自然冷卻節(jié)能改造方案(水冷機(jī)+開式冷卻塔)

自然冷卻節(jié)能改造方案2018-6目錄TOC\o"1-2"\h\z\u一、項目現(xiàn)狀 一、項目現(xiàn)狀大連****項目某車間現(xiàn)有螺桿機(jī)冷水機(jī)組（單臺冷量1895Kw）全年為車間提供7℃的冷水供冷，其中螺桿機(jī)為頓漢布什WCFX-E81TR螺桿式水冷冷水機(jī)組，標(biāo)準(zhǔn)工況制冷量1895kw，額定工況輸入功率325.7Kw。整個制冷系統(tǒng)采用手動控制。冷水機(jī)組為手動啟動，根據(jù)機(jī)組的出水溫度自動開關(guān)機(jī)、自動進(jìn)行加減載控制。冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔均為手動開停，且全部為工頻運(yùn)行。二、存在問題現(xiàn)系統(tǒng)存在以下的問題：一、制冷機(jī)組冬季或過渡季節(jié)全部需要運(yùn)行，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，運(yùn)行費(fèi)用高。環(huán)境溫度較低時，可以采用自然冷卻，不開或少開制冷機(jī)。二、由于過渡季節(jié)和冬季冷卻水溫度太低，機(jī)組會出現(xiàn)回油困難，機(jī)組經(jīng)常出現(xiàn)故障停機(jī)，容易損壞壓縮機(jī)，且制冷機(jī)效率較低。。三、手動操作，人工成本高，操作維護(hù)工作量大，且設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性差，故障率高且溫度控制精度不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量。四、冷卻水泵、冷卻塔沒有變頻節(jié)能控制，水和電浪費(fèi)嚴(yán)重。若冷凍水系統(tǒng)可以變流量運(yùn)行，可將其水泵改為變頻節(jié)能控制，具有更大的節(jié)能空間。三、改造分析及方案由于大連在冬季或過渡季節(jié)環(huán)境溫度較低，具備不開制冷機(jī)滿足制冷需求，現(xiàn)建議冬季（或過渡季節(jié)）充分利用自然冷卻方式，不開制冷機(jī)或減少制冷機(jī)組負(fù)荷，以降低運(yùn)行費(fèi)用，同時增加合理的變頻節(jié)能控制手段，實現(xiàn)最佳的整體系統(tǒng)節(jié)能，保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。由于該車間需全年24h不間斷制冷，根據(jù)現(xiàn)場實際使用條件和天氣情況分析，貴公司該車間在冬季有較大節(jié)能空間。項目所在地大連氣象資料統(tǒng)計結(jié)果如下所示：2016年11月-12月氣溫2017年1月-3月氣溫根據(jù)以上大連歷史天氣數(shù)據(jù)分析，大連室外日平均氣溫低于10℃的時間在五個月左右，約144天，在氣溫較低期間，可以通過冷卻塔設(shè)備利用自然冷卻方式直接為車間提供7℃冷水進(jìn)行降溫，縮短制冷機(jī)組壓縮機(jī)的運(yùn)行時間，降低能耗節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。根據(jù)室外環(huán)境溫度可采用以下三種運(yùn)行模式：（1）當(dāng)室外溫度低于T1時，不需開啟制冷機(jī)組，全部通過冷卻塔直接給提供車間所需冷凍水；（2）當(dāng)室外溫度在T1～T2之間時，可以通過制冷機(jī)組+冷卻塔聯(lián)合制冷，優(yōu)先使用冷卻塔，最大程度利用自然冷卻，制冷機(jī)組作為補(bǔ)充，減少制冷機(jī)組的功耗；（3）當(dāng)室外溫度高于T2時，仍通過制冷機(jī)組制冷提供系統(tǒng)所需冷凍水；同時根據(jù)系統(tǒng)實際負(fù)荷需求和制冷機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，變頻控制冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)等，實現(xiàn)系統(tǒng)的最佳節(jié)能。根據(jù)項目的實際情況及業(yè)主需求，具體開式冷卻塔+板式換熱機(jī)組改造節(jié)能方案如下：1.