高能效機(jī)房的理論與應(yīng)用案例

高能效中央空調(diào)機(jī)房理論與改造應(yīng)用案例介紹現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二高效能中央空調(diào)冷凍機(jī)房定義現(xiàn)代的大型建筑，中央空調(diào)系統(tǒng)能耗占建筑整體運(yùn)行能耗的40~55%左右。其中，冷凍機(jī)房設(shè)備（包括冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔）用電占整個(gè)建筑全年用電的30~35%。生產(chǎn)工廠中，冷凍機(jī)房的耗電也占工廠運(yùn)行總能耗的相當(dāng)大比例。例如電子芯片工廠中冷凍機(jī)房的能耗約為工廠總能耗的18-25%制藥行業(yè)工廠中冷凍機(jī)房的能耗約為工廠總能耗的20-30%食品和飲料行業(yè)工廠中冷凍機(jī)房能耗約為工廠總能耗的30-35%汽車制造行業(yè)工廠中冷凍機(jī)房能耗約為工廠總能耗的10-15%中央空調(diào)冷凍機(jī)房的整體能效對(duì)建筑、工廠節(jié)能降耗都有著至關(guān)重要的意義！現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二高效能中央空調(diào)冷凍機(jī)房定義評(píng)價(jià)冷水機(jī)房是否真正節(jié)能，采用“冷水機(jī)房全年綜合能效”，也即根據(jù)美國(guó)采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(huì)（ASHRAE）提出的標(biāo)準(zhǔn)，“冷水機(jī)房全年綜合能效”在0.85kW/ton以下的為高效能機(jī)房，綜合能效在1.0kW/ton以上的為需要改造的機(jī)房。目前國(guó)內(nèi)大部分機(jī)房能效都在1.0kW/ton以上。機(jī)房能效＝W（冷機(jī)）＋W（冷凍水泵）＋W（冷卻水泵）＋W（冷卻塔）Q（總冷量）Kw/Ton現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二高效能中央空調(diào)冷凍機(jī)房定義現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二高效能中央空調(diào)冷凍機(jī)房特點(diǎn)負(fù)荷特點(diǎn)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，年運(yùn)行時(shí)間在3500個(gè)小時(shí)以上，很多機(jī)房處于全年運(yùn)行狀態(tài)負(fù)荷中不僅僅包括工藝性負(fù)荷，還包括空調(diào)系統(tǒng)的季節(jié)性負(fù)荷，部分負(fù)荷特點(diǎn)明顯冷負(fù)荷需求的冷水溫度設(shè)定可以隨季節(jié)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整（很多工藝性負(fù)荷不容許對(duì)冷凍水進(jìn)水溫度設(shè)定進(jìn)行調(diào)整）現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二高效能中央空調(diào)冷凍機(jī)房特點(diǎn)設(shè)備和系統(tǒng)特點(diǎn)一般系統(tǒng)為水冷系統(tǒng)，風(fēng)冷系統(tǒng)很難做到高能效冷凍機(jī)房機(jī)組為離心機(jī)組或者螺桿機(jī)組離心機(jī)組全年平均COP可以達(dá)到0.7Kw/RT左右螺桿機(jī)組全年平均COP可以達(dá)到0.75Kw/RT左右系統(tǒng)配置中冷凍水側(cè)往往配置二次泵系統(tǒng)，二次泵控制采用壓差控制現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二

冷凍機(jī)房?jī)?yōu)化要做的就是解決設(shè)備運(yùn)行能效之間的矛盾從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)冷凍機(jī)房能耗最低的目標(biāo)對(duì)于相同的室內(nèi)負(fù)荷，既可以采用低冷凍水溫及小流量，此時(shí)冷機(jī)能耗高但水泵能耗低；反之，則冷機(jī)能耗低而水泵的能耗高對(duì)于相同的制冷量，可以降低冷凝壓力以減少冷機(jī)能耗，但較低的冷凝壓力既需要較低的冷卻水溫度,這可能會(huì)增加冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的能耗，反之亦然。