Armstrong超高效集成式冷凍機(jī)房

1、Armstrong超高效集成式冷凍機(jī)房介紹艾蒙斯特朗流體系統(tǒng)（上海）有限公司1 概述 中央空調(diào)水系統(tǒng)經(jīng)歷了一次定流量，一次定流量/二次變流量和一次變流量的方式。一次定流量系統(tǒng)最簡單，初投資最小，在早期能源充沛，價(jià)格便宜的年代被廣泛使用，但隨著能源價(jià)格的上漲和對(duì)能源依賴性的增加，設(shè)計(jì)和工程人員除了注重開發(fā)高效產(chǎn)品外，也開始考慮從系統(tǒng)配置方面來考慮提升能效，這時(shí)候暖通空調(diào)行業(yè)開始逐漸采用一次定流量/二次變流量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，這種方式被大部分人接受，并且作為一種標(biāo)準(zhǔn)形式在教科書(HVAC Textbook, McQuiston et al. 2000)里和設(shè)計(jì)手冊(cè)（ASHRAE 2000）里介紹。相

2、比于一次泵定流量系統(tǒng)，一次定流量/二次變流量系統(tǒng)效率雖然有所提高，但是有它自身無法克服的缺點(diǎn)。例如，初投資增加，需要更大的機(jī)房面積，對(duì)于一些機(jī)房面積小的改造項(xiàng)目無法采用。還有在負(fù)荷很小的時(shí)候，由于有兩套水泵在運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)性也很難保證。由于設(shè)計(jì)、使用、維護(hù)和一些控制方面的問題，很多實(shí)際在使用的項(xiàng)目出現(xiàn)所謂的“小溫差綜合癥”，造成能源的浪費(fèi)。溫差越小，整個(gè)系統(tǒng)的效率就越低，現(xiàn)在的很多所謂“效率很高”的系統(tǒng)，仍然以高出所需冷量的2530%的能耗在運(yùn)行，不幸的是，針對(duì)這種形式的系統(tǒng)，沒有好的方法去解決它。有些人（Kirsner 1996, Avery 2001）認(rèn)為對(duì)于這種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，這是不可避免的，應(yīng)

3、該允許它的發(fā)生。從換熱的角度看，冷水機(jī)組蒸發(fā)側(cè)和冷凝器側(cè)允許在一定的范圍內(nèi)變水流量運(yùn)行，但是傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)認(rèn)為，冷水機(jī)組的蒸發(fā)器或/和冷凝器應(yīng)該保持定流量，隨著冷水機(jī)組的控制技術(shù)的提高，直到上個(gè)世紀(jì)90年代中期，冷水機(jī)組制造商才正式出版資料允許冷水機(jī)組變流量運(yùn)行。后來，有些人（Avery 2001, Hartman 2001）提出一次變流量系統(tǒng)可以解決一次定流量/二次變流量系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，它可以根據(jù)負(fù)荷的需求實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的各設(shè)備的運(yùn)行，讓整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的更加有效。由美國空調(diào)和制冷技術(shù)研究院（ARTI）專門立項(xiàng)并資助， William P. Bahnfleth等人專門研究了一次變流量系統(tǒng)的好處和應(yīng)用

4、問題1。 圣地亞哥能源辦公室的Ben Erpelding耗費(fèi)6年時(shí)間，調(diào)查了300多個(gè)冷凍站，得出的結(jié)論是全變頻冷凍站是當(dāng)前最節(jié)能的一種系統(tǒng)（圖1） 2圖1 冷凍機(jī)房效率圖2 Armstrong超高效集成式冷凍機(jī)房介紹Armstrong全變頻超高效集成式冷凍機(jī)房（圖2）打破傳統(tǒng)的工程概念，作為一款高效產(chǎn)品展現(xiàn)在設(shè)計(jì)師和用戶面前。為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)冷凍站的效率最佳，占地面積最小，投資最經(jīng)濟(jì)，責(zé)任單一，能耗可記錄可量化等目標(biāo)，Armstrong充分考慮了系統(tǒng)的形式、系統(tǒng)中設(shè)備的選型、設(shè)備的使用、高效穩(wěn)定的控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的可測量可驗(yàn)證性。圖2：Armstrong工廠預(yù)制的超高效集成式冷凍機(jī)房2.1 系統(tǒng)的

5、形式一個(gè)好的集成冷凍站必須有一個(gè)先進(jìn)的符合負(fù)荷特性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，這是一個(gè)系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的基礎(chǔ)，如果這一步不能實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的最優(yōu)化只是一句空話。Armstrong根據(jù)建筑特點(diǎn)和負(fù)荷的需求特性采用全變頻的系統(tǒng)形式，即采用高效變頻冷水機(jī)組、變頻冷凍水泵、變頻冷卻水泵和變頻冷卻塔。在冷凍水側(cè)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面采用一次變流量系統(tǒng)或一次變流量/二次變流量系統(tǒng)的形式（對(duì)于一些大型系統(tǒng)）。在管路設(shè)計(jì)上，Armstrong通過對(duì)立式管道泵、入口導(dǎo)流器和出口多功能閥的應(yīng)用，以3D的形式合理的布置管路和優(yōu)化管路，不但可以節(jié)省管路長度及系統(tǒng)附件，節(jié)省占地面積，而且還可以減少系統(tǒng)的阻力損失，減少水泵的揚(yáng)程。2.2 系統(tǒng)