系統(tǒng)原理流程圖在原有系統(tǒng)上增加一套低溫防凍型開式冷卻塔+一套板式換熱機(jī)組，并增加相關(guān)的自控系統(tǒng)，流程詳見下圖。2.自控點表系統(tǒng)/設(shè)備名稱數(shù)量內(nèi)容AIAODIDOCOM冷水機(jī)組1啟停控制1冷凍水泵1啟?？刂?運(yùn)行狀態(tài)1故障報警1手自動狀態(tài)1冷卻水泵1頻率控制及反饋11運(yùn)行狀態(tài)1故障報警1手自動狀態(tài)1電動兩通開關(guān)閥6開關(guān)控制6位置反饋6電動三通調(diào)節(jié)閥1調(diào)節(jié)控制1位置反饋1溫度、壓力檢測6冷凍水側(cè)進(jìn)出水溫度2冷卻塔出水溫度2室外溫濕度檢測1冷凍水供回水壓力檢測1冷卻塔1頻率控制及反饋11運(yùn)行狀態(tài)1故障報警1手自動狀態(tài)1合計9315713.運(yùn)行控制策略該方案三種運(yùn)行模式具體如下：（1）制冷機(jī)組單獨(dú)制冷：室外溫度超高時，冷卻塔出水溫度T2>9℃,冷凍水側(cè)閥VK1、VK4開，VK2、VK3關(guān)，冷卻水側(cè)三通閥VC1水平全開（垂直全關(guān)），VK5關(guān)，VK6開，冷卻塔根據(jù)溫度T2變頻運(yùn)行，冷卻水泵根據(jù)制冷機(jī)組負(fù)載變化，自動的變頻節(jié)能運(yùn)行；（2）冷卻塔單獨(dú)制冷：室外溫度較低時，冷卻塔出水溫度T2<5℃，冷凍水側(cè)閥VK1、VK4關(guān)，VK2、VK3開，冷卻水側(cè)三通閥VC1垂直全開（水平全關(guān)），VK6關(guān)，VK5開，冷卻塔根據(jù)溫度T2=5℃目標(biāo)自動變頻節(jié)能運(yùn)行，冷卻水泵根據(jù)車間負(fù)荷變化自動變頻節(jié)能運(yùn)行；（3）制冷機(jī)組、冷卻塔聯(lián)合制冷：室外溫度較高時，冷卻塔出水溫度5℃<T2<9℃,冷凍水側(cè)閥VK1、VK3關(guān)，VK2、VK4開，冷卻水側(cè)三通閥VC1根據(jù)冷水機(jī)組運(yùn)行參數(shù)（吸排氣壓差）自動調(diào)節(jié)，V3關(guān)，VK6關(guān)，VK5開，冷卻塔及冷卻水泵滿頻（或工頻）運(yùn)行，冷水機(jī)組根據(jù)出水溫度自動控制開停；不同的工作模式為全自動切換，運(yùn)行過程不需要人工干預(yù)，尤其適合晝夜溫差較大時模式的自動切換，實現(xiàn)最佳節(jié)能。4.冬季防凍說明當(dāng)冬季室外環(huán)境溫度低于0℃，冷卻塔出水溫度較低時，最需要解決的問題就是冬季防凍，頓漢布什結(jié)合多年的系統(tǒng)集成經(jīng)驗及冷卻塔制造經(jīng)驗等采取有效措施杜絕結(jié)冰現(xiàn)象發(fā)生。此方案總防凍主要考慮以下幾點措施：（1）水系統(tǒng)防凍正常運(yùn)行時，由于系統(tǒng)有較大熱負(fù)荷，板式換熱器、冷卻塔、水泵形成一個閉合循環(huán)回路，在這種情況下，只要冬季水泵不停，水系統(tǒng)就不會出現(xiàn)水結(jié)冰的現(xiàn)象。冬季嚴(yán)寒季節(jié)時，若因保養(yǎng)、檢修或是其它原因制冷系統(tǒng)需要長時間停止運(yùn)行時，需要及時進(jìn)行排水防凍處理，防止結(jié)冰凍壞管路和設(shè)備。（2）冷卻塔防凍采用特殊冷卻塔結(jié)構(gòu)，完全避免了橫流塔填料側(cè)邊緣與空氣大面積接觸導(dǎo)致水流速慢、風(fēng)速快、形成的嚴(yán)重掛冰現(xiàn)象，同時減少了回流。獨(dú)有防結(jié)冰進(jìn)風(fēng)格柵，徹底解決了冬季進(jìn)風(fēng)窗冬季掛冰問題，保證了進(jìn)風(fēng)窗的順暢通風(fēng)；防濺水：塔體在運(yùn)行過程中，冷卻水冷卻過程中會產(chǎn)生水飛濺，水槽布置了濺水毯，可防止水飛濺過程中產(chǎn)生掛冰現(xiàn)象，同時在進(jìn)風(fēng)格柵內(nèi)置擋水板，也可防止水外濺；風(fēng)機(jī)：風(fēng)機(jī)根據(jù)冷卻塔出水溫度智能變頻，嚴(yán)格控制出水溫度，并對風(fēng)機(jī)風(fēng)筒進(jìn)行保溫隔熱處理，防止風(fēng)筒內(nèi)結(jié)冰。5.