冷卻水泵能耗冷卻塔能耗冷凍水泵能耗冷水機(jī)組能耗高效能中央空調(diào)冷凍機(jī)房——總體控制策略現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二高效能中央空調(diào)冷凍機(jī)房——核心算法江森自控高效能機(jī)房的最核心的控制方法是關(guān)聯(lián)控制（尤其適用于全變頻機(jī)房系統(tǒng)）它包括如下三個(gè)算法：EMPP(EqualMarginalPerformancePrinciple)-相等邊際效能原則基于業(yè)界最權(quán)威的全變頻系統(tǒng)控制專家Hartman的專利控制邏輯－HartmanLOOP的基礎(chǔ)上而發(fā)展的控制邏輯，采用一定的時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)冷凍機(jī)房各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行能效和系統(tǒng)運(yùn)行能效進(jìn)行持續(xù)調(diào)整，找到最優(yōu)工況點(diǎn)。NatureCurve-自然曲線在不同的冷卻水出水溫度下，機(jī)組都存在一個(gè)最高效率點(diǎn)，它們的連接線就是機(jī)組的自然曲線DemandBasedControl-按需控制現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二高效能中央空調(diào)冷凍機(jī)房——等邊際能效算法EMPP(EqualMarginalPerformancePrinciple)-相等邊際效能原則當(dāng)系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的單位能源輸入所導(dǎo)致的輸出變化一致時(shí)，系統(tǒng)效率最高，換句話說(shuō)，系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備已經(jīng)運(yùn)行在了最優(yōu)的組合下。簡(jiǎn)述如下：A1KW2.5KWB1KW2KWC1KW1.5KWD1KW1KWA0.4KW1KWB00C00D-1KW-1KW上例說(shuō)明：當(dāng)A增加0.4KW和D減少1KW的情況下，冷量輸出沒有變化，但總能耗減少了0.6KW！重復(fù)步驟1-5，會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)相等的功率增量加載于每臺(tái)設(shè)備而能夠輸出相等的系統(tǒng)邊際冷量，此時(shí)系統(tǒng)效率最高！現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二高效能中央空調(diào)冷凍機(jī)房——自然曲線的應(yīng)用NatureCurve-自然曲線在不同的冷卻水出水溫度下，機(jī)組都存在一個(gè)最高效率點(diǎn)，它們的連接線就是機(jī)組的自然曲線現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二高效能中央空調(diào)冷凍機(jī)房——末端需求控制DemandBasedControl-按需控制如下方式來(lái)計(jì)算建筑物所需冷量控制策略1 所有閥門的開度開度反映對(duì)冷凍水的需求，盡可能讓末端的水閥都能夠保持在接近全開的狀態(tài)下，以最有效的方式運(yùn)行，如果末端開度過大或者過小，系統(tǒng)進(jìn)行響應(yīng)?？刂撇呗? 最大，最關(guān)鍵，或最大負(fù)荷AHU的閥門位置及最不利壓差系統(tǒng)穩(wěn)定性更好，保證各個(gè)末端能夠得到足夠的水流量控制策略3 僅壓差控制穩(wěn)定，能效低，壓差值無(wú)法100%真實(shí)準(zhǔn)確的反映末端的實(shí)際需求狀況實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)實(shí)際情況制定策略，尤其是改造項(xiàng)目，必須經(jīng)過精心調(diào)試確定合適的控制策略?，F(xiàn)在是11頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二模糊控制決策（冷站網(wǎng)絡(luò)控制中心）系統(tǒng)流量、溫差、壓差室外溫濕度室外溫濕度系統(tǒng)中各變量的當(dāng)前狀態(tài)冷卻塔回水溫度設(shè)定值冷凍水供水溫度設(shè)定值冷機(jī)、水泵、塔開啟臺(tái)數(shù)冷卻塔頻率PID控制冷凍水泵頻率PID控制決策冷凍水供回水溫差設(shè)定值冷機(jī)內(nèi)部控制器當(dāng)前值控制系統(tǒng)預(yù)置設(shè)備性能數(shù)據(jù)庫(kù)冷卻水供回水溫差設(shè)定值冷卻泵頻率PID控制當(dāng)前值繼電器開關(guān)控制當(dāng)前值高效能中央空調(diào)冷凍機(jī)房——控制系統(tǒng)流程現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二高效能冷凍機(jī)房的控制已經(jīng)超出了單臺(tái)設(shè)備的簡(jiǎn)單控制，需要采集和集成大量參數(shù)，所以必須通過專業(yè)化的機(jī)房能源管理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)優(yōu)化控制。通用的能源管理系統(tǒng)需要具備如下特點(diǎn)。高效能中央空調(diào)冷凍機(jī)房集成策略——能源管理系統(tǒng)可靠

