和其他环境污染,一年损失大约是国民生产总值的1.6%。节能是减少污染的有效措施之一。

2.《能效标准》主要内容摘录

(1)标准的范围

本标准规定了冷水机组的能效限定值、能源效率等级、节能评价值、试验方法和检验规则。

本标准适用于采用电机驱动压缩机的蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组(以下简称:冷水机组)。

(2)基本的术语和定义

a) 能源效率限定值 (the maximum allowable value of energy consumption)冷水机组在额定的制冷工况和规定条件下,能效比的小值,简称能效限定值。

b) 节能评价值(the evaluating values of energy conservation)在额定的制冷工况和规定条件下,节能型冷水机组应达到的能效比小值。

c) 能源效率等级(energy efficiency grade)能源效率等级(简称能效等级)是表示产品能源效率高低差别的一种分级方法,依据能效比的大小确定,分成1、2、3、4和5 五个等级,其中1级表示能源效率高,五级表示能源效率低。

d) 额定能源效率等级(rated energy efficiency grade)

额定能源效率等级是指由生产厂家在产品上规定的冷水机组的能源效率等级。

(3)能效限定值

水冷冷水机组的能效比实测值应大于等于表1的实测值。

表1 能源效率限定值

类 型

额定制冷量(CC)KW

性能系数 W/W

水冷式冷水机组

CC≤528

3.8

528<CC≤1163

4.0

1163<CC

4.2

(4)能源效率评定方法

a) 能源效率等级评定方法

根据机组的性能系数测试结果,依据表2,判定该机组的额定能源效率等级。产品的性能系数测试值和标注值应不小于其表2中额定能源效率等级所对应的指标规定值。

表2 能源效率等级指标

类型

额定制冷量(CC)

KW

能效等级(COP)/ (W/W)

1

2

3

4

5

水冷式冷水机组

CC≤528

5.0

4.7

4.4

4.1

3.8

528<CC≤1163

5.5

5.1

4.7

4.3

4.0

1163<CC

6.1

5.6

5.1

4.6

4.2

b) 节能评价值 机组的节能评价值为表2中能效等级2级。(5)能源效率的试验方法按GB/T18430.1和GB/T10870中的能源效率试验方法进行 (6)检验规则 在一批产品中,抽取一台样品,测试其性能系数;若不满足规定要求,再抽取两台样品,实测值均应满足规定要求,否则判该批为不合格。 对于单台产品,测试其性能系数;若不满足规定要求,判该产品为不合格。 (7)能源效率等级标注 a) 生产产家应根据本标准的要求和测试结果,确定产品的额定能源效率等级。 b) 生产厂家应在其产品的出厂文件上注明该机组的额定能源效率等级、所依据的标准号。 3.《能效标准》重要技术内容的说明 (1)标准的说明 《能效标准》作为国家强制性标准,其中关于“能效限定值”的要求是强制性的,对国内所有生产和销售的冷水机组都有约束力。 (2)关于标准的适用范围 《能效标准》只适用于冷水机组,不适用于热泵机组的制热工况;标准只适用于电制冷机组,不适用于溴化锂吸收式机组。由范围可以看出,能效标准是为了规范电制冷产品的竞争。 从《能效标准》可看出,其适用的产品为电制冷冷水机组,且与压缩机类型、功能(单冷、热泵)、试验测试的可操作性无关,只是按制冷量大小划分。 表3 产品划分范围

类 型

额定制冷量(CC)KW

水冷式冷水机组

CC≤528

528<CC≤1163

1163<CC

注:额定制冷量指在额定制冷工况和规定条件下,机组的制冷量 (3)关于额定制冷工况

在GB18430.1中,规定了机组的名义工况:30/7℃。因此,《能效标准》中的额定制冷工况就是在GB18430.1中的名义工况,能效等级都是以名义工况30/7℃作为划分依据,这一点要特别注意。换句话说,《能效标准》中未规定非名义工况下的能效等级。 (4)低能效值或能效限定值 从《能效标准》可看出,冷水机组根据制冷量划分成三个范围,即0~45.4万Kcal/h,45.4~100 万Kcal/h, 100万Kcal/h以上,因此低能效值也划分成三个。根据《能效标准》,低于低能效值的冷水机组不得生产和销售。 表4 能效限定值指标

