摘要： 本文对目前通常采用的对冷水机组的效率标准，ARI 550/590-1998在实际使用中存在概念混淆进行了质疑进和分析。并对如何正确评判冷水机组的效率提出了自己的看法。

关键词： 冷水机组 ARI标准 IPLV/NPLV



1．前言
ARI550/590-1998标准的推出无疑为各冷水制造厂家提供了一个检验产品性能的尺码，同时也为用户选购机组、评价机组的能力提供了有力的参考。该标准不仅包括了机组满负荷的性能参数，而且还创建性的提出了对机组部分负荷性能参数IPLV/NPLV。

然而这一参数自其提出起便引起了各制造厂家以及用户的广泛关注，NPLV/IPLV能否用来评估机组部分负荷的耗电已经引起了业界的普遍关注与质疑。本文将对此NPLV/IPLV的适用性进行分析与探讨。

2．ARI标准中关于IPLV/NPLV定义
从ARI550/590-1998标准附件D中，我们可以发现标准对NPLV/IPLV的概念阐述IPLV/NPLV 的公式如下：

IPLV=0.01×A+0.42×B+0.45×C+0.12×D

其中：

A=机组100%负荷时的效率(COP, kW/kW，下同)

B=机组75%负荷时的效率

C=机组50%负荷时的效率

D=机组25%负荷时的效率

公式中的常数0.01，0.42，0.45，0.12 则是根据美国的一些建筑在不同的部分负荷时的运行时间制定出来的，用来评估100%，75%，50%与25%负荷的效率在IPLV值中所占的比重。

3. ARI标准的适用性质疑
NPLV/IPLV可以用来计算机组在部分负荷运行时的运行费用吗？业界人士对此提出了以下几点质疑。

质疑一：NPLV值低的机组不一定省电，运行费用不一定会节省。

下面给出一个实例，表1为两台冷量为1758kW（500冷吨）的冷水机组来比较。

表1 两台冷水机组部分负荷效率及IPLV值的比较 机组效率（kW/kW）

负荷
冷水机A
冷水机B

100%
5.16
6.84

75%
6.76
7.85

50%
9.25
8.21

25%
8.45
6.56

IPLV
8.06
7.85


有两台机组如上表，A机组的满负荷效率很差，但是50%与25%的效率很好，因此根据公式计算出IPLV很低；B机组满负荷效率很高，但是50%与25%的效率低一些，因此对比与机组A它的IPLV要高。如果使用IPLV/NPLV来评估机组在部分负荷的性能时，我们会很容易下结论：机组A的部分负荷效率高，在部分负荷运行时会省电。那么这两台机组的运行费用会是什么样呢？我们进行了如下对比：

假设这两台冷水机都运行3000小时，如果依据ARI550/590-98标准中给出的机组在不同负荷运行时所占的比重，我们可以计算出冷水机组在100%负荷下运转30小时，在75%负荷下运转1260小时，在50%负荷下运转1350小时，在25%下运转360小时。以此计算出在整个供冷季节两台机组各自总的电耗。

表2 一个供冷季节内两台冷水机组电耗比较 运行数据
冷水机A
冷水机B

冷量
IPLV系数
小时数
总需冷量
COP
电耗
COP
电耗



Hour
KW.h
KW/kW
KW.h
KW/kW
KW.h

100％
0.01
30
52740
5.16
10230
6.84
7710

75％
0.42
1260
1661310
6.76
245700
7.85
211680

50％
0.45
1350
1186650
9.25
128250
8.21
144450

25％
0.12
360
158220
8.45
18720
6.56
24120

　
　总小时数
3000
　
总kW.h　
402900
总kW.h　
387960


当计算出冷水机组的耗电量时，我们发现IPLV值高的冷水机组在运行时间3000小时内B反而会省电14,940kwh。

由此可以看出NPLV/IPLV值低的机组运行费用并不低。它不能够反应出机组在实际建筑物中的耗电情况。

质疑二：IPLV/NPLV指标是否适用于多台机组使用的场合

IPLV/NPLV值只适用于一个建筑物只运行一台机组的使用场合，当一个建筑物使用两台以上的机组供冷时，IPLV/NPLV并没有实际意义。

即：IPLV/NPLV的公式仅仅代表一个建筑物中只有单台机组提供冷量情况下，机组的部分负荷的平均效率。然而在事实上，只有15%的建筑物使用单台冷水机组供冷，而85%的建筑物都是使用两台（或以上）的冷水机组供冷。

事实上在两台（含两台）以上的冷水机组中,每台冷水机组的负荷变化与建筑物的负荷变化有很大的不同。当建筑物中运行的冷水机组的数量越多时，单台机组的运行负荷就会越接近满负荷。

