案例研究：模拟系统性能不足
Eurovent Certification 发布的新白皮书《Beyond the brochure: Exposing the reality of refrigeration product underperformance》呈现了基于对选定排热设备（包括测试时未通过第三方认证的产品）进行的测试所得出的最新研究成果。研究表明，在某些气候条件下，制造商宣称的性能与实验室测得的性能可能存在显著差异。事实上，针对未经认证的二氧化碳（CO2）气体冷却器的测试发现，在中欧和北欧地区，测得的排热能力可能比宣称值低达53%；而在温暖气候地区，则可能低达37%。
基于气体冷却器研究的数据以及此前关于 HFC 风冷冷凝器性能的研究结果，Eurovent 认证机构利用仿真软件评估了性能欠佳的 HFC 和 CO2 热排放组件对整个超市系统可能产生的影响。以下是这些仿真结果。
案例研究目标
本研究旨在：
1) 确定性能不足在以下方面的潜在影响：
- 额外能耗
- 额外运行成本
- 额外二氧化碳排放量
2) 模拟不同程度的性能不足，以评估其在 1 年、10 年及 15 年（整个生命周期）内的影响。
方法
利用仿真软件，针对超市应用的两种典型技术方案，计算了热排放设备性能不足的影响：
- 系统 1：CO2 跨临界系统
- 系统 2：中温 (MT) 和低温 (LT) HFC 系统
对两个系统均进行了系列仿真，基于以下配置计算性能不足的影响：
系统规模：
-
中温 (MT)：Teva = -8°C；Qeva = 180 kW
- 来自货架的热量：112 kW（62%）
- 来自冷藏室的热量：68 kW（38%）
-
低温 (LT)：Teva = -30°C；Qeva = 50 kW
- 来自柜体：23 kW（46%）
- 来自冷库：27 kW（54%）
基准： 接近点温差 +2K（冷凝器/气冷器出口 – 环境温度）
气候特征 [1]： 慕尼黑（德国）
机组类型： CO2 增压机 & R448a
排放因子 [2]： 338 gCO2/kWh（2020–2023 平均值）
电费：0.18 €/kWh
图 1：每日年度最高温度
来源：[1] https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/tools.html#TMY [2] https://www.eea.europa.eu/en/analysis/indicators/...
案例研究系统 1：CO2 跨临界系统
表 1：标称与实测排热能力之间的偏差
| 运行条件 | 气体冷却器 1 | 气体冷却器 2 |
|---|---|---|
| 条件 1 (SC20) | 8% | 8% |
| 条件 2 | -33% | -37% |
| 条件 3 | -39% | -41% |
| 条件 4 | -50% | -53% |
| 条件 5 (SC25 – 冷凝器) | -32% | -23% |
符号 “-” 表示性能不足
表 2：基于测试结果的各工况性能不足情况
| 运行工况 | 平均偏差 | 增加的温差 |
|---|---|---|
| 工况 3 | -40% | + 2 K（CO₂ 出口温度 34°C → 32°C） |
| 工况 4 | -51.5% | + 2.6 K（34.6°C → 32°C） |
| 工况 5（亚临界冷凝模式） | -32% | + 3.5 K（18.5°C → 15°C） |
当环境温度 T ≤18°C 时，气体冷却器作为冷凝器运行；当 T >18°C 时，则进入跨临界模式。
结果
表 3：CO₂ 装置在条件 3 和条件 5 下的性能不足情况
| 条件 3 & 5 | 1 年 | 10 年 | 15 年 |
|---|---|---|---|
| 与基准差异 [%] | +11.5% | +11.5% | +11.5% |
| 额外能耗 [kWh] | 43586 | 435864 | 653795 |
| 额外成本 [€] | 7846 | 78455 | 117683 |
| 额外 CO₂ 排放量 [吨] | 14.7 | 147.3 | 221 |
表 4：CO₂ 装置在条件 4 和条件 5 下的性能不足情况
| 条件 4 & 5 | 1 年 | 10 年 | 15 年 |
|---|---|---|---|
| 与基准差异 [%] | +11.6% | +11.6% | +11.6% |
| 额外能耗 [kWh] | 43935 | 439354 | 659031 |
| 额外成本 [€] | 7908 | 79084 | 118625 |
| 额外 CO₂ 排放量 [吨] | 14.9 | 148.5 | 222.8 |