群控系統(tǒng)自控系統(tǒng)采用基于頓漢布什DB-vision平臺的Freecooling節(jié)能控制模塊，制冷機(jī)組控制系統(tǒng)升級，增加了CWC冷卻水控制單元，實現(xiàn)制冷機(jī)組為自動開停、自動增減載控制，冷凍水泵按一次變流量系統(tǒng)變頻控制，冷卻水根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行需求自動控制流量，冷卻塔為自動變頻控制。6.方案優(yōu)勢（1）全自動控制；冬季和過渡季節(jié)不需要人工參與模式切換，自動控制制冷機(jī)組、換熱機(jī)組、冷卻塔等，保證冷水溫度控制精度，實現(xiàn)最佳節(jié)能運(yùn)行。（2）穩(wěn)定可靠：換熱機(jī)組模塊系統(tǒng)集成，控制軟件先進(jìn)穩(wěn)定，節(jié)能改造容易實施。加載的制冷機(jī)組控制軟件，在超低溫冷卻水時，制冷機(jī)組也能夠穩(wěn)定運(yùn)行。（3）運(yùn)行費(fèi)用低：節(jié)能效果顯著，在冬季和過渡季節(jié)，可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用超過60%，采用自然冷卻方式的運(yùn)行時間長，改造投入回收期短。（4）防凍優(yōu)化設(shè)計：系統(tǒng)和設(shè)備都增加防凍保護(hù)措施，保證系統(tǒng)在極寒天氣能夠正常運(yùn)行。（5）冷卻水與冷凍水系統(tǒng)之間加板換分開，避免了冷卻水對冷凍水的交叉污染（6）制冷機(jī)組最優(yōu)控制：減少制冷機(jī)組的運(yùn)行時間和負(fù)荷率，充分利用了多機(jī)頭制冷機(jī)組部分負(fù)荷運(yùn)行時高效的特性，制冷機(jī)組運(yùn)行更穩(wěn)定，實現(xiàn)制冷機(jī)組最佳節(jié)能。四、投資回收期估算1.初投資主要設(shè)備材料序號設(shè)備名稱參數(shù)單位數(shù)量單價總價1冷卻塔排熱量：2200kw,450m3/h臺12電動開關(guān)閥DN250，開關(guān)量個63電動調(diào)節(jié)閥三通，模擬量個14冷卻水泵水流量：380m3/h，揚(yáng)程：28m，變頻電機(jī)37kw臺15板式換熱器換熱面積150㎡，水流量330m3/h，換熱量：1900kw，一次側(cè)進(jìn)出水溫：4-9度，二次側(cè)進(jìn)出水溫度：6-11度臺16自控系統(tǒng)含變頻柜、PLC+10.4'觸摸屏free-cooling節(jié)能控制系統(tǒng)，制冷機(jī)組控制軟件升級，增加冷卻水控制單元，項17安裝輔材及施工費(fèi)項18調(diào)試費(fèi)項1合計工程總造價2.運(yùn)行費(fèi)用計算大連地區(qū)可按照相對濕度60%估算，當(dāng)環(huán)境干球溫度低于10℃（濕球溫度為6.5℃）時，冷卻塔可提供溫度10℃以下的冷卻水，此時采用冷卻塔+制冷機(jī)組聯(lián)合制冷；當(dāng)環(huán)境干球溫度低于6℃（濕球溫度3.0℃）時，冷卻塔可提供溫度7℃以下的冷卻水，此時完全采用冷卻塔自然冷卻；為方便估算，以日平均溫度作為計算依據(jù)，當(dāng)室外平均溫度低于7℃時，采用完全自然冷卻方式，天數(shù)為111天；環(huán)境平均氣溫在6～10℃，可采用50%自然冷卻+50%制冷機(jī)制冷，天數(shù)為33天；環(huán)境溫度高于10℃時，按完全制冷機(jī)制冷，按照節(jié)能改造后系統(tǒng)與原系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用相同，不進(jìn)行計算比較。電費(fèi)按照0.8元/kwh。為簡化計算，只對采用自然冷卻時的主要設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行計算。