下面有个例子,在一个建筑物中有三台机组同时运行。建筑物的负荷与三台机组的负荷变化曲线见图1。当系统负荷在52%时，并不是所有的机组都在52%运行，相反我们可以看到此时两台机组的运行负荷是在78%。因此简单的将ARI标准中规定的建筑物在50%的运行时间比重0.45套用到每台机组上是极不合理的。同时从上面的例子我们也可以看到，一台机组在50%负荷以下的效率高可以使得机组IPLV/NPLV值很低，但是对于本例我们可以看出机组运行的大部分时间是在50%以上，因此IPLV/NPLV值低并不意味着机组就一定会在部分负荷节电。


图1 系统负荷变化时单台冷水机组的负荷率变化示意图

质疑三，IPLV/NPLV指标是否适用于中国的气象条件

ARI550/590标准在计算IPLV/NPLV值中使用的冷却水的温度并不适合中国很多地区。

当计算机组在100%，50%，75%，25%负荷时机组的效率时，ARI规定了冷却水的进水温度，如果机组运行的工况复核ARI550/590 标准中的冷却水的规定值则可以计算出IPLV值。当机组运行的工况偏离上述工况时，可采用NPLV值来描述。NPLV值的计算方法见下表。我们发现NPLV值没有规定机组在100%的冷却水的进水温度（根据用户使用工况而定），却规定了机组在50%与25%运行时的冷却水进水温度为18.3℃，很显然这么低的冷却水进水温度在我国很多地区的大部分季节是跟本做不到的（有些地区冬季能做到，但这时大部分冷水机组都在停机状态）。所以按照这样的冷却水进水温度测定的NPLV值在进行机组运行费用的是一点意义都没有的。表3为IPLV/NPLV的计算/测定工况：

表3 NPLV/IPLV计算/测定工况参数 冷水机负荷
IPLV冷却水进水温度
NPLV冷却水进水温度

100%
29.4℃
用户指定的温度

75%
23.8℃
100%~50%线性插值

50%
18.3℃
18.3℃

25%
18.3℃
18.3℃


4．结论
综上所述，我们可以发现IPLV/NPLV值用来计算机组在部分负荷的运行费用是无效的。使用IPLV/NPLV值来评估机组在部分负荷的耗电意义并不是很大。

Non-Standard Part-Load Value(NPLV)
Integrated Part-Load Value(IPLV)

1 关注冷冻机的运行费用和制冷效率
在销售和购买冷冻机的过程中，商家和用户十分重视比较冷冻机的价格（初投资），却忽略冷冻机的运行费用巨大这一事实：以冷冻机的平均寿命25年计，在对冷冻机的所有投资中，初投资约占8.3%，运行费用约占91.4%，制冷剂添加费约占0.3%，故我们更应关注冷冻机的运行效率。比如若选用高效的水冷机组，其在25年平均寿命中节省的运行电费（与一般效率同类机组比较）可能接近机组初投资，相当于白送百万元的冷冻机。果真如此吗？

分析冷冻机的运行费用需了解冷冻机的运行规律和制冷效率。由于以空调系统满负荷为前提来选择冷冻机的容量，而冷冻机绝大部份时间在部分负荷下运行，因此评价冷冻机的制冷效率不能仅参考冷冻机满负荷下的制冷效率，还需要比较冷冻机在部分负荷工况下的制冷效率。目前常用的二个指标有IPLV和NPLV。

2 IPLV，NPLV的定义及由来
IPLV（ARI标准工况下综合部分负荷效率）与NPLV（非ARI标准工况下综合部分负荷效率）是ARI（美国空调制冷学会）运用概率统计的方法，借助于大型计算机，对全美有代表性的29个城市的气象数据、各类建筑物冷负荷、冷冻机的不同运行时间，进行综合分析和加权平均处理，得出冷冻机的运行时间百分比与冷冻机的负荷之间的关系，共有四种模式（见ARI550/590-98标准，白皮书）。ARI根据此四种模式制定一个针对冷冻机产品单机性能的评价标准，即单机IPLV或NPLV方程（综合模式）：

IPLV=1/（0.01/A+0.42/B+0.45/C+0.12/D） 其中：

冷冻机效率

对应负荷
冷却水进水温度

对应冷冻机负荷
冷冻机负荷
运行时间百分比

对应冷冻机负荷

A
85F / 29.4ºC
100%
0.01

B
75F / 23.8ºC
75%
0.42

C
65F / 18.3ºC
50%
0.45

D
65F / 18.3ºC
25%
0.12


NPLV公式与IPLV公式一样，仅NPLV公式中冷却水最高进水温度为实际应用中任一温度，并且冷冻机100%与50%负荷（对应冷却水65F进水温度）之间, 冷冻机负荷与冷却水进水温度呈线性关系；冷冻机50%与0负荷之间, 冷却水进水温度恒为65F。