类 型

额定制冷量(CC)KW

性能系数

水冷式冷水机组

CC≤528

3.8

528<CC≤1163

4.0

1163<CC

4.2

(5)能效等级的含义 根据国家能效标识管理办法的要求,冷水机组的能效等级划分成5级,即1,2,3,4,5级,每级含义如下: 1)1级为超前值,是企业努力的目标 2)2级为节能级,代表节能产品的门槛(小寿命周期成本),可申请节能产品认证 3)3、4级代表威尼斯2017娱乐官网国的平均水平 4)5级为低能效值产品,也是即将淘汰的产品 (6)能效等级的评定 目的是配合威尼斯2017娱乐官网国能效标识制度的实施。能源效率等级只是对产品的能源效率指标进行划分,并不代表产品的整体质量等级。划分的依据:一是拉开档次,鼓励先进;二是兼顾国情,以及对市场产生的影响;三是逐步的与国际接轨。 根据标准规定,能效等级的评定基准为冷水机组的性能系数测试结果,且测试值不得小于能效等级对应的指标规定值。特别注意:评定的性能系数为机组的实测值,而非目前厂家宣称的样本数据。4.《能效标准》和GB18430.1的关系

GB18430.1-2001是冷水(热泵)机组的产品标准,和《能效标准》存在如下关系:

(1)在《能效标准》中,明确规定判定电制冷机组的能源效率等级的试验方法应按照GB18430.1-2001进行。

(2)在GB18430.1-2001标准中,根据电制冷机组所使用的压缩机种类,也同样规定了进入市场的门槛值,如表5所示

表5 GB18430.1-2001中名义工况性能市场准入值

压缩机类型

往复活塞式

涡旋式

机组制冷量,kW

>50~116

>116

>50~116

>116

水冷式

3.5

3.6

3.55

3.65

压缩机类型

螺杆式

离心式

机组制冷量,kW

≤116

116~230

>230

≤1163

>1163

水冷式

3.65

3.75

3.85

4.5

4.7

对照表4可以看出,相对于GB18430.1-2001中规定的螺杆机和涡旋机的COP门槛值,《能效标准》中的门槛值要求大大提高,门槛值提高了4-15%;《能效标准》却降低了离心机的门槛值,降低了11~24%。联想到《能效标准》不适用于吸收机组以及降低离心机门槛值,可以看出其原因可能是因为离心机和吸收机的竞争格局已经成熟,已经比较规范。而螺杆机和涡旋机目前正处于战国混战的时代,显示出国家纠正螺杆机和涡旋机弄虚作假、无序竞争的用意。

(3)在GB18430.1-2001标准中规定,机组名义工况的性能值不应小于机组名义值的92%。这个规定的意义是:比如如果对外宣称机组的COP值为6.0,实测时只要达到5.52就算合格,就算符合标准。但是国内有一部分厂家却利用这个标准,将允许的偏差故意改大成8~18%,极大地扰乱了市场。

《能效标准》规定:生产产家应根据本标准的要求和测试结果,确定产品的额定能源效率等级;生产厂家应在其产品的出厂文件上注明该机组的额定能源效率等级、所依据的标准号。按照这个规定,生产厂家今后在出厂文件、样本、选型程序、广告等资料中标注能效等级和产品性能时,标注值应不小于测试结果。这表明《能效标准》对GB18430.1的允许偏差进行了彻底否定。

