ASHRAE Guideline 22-2012 中央空调冷冻站能效监测

ASHRAE Guideline 22-2012 中央空调冷冻站能效监测

本文主要描述关于ASHRAE Guideline 22-2012 中央空调冷冻站能效监测 的主要内容及个人理解，如果需求，请参考规范全文或私信咨询

1 目的

ASHRAE Guideline 22-2012 规范定义一些推荐方法，以实现中央空调冷冻站冷热负荷的测量和能效的计算。

2 范围

2.1 本规范涉及内容包括

• 用于测量电量、水流量、温度等参数的方法和设备的推荐；
• 必要数据采集及能效计算的流程。

2.2 本规范流程仅适用于特定项目，并不涉及不同项目间数据的对比，也不推荐将数据做对比。

2.3 本规范不包括如下内容

• 除电制冷冷水机组以外的其他形式冷冻站；
• 除涉及冷冻站能效仪表推荐的设计与操作；
• 冷冻站设备的选型、应用或操作。

3 术语

本规范涉及术语请参考 ASHRAE Terminology of Heating, Ventilation, Air Conditioning, and Refrigeration

• 能效系数 COP

净输出的冷热量与总输入能量的比值。

4 使用方法

4.1 本规范可以让用户实现监控冷冻站的效率，并以此对系统的设定值再整定从而提高冷冻站的整体效率。但为了正确评估冷冻站效率，首先必须准确测量决定冷冻站效率的变量。

冷冻站效率，在本指南中定义为冷冻站性能系数 COP ，取决于许多不同设备的能源利用，包括但不限于以下内容，每一台设备都会对冷冻站的效率产生重大影响。

• 冷水机组
• 冷冻水泵
• 冷却水泵
• 冷却塔

本规范聚焦于呈现已有冷冻站的运行效率，而有关在冷冻站设计阶段要考虑的效率实现，请参考其他 ASHRAE 90.1 或 ASHRAE 手册。

由于冷冻站设计和布局根据其具体应用而有很大差异，因此本指南仅描述常规冷冻站的仪器仪表和数据收集。涉及热能储存或热回收等更为复杂应用，则需要比本规范更复杂的方法。如果仅是常见应用中增加一些其他设备，通过对数据收集和分析方法进行一些修改，则这种变化依然可以使用本规范实现冷冻站整体效率的测量。

冷冻站的整体效率并不依赖于某一个设备，而是系统组件的整体匹配。

4.2 本规范 附录E 提供了样本条款，当管理层倾向于将冷冻站效率的测量外包给外部供应商时，可以使用这些条款。要在条款中引用本指南，必须明确以下冷冻站信息

• 所有需要供电的设备
• 所有不需要供电的设备（如果有）
• 冷冻站所有冷热负荷
• 不涉及的冷热负荷（如果有）
• 测量结果可容忍的最大不确定度
• 采集数据如何存储及展示的概况

5 冷冻站类型及仪表

5.1 一次/二次冷冻水系统.

图 5.1 是一个典型的一次/二次水系统原理图，该原理图中提供一系列典型的用于计算系统整体COP的测量点。这些测点根据用户需求减少或增加。

图5.1 Primary/secondary chilled-water system

5.2 一次或一次变流量系统.

图 5.2 是一个一次水系统，这样一个系统通常会根据 规范 ASHRAE 90.1 在冷冻泵安装变频器。该原理图中提供一系列典型的用于计算系统整体COP的测量点。这些测点根据用户需求减少或增加。

图 5.1 一次变流量系统

5.3 仪表

为测量冷冻站能效，适当的仪表是必须的。表5-1是一份仪表清单，为每种用电设备定义了仪表类型、测量范围、测量精度。具体的仪表及其测量范围是依赖于具体冷冻站的设备容量的。具体的样例请参考附录A 仪选型样表。