6、中設(shè)備的選型在一個(gè)好的系統(tǒng)框架下，我們需要符合系統(tǒng)特性的設(shè)備，由于空調(diào)系統(tǒng)中的設(shè)備選型是根據(jù)建筑物設(shè)計(jì)負(fù)荷進(jìn)行的，而絕大多數(shù)空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際上很少運(yùn)行在設(shè)計(jì)工況下（圖3），所以Armstrong在設(shè)備選型時(shí)，更注重部分負(fù)荷的效率。例如，在Armstrong中央集成式冷凍機(jī)房中，我們選擇設(shè)備的依據(jù)并不是設(shè)計(jì)點(diǎn)效率的最佳, 而是在實(shí)際空調(diào)使用的條件下的最高效率最高（圖4-1和圖4-2），近年來各大廠商紛紛投入人力、物力和財(cái)力來研發(fā)推廣變頻機(jī)組，就是因?yàn)樽冾l機(jī)組的性能更符合實(shí)際的空調(diào)的使用，即空調(diào)絕大部分時(shí)間都是運(yùn)行在部分負(fù)荷下，所以選擇部分負(fù)荷效率高的機(jī)組更節(jié)能（圖5）。同樣對(duì)于水泵的選型，我們也是去

7、選擇那些部分負(fù)荷下的效率高的泵型。圖3世界典型城市的空調(diào)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)圖4-1 空調(diào)系統(tǒng)使用負(fù)荷率的統(tǒng)計(jì)圖4-2 Armstrong DE智能變頻泵性能特性 （以部分負(fù)荷效率高為選型優(yōu)先依據(jù)）600冷噸機(jī)組的效率(kw/ton)變頻冷水機(jī)組磁懸浮冷水機(jī)組高效區(qū)域圖5 600冷噸 變頻冷水機(jī)組和磁懸浮冷水機(jī)組的性能特性變頻機(jī)組和定頻機(jī)組的效率曲線 （更注重部分負(fù)荷效率高）2.3 設(shè)備的使用有了性能良好的設(shè)備，怎么去使用，是否能發(fā)揮設(shè)備真正的性能，讓它為系統(tǒng)節(jié)能發(fā)揮其本身的特性。例如，選了一臺(tái)部分負(fù)荷效率很高的高效離心機(jī)，讓其運(yùn)行在滿負(fù)荷工況下，顯然是沒有很好的使用這個(gè)設(shè)備。Armstrong的方法

8、就是讓每個(gè)設(shè)備盡量運(yùn)行在效率最佳點(diǎn)，從而使整個(gè)系統(tǒng)的效率達(dá)到最優(yōu)。2.4 高效穩(wěn)定的控制系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)第三步的優(yōu)化冷凍站的性能，了解設(shè)備和機(jī)房控制的特點(diǎn)是關(guān)鍵。在系統(tǒng)中，機(jī)房中的設(shè)備配置和控制策略要與其設(shè)計(jì)、負(fù)荷特性和設(shè)備運(yùn)行結(jié)合起來。一套集成控制系統(tǒng)是獲得整套系統(tǒng)的最佳可靠性和效率的核心?？照{(diào)系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的系統(tǒng)，各設(shè)備之間相互關(guān)聯(lián)，傳統(tǒng)的僅依靠人工操作，即使這個(gè)人是非常有經(jīng)驗(yàn)的專家,也無法讓冷凍機(jī)房的所有設(shè)備協(xié)調(diào)高效的工作。必須依靠智能控制系統(tǒng)，根據(jù)負(fù)荷的需求，主動(dòng)實(shí)時(shí)的去調(diào)節(jié)冷凍站的所有設(shè)備，讓整個(gè)冷凍站實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。Armstrong超高效冷凍機(jī)房自動(dòng)控制系統(tǒng)IPC11550（圖6）

9、，是Armstrong集成冷凍站的神經(jīng)系統(tǒng)和大腦，它結(jié)合了先進(jìn)的傳感技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)集成冷凍站的全自動(dòng)運(yùn)行，并且讓整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。圖6 Armstrong IPC 11550超高效冷凍機(jī)房自動(dòng)控制系統(tǒng)2.5 數(shù)據(jù)可測量、可驗(yàn)證在以上步驟都得到嚴(yán)格執(zhí)行后，另一個(gè)重要的指標(biāo)是，系統(tǒng)里所有的實(shí)時(shí)參數(shù)必須能可測量，控制系統(tǒng)需要知道系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以便系統(tǒng)可以主動(dòng)地去調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的各運(yùn)行設(shè)備，從而使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化。同時(shí)最終通過控制系統(tǒng)計(jì)算出來的結(jié)果，可以通過數(shù)據(jù)分析來驗(yàn)證。Armstrong的IPC11550超高效冷凍機(jī)房自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以采集系