5.《能效标准》的发展趋势 (1)《能效标准》将向规定COP和IPLV值方向发展 在2004版《能效标准》中,产品能效等级的判定只有一个准则:依据COP来进行评定。 根据GB18403.1中规定的方法,该COP值是机组运行在名义工况下的满负荷性能系数。但事实上机组在实际的运行中绝大部分时间不是处于满负荷,根据ARI(美国制冷协会)的调查统计,机组在满负荷的运行时间实际上只占到总运行时间的1%,其余99%的运行时间机组负荷处于满负荷以下。为了真正反映机组在实际运行时间内的效率,ARI550-98标准引入了IPLV(综合部分负荷值)的概念来反映在实际的运行过程中机组的性能系数,同时通过IPLV反映出来的运行费用更具参考性。IPLV的计算公式为: IPLV=0.01A+0.42B+0.45C+0.12D 其中:A——100%负荷工况点时的COP; 
B——75%负荷工况点时的COP;
C——50%负荷工况点时的COP; 
D——25%负荷工况点时的COP; 在GB18430.1标准中也提出了测试部分负荷性能的要求,但没有引入IPLV的计算方法。值得注意的是,05年7月1日开始实施的GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》中已经引入根据不同气候区确定不同加权系数的部分负荷性能计算方法,这个方法很可能会在新版的能效标准中采用。 显然,考察单台的性能,采用COP和IPLV两个指标比仅用COP更加科学。所以美国的SHRAE90.1-2001标准在规定机组的低性能门槛值时,采用了COP和IPLV两个指标来进行判定,见表6。 表6 SHRAE90.1-2001对冷水机组的低能效要求

水冷机类型

冷量范围

COP

IPLV

往复式

全范围

4.2

5.05

螺杆式及涡旋式

<528KW

4.45

5.20

≥528Kw且<1055KW

4.9

5.6

≥1055KW

5.5

6.5

离心式

<528KW

5

5.25

≥528Kw且<1055KW

5.55

5.90

≥1055KW

6.1

6.4

可以预见,在《能效标准》改版时,将由现版的COP准则向COP和IPLV双准则发展。 (2)《能效标准》的能效门槛值将继续提高 对照表4和表6可以看出,和SHRAE90.1-2001的能效门槛值相比 ,当前版本《能效标准》的能效门槛值要低17~31%,SHRAE90.1-2001的门槛值大致相当于能效标准中的节能等级。 据报道,美国能源部近日决定,自2006年1月起,美国将推行新的空调能效标准,新的标准将老标准提高了4%—20%。 可以预见,在《能效标准》改版时,将能效标准各对应等级将继续提高。

二.目前螺杆冷水机组厂家的能效现状

表7 部分螺杆冷水机组厂家的样本COP值

厂家

型号

COP范围

CC≤528

528<CC≤1163

1163<CC

备注

BS

SLBLG

3.57~3.78

3.57~4.23

4.23

R22机组

GX

KCHUW

4.37~4.85

4.42~5.04

4.5~5.04

R22机组

TJ

RSW

4.46~4.97

4.74~5.19

4.96~5.02

R22机组

WZ

LSBLG

4.05~4.15

4.08~4.25

4.25

R22机组

DA

SL

4.80~4.93

4.84~5.10

4.84~5.10

R22机组

SL

SLAA

5.06~5.17

5.11~5.33

5.20~5.33

R22机组

YK

YS

4.63~4.83

4.94~5.22

5.47~5.82

R22机组

YEWS

4.89~5.03

/

/

R22机组

TL

RTHB

4.6~4.78

4.6~4.84

4.87

R22机组

RTHD

4.9~6.1

4.9~6.1

5~6.13

R134a机组

DB

WCFX-B

4.72~4.83

4.83~5.17

4.75~5.11

R22机组

MQ

WHS

4.41~4.52

4.46~4.52

R22机组

KL

30HX

4.83~5.04

4.78~5.04

4.83~4.99

R134a机组

23XL

/

5.67~5.88

/

R134a机组

经过调查计算,部分厂家样本存在着偷冷量、夸大COP行为,这已经成为行业的一种不良习气,这些厂家样本COP值含有9~18%的水份。表9是扣除水份后的部分厂家实际COP值。 表9 部分厂家螺杆冷水机组实际COP值