案例研究系统 2：HFC 系统
在本案例研究中，热量由使用 R448a 制冷剂的 HFC 冷凝器排出，其性能下降了 32%。这一数值基于此前关于 HFC 冷凝器的研究。在本次模拟所采用的全年工况假设下，这将导致冷凝器出口温度升高 +3.5K。
结果
表 5：HFC 系统性能不足情况
| 1 年 | 10 年 | 15 年 | |
|---|---|---|---|
| 与基准差异 [%] | +11.7% | +11.7% | +11.7% |
| 额外能耗 [kWh] | 43360 | 433603 | 650404 |
| 额外成本 [€] | 7805 | 78048 | 117073 |
| 额外 CO₂ 排放量 [吨] | 14.7 | 146.6 | 219.8 |
图 2：性能不足的 HFC 与 CO₂ 系统之间的 CO₂ 排放对比
不同性能偏差率的测算
为了更全面地了解性能不足对制冷系统的影响，模拟了以下六种场景：
S1：CO₂ 制冷剂，-10%：跨临界 +0.5K；亚临界 +2.5K
S2：CO₂ 制冷剂，-20%：跨临界 +1K；亚临界 +3K
S3：CO₂ 制冷剂，-30%：跨临界 +1.5K；亚临界 +3.5K
S4：R448a 制冷剂，-10%：全年 +2.5K
S5：R448a 制冷剂，-20%：全年 +3K
S6：R448a 制冷剂，-30%：全年 +3.5K
图 3：与基准值的差异（百分比）
表 6：不同工况下 1 年周期的性能偏差
| 1 年 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 与基准差异 [%] | +8.1% | +9.8% | +11.4% | +8.5% | +10.1% | +11.7% |
| 额外能耗 [kWh] | 29776 | 36448 | 43301 | 30214 | 36707 | 43360 |
| 额外成本 [€] | 5360 | 6561 | 7794 | 5438 | 6607 | 7805 |
| 额外 CO₂ 排放量 [吨] | 10.1 | 12.3 | 14.6 | 10.2 | 12.4 | 14.7 |
表 7：不同工况下 10 年周期的性能偏差
| 10 年 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 与基准差异 [%] | +8.1% | +9.8% | +11.4% | +8.5% | +10.1% | +11.7% |
| 额外能耗 [kWh] | 297760 | 364479 | 433009 | 302138 | 367071 | 433603 |
| 额外成本 [€] | 53597 | 65606 | 77942 | 54385 | 66073 | 78048 |
| 额外 CO₂ 排放量 [吨] | 100.6 | 123.2 | 146.4 | 102.1 | 124.1 | 146.6 |
表 8：不同工况下 15 年周期的性能偏差
| 15 年 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 与基准差异 [%] | +8.1% | +9.8% | +11.4% | +8.5% | +10.1% | +11.7% |
| 额外能耗 [kWh] | 446640 | 546719 | 649514 | 453207 | 550607 | 650404 |
| 额外成本 [€] | 80395 | 98409 | 116912 | 81577 | 99109 | 117073 |
| 额外 CO₂ 排放量 [吨] | 151 | 184.8 | 219.5 | 153.2 | 186.1 | 219.8 |
图 4：额外二氧化碳排放量
结论
Eurovent 认证机构成功计算了热排放设备性能不足对 CO2 和 HFC 超市应用的潜在影响。在 15 年的生命周期内，这些性能不足的热排放组件可能：
- 额外消耗至少 650000 kWh 的能源
- 产生超过 117000 欧元的额外运行成本
- 造成超过 219 吨可避免的 CO₂ 排放
此外，此分析未考虑组件在性能不足条件下为了满足排热需求而可能承受的额外负荷，这可能影响系统的可靠性与使用寿命。换言之，性能不足的影响超出了设备本身，可能影响整个制冷系统的运行。
下载白皮书，深入了解该研究及系统性能不足带来的影响：《Beyond the brochure: Exposing the reality of refrigeration product underperformance》。
制冷剂革命修订了热交换器计划
加入我们的 LinkedIn 社区！