上述NPLV、IPLV公式说明：ARI定义当冷却水进水温度低于65F时，冷冻机不开；即通过大量低温室外新风带走空调系统冷负荷，或使用热交换器代替冷冻机。

根据上述介绍，我们看出NPLV、IPLV公式不能直接应用到我国空调系统中评价冷冻机效率。原因如下：

1) 美国气象数据不能代表我国特定工程所在地区的气象

2) 建筑物类型及冷负荷的来源因工程而异

3) 冷冻机的运行时间差异较大

4) 当冷却水进水温度低于65F时，某些工程仍需开冷冻机

5) 实际工程中绝大多数（85%以上）多台机组并联运行，与ARI假设单台机组承担空调系统负荷情况大相径庭。

上述差异均导致NPLV、IPLV公式中与冷冻机负荷相对应的冷冻机行时间百分比不同，尤其是第5条的影响。因此有必要讨论多台机组并联运行规律。

3 多台制冷机组并联运行规律分析
请看不同组合的多台机组运行时，单机负荷与机组负荷（空调系统负荷）的关系。（见表1、图1）

表1 单机负荷与机组负荷对比 总负荷
1200 ton
0
200
300
400
600
800
900
1200

方案1
1200 ton
0
200
300
400
600
800
900
1200

600 ton
0
200
300
400
600
400
450
600

方案2
600 ton
0
0
0
0
0
400
450
600

400 ton
0
200
300
400
0
0
300
400

方案3
800 ton
0
0
0
0
600
800
600
800

400 ton
0
200
300
400
300
400
300
400

方案4
400 ton
0
0
0
0
300
400
300
400

400 ton
0
0
0
0
0
0
300
400



图1单机负荷与机组负荷对比

上述图表表明：

1) 采用多台冷冻机的项目，单机在高负荷区( 100%-75%)运行的时间百分比随台数增加而急增，远超过用一台冷冻机提供全额冷负荷的情况。

2) 制冷量均等的单机负荷与机组负荷（空调系统负荷）关系如下：

Y=N/j *X ( j=1,2, ..N) ；( j-1/N< X < j/N )

Y — 单机负荷；X— 机组负荷；N— 单机数量

3) 单机制冷量以1,2,4 .., 2N 倍分配而产生的组合，其单机在高负荷区间运行的时间百分比最大

4) 在实际运行中，冷冻机单机制冷量差别小于3倍且多台单机制冷量相同。因为考虑到冷冻机单机制冷量范围的限制和冷冻机互换、备用，不同制冷量冷冻机的成本、占地面积。

5) ARI推出的适用于单一机组制冷的NPLV、IPLV公式推广到多台机组制冷时，式中A、B、C、D的权重（运行时间百分比）将向高负荷区偏移，偏移程度与冷冻机台数、单机制冷量分配有关。（见图2）


图2 单机负荷与机组负荷的差异

上述对比图表明：采用2-3台冷冻机的常规项目中，单机在50%负荷以上区间运行的时间百分比超过87.2%

上海某项目使用三台冷冻机(一台300 ton,二台600ton)，单机累计运行16734小时，其中在50%负荷以上区间运行的时间为15395小时，时间百分比为92%

上述对多台机组运行规律的分析表明：只需要比较各品牌冷冻机在50%负荷以上时的效率，就能评估冷冻机在不同空调系统中的节能效果。

4 制冷机组部分负荷下运行效率的分析比较
比较冷冻机在部分负荷下运行效率时，有下列有趣现象：

1) 冷却水进水温度不变时，负荷越高，冷冻机运行效率越高，在100%附近时冷冻机运行效率最高（见图3）。


图3 冷冻机运行效率比较（冷却水进水温度不变）

这就是用多台机组代替单一机组运行时可节能的原因：因为在同一时刻，冷却水进水温度对于任一台机组相同，多台机组中的单机负荷大于单一机组运行负荷，故单机的运行效率高，节能。

2)冷却水进水温度与空调系统负荷同步变化时（受太阳得热影响），冷冻机运行效率在65%-75%区间内效率最高（见图4）。


图4冷冻机运行效率比较（冷却水进水温度变化）

这是因为在冷冻水温度不变情况下，冷却水进水温度降低后，减小了冷凝器与蒸发器中制冷剂的压差，冷冻机运行效率提高，相当于增加了散热面积。

3) 与多台机组代替单一机组运行的节能措施相比，冷却水进水温度降低对冷冻机运行效率提高影响较大。在实际工程中，冷却水进水温度与空调系统负荷变化趋势相同。

4) 空调系统负荷变化大时，通过加减冷冻机来节能。客观上冷却水进水温度降低对冷冻机运行效率提高有利，主观上提高冷冻水出水温度，也可提高冷冻机运行效率（空调系统负荷减小，允许提高冷冻水出水温度）。但是物极必反，冷却水进水温度与冷冻水出水温度温差减小过度，对离心机而言会发生喘振。