厂家

型号

COP范围

CC≤528

528<CC≤1163

1163<CC

GX

KCHUW

3.72~4.12

3.76~4.3

3.83~4.28

TJ

RSW

3.79~4.23

4.03~4.41

4.22~4.27

DA

SL

4.33~4.45

4.33~4.45

4.37~4.50

根据调查计算,部分厂家的样本COP值根据GB/T18430.1产品标准进行了3~6%的修正,扣除样本数据中的修正量后,得到表10部分厂家冷水机组的实测COP值。 表10 部分厂家螺杆冷水机组实际COP值

厂家

型号

COP范围

CC≤528

528<CC≤1163

1163<CC

BS

SLBLG

3.57~3.78

3.57~4.02

4.02

WZ

LSBLG

3.84~3.94

3.88~4.04

4.04

SL

SLAA

4.81~4.91

4.85~5.06

4.94~5.06

YK

YS

4.40~4.59

4.69~5.0

5.20~5.53

YEWS

4.65~4.78

/

/

TL

RTHB

4.37~4.54

4.37~4.60

4.62

RTHD

4.66~5.8

4.66~5.8

4.75~5.82

DB

WCFX-B

4.48~4.59

4.59~4.92

4.51~4.85

MQ

WHS

4.19~4.29

4.24~4.29

KL

30HX

4.59~4.79

4.51~4.79

4.59~4.75

23XL

/

5.39~5.59

/

从表9~表10的数据威尼斯2017娱乐官网可以看出,国内厂家生产的螺杆冷水机组COP值的差距相当大。大部分厂家生产的螺杆冷水机组COP值,基本上处于能效等级的4、5级,距节能等级的要求有很大差距。而部分厂家的部分产品已经到节能产品能效等级的要求。但上市销售的螺杆冷水机组几乎没有产品能够达到1级水平。 三、《能效标准》标准实施后的几个趋势 《能效标准》和能效标识管理办法的颁布实施使得中国这个空调器全球第一产量大国拥有了对空调能耗具有约束和指导作用的产品法规。将促使空调产品制造商加强节能技术的引进与开发投入、从整体上提高威尼斯2017娱乐官网国空调产品的能效水平。对于减少建筑终端能源消耗、保护环境、保护消费者利益、引导空调制造企业转向理性的技术竞争等诸多方面都将起到积极而深远的影响。 1.加快行业“洗牌” 《能效标准》的实施会促进空调行业的技术进步,而且同空调行业目前的形势联系起来会加速“洗牌”进程导致诸多空调企业出局。业内人士认为,能效比是空调的核心技术指标,大部分厂家要在短期内将其提到较高水平,几无可能。对于能效的提高,除增加材料成本外,主要的技术措施可能有:设计制造更高效的压缩机、研究开发更高效的强化换热管型、设计制造流场更好的换热器,更重要的是要有更先进的系统匹配技术和优化控制技术来进行性能潜力的挖掘,这对本身无核心技术的、以低材料成本生存的厂家来说,是一道无法跨过的门槛。目前相当量存在的这类企业即螺丝刀装配工厂,经过近一两年的市场洗礼,一些企业因此被淘汰是一种必然。 《能效标准》的实施将对市场起到引导和规范的作用,特别是空调能效标识的实施,使不同能效等级的空调产品具有直观的符号,将积极引导消费者购买节能高效的产品,同时将目前市场由价格混战的局面导向理性的技术竞争。在持续经历品牌集中和高度残酷的竞争后,空调产业有望迎来崭新而健康的产业品牌格局。 2.相关行业将按《能效标准》进行采购 上海等大城市已经在2004年制定了相应的政策,强制要求不达标机组不得上市销售和使用。在全国范围内实施国家标准节能产品必将是一个大的趋势。以《单元式空气调节器能效限定值及能源效率等级》与《冷水机组能效限定值及能源效率等级》为基本参照标准的强制性的《公共建筑节能设计标准》已经发布。