–內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試程序和穩(wěn)定的可持續(xù)運(yùn)行可復(fù)制–不依賴于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的平臺(tái)系統(tǒng)可預(yù)測(cè)–運(yùn)行效果明確并且可以很方便進(jìn)行驗(yàn)證透明化–每一個(gè)項(xiàng)目都會(huì)內(nèi)置節(jié)能效果測(cè)量和驗(yàn)證界面.冗余性–可以在能效管理平臺(tái)和常規(guī)控制之間任意進(jìn)行切換現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二1號(hào)冷凍站No.1ChillerPlant2號(hào)冷凍站No.1ChillerPlant3號(hào)冷凍站No.3ChillerPlant改造項(xiàng)目案例介紹——項(xiàng)目概述現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二改造項(xiàng)目案例介紹——項(xiàng)目概述1#機(jī)房為冷凍水一次泵系統(tǒng)，由6臺(tái)冷水機(jī)組（2臺(tái)螺桿機(jī)、4臺(tái)離心機(jī)離心機(jī)）作為冷源，同時(shí)供應(yīng)一期的辦公空調(diào)系統(tǒng)和工藝空調(diào)系統(tǒng)（負(fù)荷相對(duì)比較平穩(wěn)），冷凍水先通過機(jī)房集/分水器，再到末端的集/分水器,空調(diào)冷凍水和工藝?yán)鋬鏊捎霉补芟到y(tǒng)?，F(xiàn)在是15頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二改造項(xiàng)目案例介紹——項(xiàng)目概述2#機(jī)房為的冷凍水二次泵系統(tǒng)，由5臺(tái)冷水機(jī)組（2臺(tái)活塞機(jī)、1臺(tái)離心機(jī)、2臺(tái)離心機(jī)）作為冷源，主要供應(yīng)二期的工藝空調(diào)系統(tǒng)（負(fù)荷波動(dòng)較大）。冷凍水一次泵保證機(jī)組內(nèi)循環(huán)，冷凍二次泵通過加壓后送到末端。冷卻水循環(huán)泵夏天將冷卻塔送到水箱，冷卻泵負(fù)責(zé)將水池里的冷卻水送到冷凍機(jī)組和工藝設(shè)備，?，F(xiàn)在是16頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二4#機(jī)組效率0.478–1.0253#機(jī)組效率0.588–0.7825#機(jī)組效率0.609–0.8292#機(jī)組效率0.705–1.2231#機(jī)組效率0.782–1.285藍(lán)線曲線：冷水機(jī)組制冷量(RT)綠色曲線：冷水機(jī)組效率（kw/RT）改造項(xiàng)目案例介紹——1號(hào)站測(cè)試數(shù)據(jù)現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二冷卻塔理想出水溫度冷卻塔出水溫度改造項(xiàng)目案例介紹——1號(hào)站測(cè)試數(shù)據(jù)現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二改造前1#機(jī)房COP1.35改造前2#機(jī)房COP1.33改造項(xiàng)目案例介紹——改造前機(jī)房全年能效比現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二ReduceLoads降低負(fù)荷UseEfficientTechnology采用高效設(shè)備ProvideControls提供控制改造項(xiàng)目案例介紹——節(jié)能方案總體設(shè)計(jì)思路現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二部分空調(diào)主機(jī)已運(yùn)行約20年，1#冷凍站的1#機(jī)組所用冷媒R11早已被要求停止新灌裝，且該機(jī)組制冷效率低下。2#冷凍站的3#及4#機(jī)組為活塞式制冷機(jī)，額定制冷效率僅為3.27。