夏热冬暖地区公共建筑的运行能耗中，中央空调用电约占公区用电40%~60%左右，其冷机、水泵、冷塔能耗约占空调系统能耗的75%左右。现状大部分制冷机房能效EER<4.0，与高效机房的5.0（0.7kw/RT）还有较大差距。

那如何测试冷站综合效率和设备效率呢？ 今日主要与诸位分享下冷机测试原理和方法，并结合具体问题阐述冷机效率低的调试方法。

#1 冷机COP测试原理简介：

冷机的瞬时制冷量与瞬时耗电量之比称作瞬时 COP，冷机的累计制冷量与累计耗电量之比称作平均 COP。这个指标简单明了地反映了冷机的运行效率，而且有良好的测得性，只需测出冷量和电量即可冷机运行能效比。

COP计算公式如下：

其中：

    为冷机瞬时冷量，单位：kW；

    为冷机瞬时功率，单位：kW。

冷机冷量需要测试冷冻水流量和冷冻泵进、出水温计算而得。冷量的具体计算公式如下：

 

冷机耗电量也可测量冷机工作线电压U、电流I和功率因数φ计算得到。

测试原理图如下：

 

故要得冷机cop，需要采用超声波流量计测量冷机冷冻水干管流量，用热电偶或温度自记仪测冷机进出口冷冻水水温，采用电功率计测冷机好电量等物理量。

#2 冷机测试具体流程及方案：

2.1 具体冷机测试流程如下所示：

 

2.2 在所测冷组的配电柜中，使用三相四线的安装方法，实时测试当前冷机的实际运行电功率值。具体测试示意如下：

 

2.3 能量测试方法：

首先在现场根据冷机管路安装情况确定冷机冷冻水和冷却水流量测点位置，在选取测点位置时需选择远离阀门、弯管、变径的直管段，直管段长度为被测管路直径的10倍以上。

测点位置确定后，使用盒尺测量管路的外直径，使用壁厚仪测试被测管段的壁厚值，计算出超声波流量计探头安装距离，使用电砂轮和砂纸打磨测试区域至裸露出管路的光滑金属表面。

将超声波流量计探头按照正确的方式放置于打磨后的测试区域，调节探头的相对位置使得超声波流量计的信号强度大于80，固定好探头位置，为测试流量做好准备。

冷却水管建议前期制定好测试点，避免后期测试拆除保温层再恢复。具体流量测试流量及方法示意如下：

 

2.4 温度测量：

首先现场确定所测冷机冷冻水、冷却水进出口测点位置。温度测点位置确定后，将设置好取数间隔的温度自记仪的探头涂抹黄油后紧贴管壁放置，并在探头外使用保温棉进行包裹并固定，确保探头紧贴管壁且与保温棉之间没有空隙。

 

#3 具体案例分析：

某项目8月4日下午16:00，室外干球温度37℃，相对湿度47%，湿球温度27℃。此时开启了1#、2#、3#三台冷机。冷站温度及流量情况如下图所示：

 

典型工况下冷站温度及流量情况及COP计算情况如下图所示

 

冷机的额定COP为5.5，实测三台冷机的COP分别为4.61、4.32和 4.39；若将实测值按照冷机额定参数进行修正三台冷机的COP仅为 4、3.26和3.71，与额定COP偏差较大。

 

结合蒸发冷凝温度进一步分析发现，冷机的蒸发器和冷凝器换热端差较大， 趋近温度偏高，如下表所示。这说明蒸发器和冷凝器可能存在脏堵、结垢等问题。

 

由机组的蒸发、冷凝温度可以计算得到 ICOP，结合机组的 COP 可以计算机组的热力学完善度 DCOP，具体公式如下：

 

注意，ICOP指的是绝对温度，通过公式可得第二台主机ICOP为10.859，DCOP根据公式

可得2号机DCOP约等于0.4

3台冷机的DCOP具体数据如下表所示。

 

说明：内部效率DCOP即表达了COP与ICOP之间的偏差，COP与ICOP 的偏差主要在于以下几方面：有温差换热，截留损失，过热损失，压缩机效率等，这些影响因素都发生在冷机内部，因此称DCOP为内部效率。

DCOP的高低主要受冷机自身性能的影响，其中，压缩机效率与其额定效率之差，取决于实际工作点的压缩比和负荷率与额定工作点的压缩比和负荷率之差。因此，要重点考察实际运行压缩比和负荷率的高低。除此之外，制冷剂充灌量、制冷机性能老化等其他因素也会对 DCOP 构成影响。

三台冷机的热力学完善度低于0.6，内部效率偏低，这说明设备自身存在问题。对冷机运行数据进一步分析发现，冷水机组因调试时属于供冷季末期，负荷较小，导致调试时机组负载率低，调试后在供冷季中期负荷较大时，出现冷水机组因膨胀阀开度不够，冷凝器排气压力过大导致机组频繁报警，如下图所示。

 

蒸发器饱和蒸发温度10.2℃，蒸发器吸气温度15.3℃，过热度高达 5.1K，厂家以控制冷机最大负载率的方式来防止冷机过电流保护，导致冷机出力不足，供水温度无法达到设定值要求，机组能效低等问题。

针对冷机出力不足，能效低的问题，在项目组的协助下，邀冷水机组厂家技术人员进行调适，在调试过程中首先要求厂家对膨胀阀开度进行调节，来保证机组不会因膨胀阀开度过小报警停机，同时使冷机电流负载率达到100%。

冷机调试后额定电流百分比达到101%，机组出水温度从15.3℃降低至7.5℃，制冷剂吸气过热度从5.1k，降低至0.2k，机组出力从不足到足够，解决了环境场过热问题，环境场同一区域温度从之前的29.9℃降低至25.9℃，满足环境场舒适度要求。

机组调试后对冷机虽然达到额定出力，环境场过热问题也得到了解决，但是通过测试发现冷机性能并无明显提升，主要是由于冷却水流量不足导致，其次冷凝侧趋近温度高达4.1k，冷凝器脏堵严重，可能是施工后管路系统未进行水冲洗就直接与冷机连接导致。

冷机调适，冷凝器通炮清洗后，冷机的性能有所提升，冷凝侧和蒸发侧的换热端差均有所降低，尤其是冷凝侧，通过冲洗后换热端差都降低到1.5k以下，换热效率明显提升，对比结果如下图所示：

 

从冷机调试前后的对比来看，冷机性能虽然有了一定的提升，但是仍存在优化空间，例如冷机蒸发侧换热端温差较大，可对蒸发器进行通炮清洗。

此项目对冷却侧和冷冻侧也均进行了测量，特别是冷却泵并行运行时出现流量不足，扬程偏高等问题，一方面是因为管路存在脏堵等问题，另一方面在冷却泵选型、冷却管管径计算等方面存在一定问题，后续将会具体分析和阐述。

本文通过具体案例及具体计算与大家分享了冷站冷机的测试方法和原理，希望对各位日常工作有所帮助，也希望行业同仁提出宝贵建议，一起推动低碳事业的健康有序发展。