10、統(tǒng)中所需的參數(shù)，并實(shí)時(shí)顯示出系統(tǒng)中的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（圖7）和整個(gè)系統(tǒng)的能耗情況（圖8）。圖7 系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù) 圖8 系統(tǒng)總能耗及各部件能耗顯示3 Armstrong超高效集成式冷凍機(jī)房的優(yōu)勢(shì)3Armstrong超高效集成式冷凍機(jī)房是革命性的高效產(chǎn)品，它采用了最為先進(jìn)的一次變流量全變頻系統(tǒng)形式，由Armstrong根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行3D設(shè)計(jì)及優(yōu)化，并在工廠分段預(yù)制，然后運(yùn)至現(xiàn)場快速安裝調(diào)試，交予客戶使用，相比于現(xiàn)在傳統(tǒng)的冷凍機(jī)房形式，它有諸多優(yōu)點(diǎn)。序號(hào)Armstrong集成式冷凍機(jī)房優(yōu)勢(shì)說明1初投資經(jīng)濟(jì)低于傳統(tǒng)的一次定流量/二次變流量系統(tǒng) 2現(xiàn)場安裝周期短 系統(tǒng)工廠預(yù)裝，分段運(yùn)輸，現(xiàn)場 2周

11、完成拼裝 3節(jié)約占地面積和空間 結(jié)構(gòu)緊湊，相比于傳統(tǒng)冷凍機(jī)房可節(jié)省面積5060%，相比于冰蓄冷系統(tǒng)冷凍機(jī)房可節(jié)省面積70%以上。4項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)最小化，責(zé)任單一 廠家設(shè)計(jì)，工廠預(yù)制，整個(gè)冷凍機(jī)房由一個(gè)廠商作為產(chǎn)品提供5整個(gè)冷凍機(jī)房的效率高 最高可達(dá)年平均能耗 0.58kW/冷噸 （COP6.0）,節(jié)能3060%6維護(hù)成本低 全自動(dòng)運(yùn)行，變頻磨損少，維護(hù)成本較傳統(tǒng)冷凍機(jī)房低 50% 7控制系統(tǒng)高效穩(wěn)定 最佳性能的 Hartman Loop 控制系統(tǒng)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定8舒適性更高 全變頻冷凍機(jī)房，世界一流的性能 9對(duì)電網(wǎng)幾乎無沖擊由于是全變頻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了真正的軟啟動(dòng)10噪音小不同于傳統(tǒng)的控制方法讓少數(shù)設(shè)備以

12、較高速度運(yùn)行，Armstrong超高效集成式冷凍機(jī)房可減少設(shè)備磨損、噪音和振動(dòng)11設(shè)備使用壽命延長 由于以較低速度運(yùn)行，而且減少了設(shè)備的起/停循環(huán)，設(shè)備壽命得以延長4 經(jīng)典案例上海大劇院1997年，艾蒙斯特朗為上海大劇院的建造提供了空調(diào)系統(tǒng)水泵。在過去的17年間，水泵始終高效穩(wěn)定的運(yùn)行。除定期更換機(jī)械密封外，沒有其他的維修工作。這充分說明艾蒙斯特朗水泵質(zhì)量的可持續(xù)性和技術(shù)的先進(jìn)性。到2013年，上海大劇院進(jìn)行節(jié)能改造，目標(biāo)是在節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域成為上海地標(biāo)性建筑，除了再次采用艾蒙斯特朗的水泵外，上海大劇院還全面采用了艾蒙斯特朗IPC超高效冷凍機(jī)房自動(dòng)控制系統(tǒng)以及3臺(tái)變頻離心機(jī)組，在機(jī)房總體能效上實(shí)現(xiàn)大幅度的提高。香港房屋總署艾蒙斯特朗參與的另外一個(gè)標(biāo)志性的項(xiàng)目是位于香港英皇道1063號(hào)的房屋總署辦公樓項(xiàng)目，該項(xiàng)目也是節(jié)能改造。在該項(xiàng)目中，艾蒙斯特朗提供了系統(tǒng)解決方案，即在3臺(tái)制冷機(jī)上應(yīng)用了磁懸浮技術(shù)，水泵采用DE智能變頻泵并且采用了IPC超高效冷凍機(jī)房自動(dòng)控制系統(tǒng)。這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)于2013年夏天調(diào)試完畢，過去一年該系統(tǒng)的整個(gè)機(jī)房實(shí)測能效COP數(shù)值達(dá)到了7.0以上。在節(jié)能要求較為嚴(yán)格的香港，艾蒙斯特朗不僅中標(biāo)該項(xiàng)目，更在香港地區(qū)冷凍機(jī)房能效COP上樹立了新的標(biāo)桿，得到了用戶和行業(yè)的一致好評(píng)。5 結(jié)論從理論上