經(jīng)測(cè)試，所有機(jī)組的制冷量都有不同程度的衰減機(jī)房冷凍機(jī)額定kW/TR實(shí)測(cè)kW/TR衰減率1#機(jī)房1#冷凍機(jī)0.821.0225%2#冷凍機(jī)0.670.9846%3#冷凍機(jī)0.780.8611%4#冷凍機(jī)0.780.8610%5#冷凍機(jī)0.600.7526%2#機(jī)房1#冷凍機(jī)0.670.8323%2#冷凍機(jī)0.671.1774%3#冷凍機(jī)1.081.3929%4#冷凍機(jī)1.081.3424%5#冷凍機(jī)0.600.6813%節(jié)能改造措施1——高效冷水機(jī)組更換現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二在1#機(jī)房和2#機(jī)房中，共有30臺(tái)不同廠家的水泵，且水泵入役時(shí)間不同，用途不同，廠家不同，效率不同。還存在1次泵系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng)，情況復(fù)雜。經(jīng)過多年的運(yùn)行，水泵的工作狀態(tài)點(diǎn)發(fā)生了很大的偏移，水泵的實(shí)際運(yùn)行效率經(jīng)過實(shí)測(cè)已經(jīng)較低：節(jié)能改造措施2——高效水泵更換現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二1#冷凍站額定流量(m3/h)實(shí)測(cè)流量(m3/h)額定揚(yáng)程(m)實(shí)測(cè)揚(yáng)程(m)額定功率(kW)實(shí)測(cè)功率(kW)實(shí)測(cè)效率1#冷凍泵350208.740395556.9539.0%2#冷凍泵350132.94053.45550.5638.3%3#冷凍泵3502024042.2554255.4%4#冷凍泵180147.84131.93037.6734.2%5#冷凍泵280170.34044.5453657.5%6#冷凍泵280150.34039.2454238.3%改造項(xiàng)目案例介紹——1號(hào)站測(cè)試數(shù)據(jù)現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二1#機(jī)房節(jié)能改造措施2——高效水泵更換現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二節(jié)能改造措施3——冷凍水系統(tǒng)管路優(yōu)化現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二通過優(yōu)化控制，最大化冷水機(jī)房的效率機(jī)房群控系統(tǒng)的功能：15%左右的綜合能耗節(jié)省基于模糊控制的最優(yōu)化策略基于多種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和配置的最佳經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用最優(yōu)冷水機(jī)組負(fù)荷分配結(jié)合機(jī)組效率曲線，使機(jī)組始終運(yùn)行在最優(yōu)效率區(qū)間實(shí)時(shí)掌握冷機(jī)參數(shù)變化，自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)閥門開度先進(jìn)的報(bào)表功能（線性/餅形顯示），能耗與效率盡在掌握集中監(jiān)視和報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的問題，及時(shí)進(jìn)行預(yù)防性維修節(jié)能改造措施4——能源管理系統(tǒng)現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二在安裝能效管理系統(tǒng)后，空調(diào)系統(tǒng)的整體能效得到了大大提升，能效水平為0.69KW/RT（1#冷凍站）和0.73KW/RT（2#冷凍站），處于節(jié)能預(yù)測(cè)——改造后2號(hào)站系統(tǒng)COP現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有30頁(yè)\編輯于星期二實(shí)施效果——1號(hào)冷凍站月份2013冷凍用電2014冷凍用電

扣除空壓機(jī)扣除空壓機(jī)節(jié)約量（kwh）百分比

1190129171595-18535-9.7%改造期間2147327136599-10728-7.3%3217190190364-26826-12.4%4277635244568-33067-11.9%5402814328835-73979-18.4%6485128374229-110899-22.9%7591450499497-91953-15.5%調(diào)試試運(yùn)行期間8566871495357-71514-12.6%9449326415110-34216-7.6%10365850331723-34127-9.3%11281680196705-84975-30.2%122226231290