原系統(tǒng)：運(yùn)行時間：（111+33）x24=3456h運(yùn)行功率：230Kw+37Kw+11Kw+10Kw=288Kw運(yùn)行費(fèi)用：288Kwx3456hx0.8元/Kw.h=796262元改造后系統(tǒng)：（1）室外平均溫度低于6℃，完全自然冷卻時：運(yùn)行時間：111x24=2664h運(yùn)行功率：37Kwx0.8+15Kwx0.8+10Kw=52Kw運(yùn)行費(fèi)用：52Kwx2664hx0.8元/Kw.h=110822元（2）環(huán)境平均氣溫在6～10℃，自然冷卻+制冷機(jī)組聯(lián)合制冷時（按各形式各負(fù)擔(dān)50%負(fù)荷考慮）：運(yùn)行時間：33x24=792h運(yùn)行功率：325Kw/2+37Kw+15Kw+10Kw=225Kw運(yùn)行費(fèi)用：225Kwx792hx0.8元/Kw.h=142560元c、合計運(yùn)行費(fèi)用：110822+142560=253382元結(jié)論：每年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用為：796262-253382=542880元，冬季和過渡季節(jié)的節(jié)能率為68%左右！?。?.投資回收期以大連為例，按照提供7度冷水估算，投入回收期約為0.9~1.5年。如提供冷水溫度提高，利用自然冷卻時間加長，投入回收更短，節(jié)能率也進(jìn)一步提高。本方案以大連地區(qū)為例，用于其它地區(qū)，可根據(jù)負(fù)荷情況、溫度要求、氣溫條件等參數(shù)重新估算。五、DB優(yōu)勢產(chǎn)品介紹1.低溫防凍型開式冷卻塔技術(shù)特點：頓漢布什裝配式冷卻塔在設(shè)計上追求環(huán)保新概念，充分采用新技術(shù)的開發(fā)，全面改造冷卻塔內(nèi)部各部件的形式和材質(zhì)，使產(chǎn)品高性能化，冷卻效果最大、漂水量小、噪音低、外護(hù)板強(qiáng)度大、易組裝、易保養(yǎng)、使本系列產(chǎn)品能夠適用于各種高要求的場所。金屬外殼使強(qiáng)度更高，更美觀耐用，設(shè)計使用壽命12年以上。組合式模塊化設(shè)計，使工程設(shè)計與使用單位選擇更加靈活實用，交貨更加快捷，安裝單位組裝更加方便；且在實際使用當(dāng)中，用戶可以安裝自動控制的電機(jī)及管道和水泵電磁閥，根據(jù)制冷機(jī)組熱源量增減而自動開閉冷卻塔組合中的某個或多個塔體；并可結(jié)合變頻工控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程工控系統(tǒng)，對冷卻塔更加合理節(jié)能使用，達(dá)到更加節(jié)省能源，減少排放的目的。嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)低溫專用型我公司開發(fā)的鋼制開式冷卻塔，在防結(jié)冰技術(shù)上獲得重大突破，解決了嚴(yán)寒地區(qū)進(jìn)風(fēng)窗和塔體周邊結(jié)冰的難題，冷卻塔進(jìn)風(fēng)處通體不結(jié)冰。2.高效節(jié)能板式換熱機(jī)組高效智能板式換熱機(jī)組是集熱交換系統(tǒng)和熱工控制、熱工調(diào)節(jié)、熱計量等系統(tǒng)一體的全自動智能化的高效節(jié)能產(chǎn)品，根據(jù)工況需求由中央控制器實現(xiàn)對一二次水側(cè)的智能控制，最終實現(xiàn)供冷量與實際負(fù)荷的平衡。該機(jī)組由板式換熱器、循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵、過濾器、管道閥門、儀表及變頻控制系統(tǒng)等組成（可根據(jù)實際需要自由裝配），根據(jù)用戶需要可加配電子除垢儀和全自動編程系統(tǒng)，本機(jī)組具有傳熱效率高，阻力小、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行可靠、操作簡便直觀、模塊化結(jié)構(gòu)、安裝方便等優(yōu)點。六、自然冷卻應(yīng)用案例華為廊坊數(shù)據(jù)中心采用自然冷卻方案，與常規(guī)單獨(dú)采用制冷機(jī)組制冷方式相比，全年運(yùn)行可節(jié)能30%以上。群控采用T3標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到最高的穩(wěn)定可靠安全等級。其它：植入上層有優(yōu)化系統(tǒng)，業(yè)內(nèi)首例對接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法大大降低PUE值（PUE1.2以下）冗余系統(tǒng)故障安全等級達(dá)到99.98%故障診斷，模塊熱插拔，減少維修時間雙點控解決方案在線無擾動檢修方案大量去工