5 冷冻机寿命周期内的运行费用分析比较
了解了冷冻机组（含多台）的运行规律和部分负荷下运行效率，我们可以抓住本质，比较不同品牌冷冻机在正常寿命中的运行费用。

虽然特定工程所处的地理环境不同、建筑物类型不同、冷负荷来源不同、冷冻机的台数和运行时间不同，但是我们可以通过类比方法，比较典型工况下不同品牌冷冻机的运行效率，结合全年冷冻机运行时间表，以冷冻机运行效率的综合指标，综合考虑不同品牌冷冻机的运行效率差异的最大值和最小值，就可以比较不同品牌冷冻机全年的运行费用，并推算出冷冻机在正常寿命中的运行费用差异，以协助我们合理选择冷冻机。

以四台650冷吨的冷冻机为例，评价四台冷冻机运行效率的综合指标PLV4应介于单机满负荷效率FLV与NPLV之间，因为四台冷冻机在一年四季中既不是全部满负荷运行，也与一台冷冻机承担空调系统负荷的情况区别较大。用公式表示：PLV4=A*FLV+(1-A)*NPLV,取A=0.5, 权系数A范围（0<A<1）

比较两种效率的制冷机组（根据样本）的性能参数如下：

二种效率的冷冻机
满负荷效率FLV
单机NPLV效率
综合指标PLV4效率

(A=0.5)

650冷吨（TON）
KW/TON
KW/TON
KW/TON

高效机组
0.604
0.517
0.5605

普通机组
0.657
0.592
0.6245

冷冻机性能差别
0.053
0.075
0.0640


根据上表计算冷冻机在正常寿命中的运行电费及其差异如下：

1) 机组使用寿命中的运行电费=机组寿命×电费×全年机组能耗

2) 全年机组能耗=全年机组运行时间×机组总冷吨×综合指标PLV4

二种效率冷冻机

寿命中运行电费

（四台650冷吨）
机组电费(元)

PLV4适中

(A=0.5)
机组电费(元)

PLV4=FLV

(A=1)
机组电费(元)

PLV4=NPLV

(A=0)

高效机组
51,151,230
55,121,040
47,181,420

普通机组
56,991,870
59,957,820
54,025,920

制冷机组运行电费差别
5,840,640
4,836,780
6,844,500


全年机组运行时间=6个月×30天/月×12小时/天=2160 小时

机组总冷吨=4台×650TON/台=2600 TON

全年机组能耗=2160小时×2600 TON×PLV4（KW/TON）

机组寿命=25年；电费=0.65元/度；

四台650冷吨冷冻机的进口设备价约为54万美元，与约5100-5700万元（人民币）冷冻机寿命周期运行电费相比，占冷冻机全部投资费用的9%。而二种效率冷冻机的电费差价约为584万元（人民币），介于483-684万元（人民币）之间。故采用高效制冷机组，在运行寿命周期内可节省约500多万元电费，可以回收54万美元的冷冻机采购费。相当于白送百万元的冷冻机，这正是冷冻机高效率的体现。

6 结论：
1) 在冷冻机的选择中，应兼顾冷冻机的初投资和运行效率。因为在对冷冻机的所有投资中，初投资仅占8.3%，运行电费占91.4%。高效率的冷冻机在平均寿命25年中节省的电费可能与冷冻机的初投资相当。

2) 评估冷冻机组的运行电费，不能仅用冷冻机单机的满负荷效率FLV和NPLV二个指标，应根据机组台数、空调系统负荷一年四季变化情况，掌握冷冻机组及单机的运行规律，力求评估结果与实际情况相符。

IPLV/NPLV的计算
综合考虑机组的实际运转情况，更全面反应机组实际运行的能耗，我们需要进行非设计工况下的相关实验。按照ARI在1998年发布的新标准——ARI550/590-98中关于IPLV/NPLV（部分负荷综合值/部分负荷非标值）的计算方法，计算公式如下：
NPLV=1/(1%A+42%B+45%C+12%D)
其中：
A为100%负荷时的能效比
B为75%负荷时的能效比
C为50%负荷时的能效比
D为25%负荷试的能效比

水心老师贴的文章不错，我在这里做一些补充：
2、3楼的文章存在硬伤，望各位网友注意辨别：
1。关于IPLV/NPLV各个负荷点的加权系数，从白皮书我们知道并不是运行时间的比例，所以文章进行的示例计算是对标准的误解，将误导读者。
2。已经有人分析，当多台机组时，高负荷点的加权系数权重将增加。而且，白皮书也没有说明统计数据只来源于单台机组。以单个特例来取代具有统计意义的加权系数本身就是一个逻辑错误。并不能得出不适合多台机组的结论。至少，加权系数具有定性意义。