据悉,该标准对工业建筑和民用建筑(主要为4层以上的住宅及高层建筑)用空调提出了更高的能效要求。其中,水冷式机组中,螺杆机组要达到《冷水机组能效限定值及能源效率等级》4级、离心式机组要达到《冷水机组能效限定值及能源效率等级》3级、活塞式和蜗旋式机组要达到《冷水机组能效限定值及能源效率等级》5级才能在建筑中使用;单元式机组要求达到《单元式空气调节器能效限定值及能源效率等级》4级。业内人士认为,一旦《公共建筑节能设计标准》标准正式实施,对行业内很大一部分企业是个挑战。 特别值得注意,政府部门正在制定节能产品目录,规定政府采购时只能使用节能产品目录的产品。  3.中央空调产品也将实施能效标识制度 04年8月13日国家发改委、国家质量监督检验检疫总局联合颁布《能源效率标识管理办法》,04年11月国家发展改革委、国家质检总局和国家认监委制定并发布了《中华人民共和国实行能源效率标识的产品目录(第一批)》、《中国能源效率标识基本样式》、《家用电冰箱能源效率标识实施规则》和《房间空气调节器能源效率标识实施规则》。自2005年3月1日起,已经率先从冰箱、空调这两个产品开始实施能源效率标识制度。 目前,家用空调器和电冰箱产品能源效率标识基本样式为蓝白背景的彩色标识。标识的名称为:中国能效标识(英文名称为China Energy Label)。标识包括生产者名称,产品规格型号,能源效率等级,能源消耗指标,其他性能指标以及依据的能源效率国家标准编号等基本内容。 可以预见中央空调实施能效标识制度是一种必然的趋势,能效标准和标识管理办法的实施将是推进先进节能产品的有力保障。届时中央空调也将粘贴类似的标识上市销售。 但是,中央空调能效标志的实施,应避免家用空调和家用冰箱能效标志制度实施过程中出现的问题。在中央空调能效标志的实施过程中,应特别注意对抽样过程的控制,技术监督部门可以仿效体育中飞行抽检做法,防止厂家出现被抽样产品和上市销售产品不一致的弄虚作假行为。还可以学习ARI美国制冷学会的做法,将各厂家产品的能效等级测试数据在网上公布,接受同行和客户等的评论和投诉甚至监督。 四.节能级产品和淘汰级产品的技术经济分析 威尼斯2017娱乐官网以一台100万大卡的冷水机组为例:假设节能级产品的售价为0.6元/大卡,淘汰级产品的售价为0.5元/大卡,一年运行六个月,每天运行10个小时,电价为0.52元/KW.h,按照淘汰级和节能级产品的能效值4.0和5.1分别计算初投资和运行费用,计算数据见表12 节能级产品和淘汰级产品比较

项目 产品

淘汰级产品

节能级产品

差值

备注

能效比

4.0

5.1

要求实测值

能源消耗

2.908KW/万大卡

2.28KW/万大卡

初投资

500,000

600,000

-100,000

RMB

运行费用/年

272,142

213,444

58,698

0.52元/Kw.h、10小时/天、

30天/月、6月/年

总运行费用

5,442,840

4,268,880

1,173,960

使用寿命20年

总投资成本

5,942,840

4,868,880

1,073,960

使用寿命20年

按照国外的经验,投入回收期在三年以内时容易为消费者接受,在此以三年来计算初投资和运行费用:

节能级产品:600000+213444X3=1,240,332(元)

淘汰级产品:500000+272142X3=1,316,426(元)

三年内采用节能级产品比采用淘汰级产品节省的总费用为:1316426-1240332=76,092(元),从以上数据可以看出,选择节能级产品增加的初投资(600000-500000=)10,000元不到3年就可以全部收回。在产品的整个使用寿命(20年),选择节能级产品节省的运行费用还可再买两台淘汰级产品。同时随着电价的上涨,使用节能产品的效果会更突出



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