通过认证提高能源效率
作者 ： Hanns Christoph Rauser 博士 - HCR CONSULTING - 德国
Stefano Filippini - 热交换器合规委员会主席
生态设计指令》设定了很高的能效标准，我们都有法律和道德责任确保冷水机系统符合要求并尽可能节能。多年来，生态设计迫使冷水机技术得到了显著改进，而干式冷却器的加入则进一步提高了节能效果。然而，最近干式冷却器销量的下降表明，许多新安装的冷水机都错过了重要的节能和经济效益。
冷水机系统必须达到最低能源性能标准（MEPS），并且根据冷水机类型和应用的不同有不同的性能要求。确保系统超越 MEPS，可以降低运行成本，减少对环境的影响，并可能在未来应对进一步的立法。
为了进行节能系统设计，制造商必须依法提供生态设计数据。然而，并非所有的数据都是一样的，对于专业人士来说，在通过认证和未通过认证的产品之间穿梭可能是一个雷区。例如，2004 年至 2008 年间，Eurovent Certita Certification（ECC）应 ECC 认证热交换器制造商的要求，对九种热交换器的性能进行了独立测试。这些热交换器由七家未参加 Eurovent 认证计划的欧洲公司制造。将测试的性能数据与制造商产品资料中公布的数值进行比较，结果发现容量降低了 37%。只有掌握了正确的信息，才能设计出真正节能的系统。
干式冷却器如何提高效率？
干式冷却器本质上是一种热传递设备，利用强制空气对流来带走多余的热量。干式冷却器也称为空气冷却器，该技术可用于冷却冷冻水生产装置冷凝器中的水，或用于自由冷却应用。干式冷却器可以通过去除工艺热量和减少压缩机的工作来帮助降低冷水机系统的负荷。
干式冷却器的主要组件包括空气液体热交换器和风机。干式冷却器是一种闭路系统，使用风扇吸入环境空气。空气流经热交换器，热交换器可以是传统的翅片管式设计，也可以是微通道式设计。流经热交换器的空气从内部流体（通常是水或水-乙二醇混合物）中吸热。冷却后，流体就可以从相关工艺中吸收热量。完成吸热后，流体返回热交换器，再次开始循环。
干式冷却器适用于环境空气温度低于系统中水/水-乙二醇混合物温度的地区，具有较高的冷却能力。即使一年中只有部分时间空气温度较低，也能节省费用。在使用带有单独安装的冷凝器或再冷却器的认证冷水机时，建议使用认证产品，以达到最高能效。
冷风机结构类型
水冷式冷水机使用板管束热交换器作为冷凝器。在这些系统中，热量通过二次循环中的再冷却器散发到环境空气中。如果通过冷凝器将热量直接散发到环境空气中，则该系统称为风冷式冷水机组。这些系统分为带有集成式风冷冷凝器的室外用紧凑型冷水机，或带有风冷冷凝器的室外用冷水机分体式系统。如今，大多数情况下使用的是紧凑型风冷冷水机。
冷风机市场
大多数冷风机都通过了 Eurovent Certita 认证。目前有 33 家冷风机制造商参与了该认证计划。2014-2021 年冷风机在欧盟的销售变化情况见图 1，冷风机与干式冷却器的销售变化情况见图 2。
图 1 - 2014-2021 年冷风机的销售演变，来自 Eurovent Market intelligence。
图 2 - 2019-2021 年欧盟 28 国冷风机和干式冷却器的销售演变，来自 Eurovent Market intelligence。
图 3、图 4 和图 5 显示了 2021 年按建筑类型和规模划分的欧盟冷风机销售比例。
计算模型
为了测量干式冷却器对整个水冷式冷水机系统能效的影响，建立了两个测试系统。一个使用经过认证的干式冷却器，另一个使用未经认证的干式冷却器。
冷水机组系统包括一个欧洲能源效率等级为 B 的欧洲认证水冷式冷水机组，用于空调（仅冷却）。两台使用 R134a 制冷剂的螺杆压缩机可在满负荷和环境温度 35°C 时提供 1000 千瓦的制冷量。蒸发器将水从 12°C 冷却到 7°C。
在简化模型中，假定冷凝温度与环境温度之间的温差固定为 12K。冷凝器加热二次流体，二次流体由干式冷却器冷却。在干式冷却器中，二次流体被冷却 5K 至比环境温度高 5K 的温度。二次流体的泵功率没有考虑在内。该研究的容量差距为 25%。
在满负荷时，未经认证的干式冷却器会导致冷水机的冷凝温度升高 2.5K。在 75%、50% 和 25% 部分负荷运行时，提高非认证干式冷却器的交流风扇速度，以达到与使用认证干式冷却器时相同的冷凝温度。使用整个系统的 ESEER（欧洲季节能效比）值对两个系统进行比较。
结果
在不同的负载条件下，干式冷却器风扇的耗电量在整个系统耗电量的 10% 和 20% 之间（图 6）。
图 6：冷却器加干冷却器整个系统的耗电量（千瓦），来自 Eurovent Market intelligence。
图 7 显示了使用两种不同干式冷却器的总系统的能效比 (ESER)。由于冷水机在满负荷运行时功耗较高，而干式冷却器的风扇在部分负荷运行时功耗较 高，因此使用有容量差距的干式冷却器的系统的 ESEER 值要低 4.6%。
在此背景下，对于米兰市而言，使用干式冷却器的冷水机系统在获得设计容量后，在 3542 个运行小时的计算条件下，每年可节省约 20,000 千瓦时的能源。
对于运行时间较长的冷水机或设计用于工艺冷却的冷水机，投资回收期会更短。
图 7：不同负荷下系统冷却器加干冷却器的 EER，来自 Eurovent Market intelligence。
认证为何重要
结果表明，使用经过认证的部件和系统非常重要。热交换器的正确性能数据绝对重要，因为它会影响整个系统的能效。在这项研究中，一台水冷式冷水机通过一台容量差距为 25% 的未经认证的干式冷却器进行再冷却，导致能源成本增加了 4.6%。
这就是为什么在使用经过认证的冷水机和单独安装的风冷冷凝器或干式冷却器时，应该使用经过认证的产品，以达到最高能效。从长远来看，这将节省资金和能源，而且您可以放心，经过认证的产品将按照预期工作。
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