用户可以根据具体应用，决定冷冻站的能效是否需要输配水泵能耗。

计算和归档数据应当比测量数据高一个精度，操作界面显示分辨率应当与测量保持一致，本规范推荐分辨率是以测量值的中位值乘以仪表精度。

5.4 数据质量

任何测量的质量都依赖于测量所在位置、测量所用传感器的能力、数据记录的仪表以及采样方法。本规范推荐所选仪表具有如下的 5.4.1和 5.4.2 所描述的能力。

如果已有一些仪表安装在待测量设备上，一种考虑就是利用这些仪表，但必须要考虑的是，这些仪表是否满足本规范数据完整性推荐，并且为这些仪表添加校准和维护预算。

5.4.1 数据采集设备

数据采集设备的选型要考虑如下因素：

• 设备质量；如准确度（测量值与真值之间的接近程度）、精密度（多次测量结果相互接近程度）、零点漂移、响应速度
• 输入信号的类型和数量；
• 安装限制；
• 信号调理；即：将一种电或机械信号（输入信号）转换为另一种（输出信号），包括信号转换、线性化、放大、滤波
• 测量范围；
• 可购买渠道和设备的技术支持；

目前数据采集领域常见的硬件是电子式数据采集器，包括手持移动设备或楼宇自控系统（Building Automation System, BAS）永久安装式设备。但是，BAS 硬件并不是专门为数据采集而设计，在应用前必须被证明。建筑管理系统 （Building Management System, BMS）控制需求与能效测量和监控需求并不完全一致。

数据采集设备应考虑如下特征：

• 扫描速率：扫描速率最好比被测过程周期高一个数量级，尤其在动态过程中；
• 时钟特征：采集设备内部时钟的分辨率、精确度、精密度直接影响测量性能；
• 工程单位转换方法：多数设备的传感器输出到工程单位转换通常为线性方法（$y=mx+b$)。高级设备会提供多项式曲线拟合或点对点的插值。多数设备或系统会提供转换表格或标准公式等形式，工程单位在线性标定、故障排除、内部计算方面具有很大用处。
• 数学函数：随意操作被扫描到的采样数据是一项被期待的功能，例如计算某一个独立测量通道的平均值、最小值、最大值、标准差、每周期采样数等。典型的BAS系统并不具备执行基于均等时间间隔的采样能力，但是新的系统已经具备上述数据采集能力。
• 数据存档与检索：大多数数据采集设备可以提供平均值或瞬时测量数据的存档，这些存档会配有时间序列，并且可以直接被加载到电子表格。

一般来说，经过细致的功能评估，才会考虑用BAS系统作为数据设备。

5.4.2 传感器

传感器选型依赖于传感器质量（包括精确度、精密度、漂移、响应时间）、数量、安装限制、测量方法、信号输出类型、测量范围、调节性、数据记录、可购买渠道和设备的技术支持；

5.5 校准

应用于评估COP的仪表应事前经CNAS认证的校准机构进行校准。

5.6 测量不确定度

任何 冷冻站的 COP 测量都存在不确定度，不管其是否明确指出。现场测量尤其容易受到潜在误差的影响。与在实验室环境的受控条件下进行的测量相比，现场测量通常是在不太可预测的情况下进行的，并且使用不太准确和更便宜的仪器。现场测量容易受到以下因素引起的误差：

• 变化的测量条件，所采用的方法也可能不是特定应用条件的最佳选择；

• 有限的仪器现场校准，通常是现场校准更复杂、更加昂贵；

• 所采用的简化数据采样和存档方法；

• 现场调整仪器的能力限制

表 5-2 提供了单项测量最大允许测量误差要求的范围，以满足所需的整体不确定度。

推荐：安装仪表应实现COP计算结果不确定度在5%以内； 如表5-2所示，只有表三行中所列出测量误差才能满足此要求。

有关单个传感器选型如何影响结果不确定度的讨论，请参阅信息附录C。另外，《ASHRAE Guideline 14，Measurement of Energy and Demand Savings》附件A 物理测量，详细讨论了传感器、校准技术、物理特性测量的实验标准，设备测试标准以及成本和误差等因素。

表5-2 测量误差的影响

	测量	测量	测量	计算结果不确定度	计算结果不确定度
序号	电量 %	流量 %	温差 %	冷热量 %	COP %
1	1	1	2	2.24	2.45
2	1.5	2	2	2.83	3.20
3	1.5	3	3	4.24	4.50
4	1.5	3	4	5.00	5.22
5	3	5	5	7.07	7.68
6	3	7	7	9.90	10.34
7	3	7	12	13.89	14.21
8	3	10	10	14.14	14.16
9	5	10	15	18.03	18.28
10	5	15	15	21.21	21.79
11	P	F	dT	$\sqrt{F^2+d{T}^2}$	P 2 + F 2 + d T 2 \sqrt{P^2 + F^2 + dT^2} P2+F