中央空調(diào)高效機(jī)房方案選型設(shè)計(jì)策略研究

中央空調(diào)高效機(jī)房方案選型設(shè)計(jì)策略研究摘要：本文介紹了全變頻超高效集成式冷凍機(jī)房在某工廠中央空調(diào)冷卻過程中的高效機(jī)房水系統(tǒng)的應(yīng)用，并詳細(xì)討論了高效機(jī)房方案的設(shè)計(jì)思路，為高效機(jī)房設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。關(guān)鍵詞：高效機(jī)房；中央空調(diào)；自然冷卻；變頻技術(shù)1.導(dǎo)言高能效機(jī)房將中央空調(diào)的機(jī)房設(shè)備，包括冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔、管道閥門、控制系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)性、智能性、集成性的深入優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保整個(gè)制冷站運(yùn)行起來后整體效率始終達(dá)到最高區(qū)間的一個(gè)完整的解決方案，它是集成在暖通空調(diào)和自控創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過不斷整合與深入挖掘而開發(fā)出的針對(duì)客戶提高制冷站整體性能和降低運(yùn)行費(fèi)用需求的一種有效工具。在高效機(jī)房中，要求首先要求設(shè)備本身的能效水平比較高，主機(jī)、水泵以及冷卻塔應(yīng)采用高效型（主機(jī)采用變頻機(jī)組，水泵的電機(jī)選用高效電機(jī)，冷卻塔通過CTI認(rèn)證）。同時(shí)，系統(tǒng)的控制也是非常重要，傳感器應(yīng)選用精度較高，能夠滿足安裝環(huán)境的儀器，控制策略要能夠保證整個(gè)系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高效率區(qū)運(yùn)行。同時(shí)，為了達(dá)到較高的機(jī)房效率，必須盡量減少水系統(tǒng)的阻力（包括局部阻力和沿程阻力），不同使用特性要求的管路分開等。減少局部阻力的辦法一般是減少彎頭等局部阻力；減少沿程阻力的方法一般是盡量減少管路長(zhǎng)度，保證從主機(jī)到水泵等的管路最短。高效智能機(jī)房通過智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無人值守自動(dòng)運(yùn)行且操控簡(jiǎn)單，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示機(jī)房實(shí)時(shí)的綜合能效比，并實(shí)時(shí)反饋到各終端（電腦、手機(jī)等），后期維護(hù)方便，可大幅度降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)難度。高效智能機(jī)房系統(tǒng)不是簡(jiǎn)單的設(shè)備供貨，它的價(jià)值更多體現(xiàn)在設(shè)備優(yōu)化選型、系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、暖通空調(diào)設(shè)備與機(jī)房控制系統(tǒng)整合、設(shè)備安裝與工程管理、全系統(tǒng)整體調(diào)試的綜合特性。以華北地區(qū)的中央空調(diào)為例，分別通過三種方式來組合運(yùn)用來達(dá)到系統(tǒng)高效運(yùn)行，分別是自然冷卻技術(shù)、變頻冷水機(jī)技術(shù)和水系統(tǒng)的變流技術(shù)。自然冷卻技術(shù)利用冬季的低環(huán)境溫度，將冷卻塔的冷卻水直接送入板式換熱器，通過板式換熱器交換冷水，而不需要運(yùn)行主冷卻器；變頻冷水機(jī)技術(shù)通常被作為一種成熟的節(jié)能技術(shù)使用[1]。一方面，冷卻變頻技術(shù)在降低冷卻水溫度時(shí)可以有效降低冷卻變頻電機(jī)的能耗，另一方面，當(dāng)冷卻負(fù)荷降低時(shí)，電機(jī)的負(fù)荷也會(huì)自動(dòng)調(diào)整，這也可以有效降低電機(jī)的能耗。水系統(tǒng)的變流技術(shù)可以根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需求調(diào)整冷水泵的頻率，滿足冷水流量的實(shí)際需求，按需進(jìn)行分配，可以有效降低水泵的能耗。2.工程概況公司生產(chǎn)區(qū)域使用的螺桿機(jī)中央空調(diào)已使用21年，能耗較高?，F(xiàn)為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，在B3廠房改造了一臺(tái)磁懸浮中央空調(diào)。新機(jī)組基本能滿足B2~B4連通所需冷量，另外2臺(tái)原空調(diào)主機(jī)備用，同時(shí)可直接淘汰1臺(tái)134KW空調(diào)主機(jī)電機(jī)。18年8月1日安裝完成后進(jìn)行開機(jī)運(yùn)行。3.系統(tǒng)實(shí)際3.1系統(tǒng)描述該項(xiàng)目選擇全變頻超高效集成式冷凍機(jī)房（圖1），這與傳統(tǒng)的工程概念背道而馳，向設(shè)計(jì)師和用戶展示了一個(gè)高效的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)最佳的性能、最小的占地面積、最經(jīng)濟(jì)的投資、統(tǒng)一的責(zé)任制以及可記錄和可量化的能源消耗，該項(xiàng)目對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、設(shè)備使用、有效控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)可測(cè)量性和可驗(yàn)證性都給予了充分的考慮。一個(gè)高效的綜合制冷站必須有一個(gè)先進(jìn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，與實(shí)際負(fù)荷的特點(diǎn)相匹配，這是系統(tǒng)是否高效的基礎(chǔ)。如果沒有實(shí)現(xiàn)這一步，高效機(jī)房就是一個(gè)空話。該項(xiàng)目根據(jù)建筑和負(fù)荷需求的特點(diǎn)，采用了完全基于變頻器的系統(tǒng)，即高效變頻冷水機(jī)、變頻冷凍水泵、變頻冷卻水泵和變頻冷卻塔[2]。冷水側(cè)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一級(jí)變流量系統(tǒng)或一級(jí)變流量/二級(jí)變流量系統(tǒng)（一些大型系統(tǒng)）的形式。圖1

某工廠預(yù)制的超高效集成式冷凍機(jī)房高校機(jī)房在管道設(shè)計(jì)中，采用立式軟管泵、進(jìn)口分流器和出口多用閥，在三維設(shè)計(jì)中精簡(jiǎn)和優(yōu)化管道，節(jié)省管道長(zhǎng)度和系統(tǒng)附件，節(jié)省空間，減少系統(tǒng)阻力損失，降低泵揚(yáng)程，減少泵的功率。3.2設(shè)備的使用有了性能良好的設(shè)備，如何使用它才能發(fā)揮設(shè)備的真正性能，從而為節(jié)能系統(tǒng)發(fā)揮其特點(diǎn)。例如，如果我們把一臺(tái)高效的離心機(jī)在部分負(fù)荷下不使用，而在全負(fù)荷下使用，很明顯，設(shè)備沒有得到很好的使用。此項(xiàng)目的方法是使每臺(tái)設(shè)備盡可能有效地工作，從而使整個(gè)系統(tǒng)盡可能的高效。（1）一個(gè)高效和穩(wěn)定的控制系統(tǒng)了解設(shè)備和整個(gè)控制系統(tǒng)的特性是優(yōu)化制冷站性能的關(guān)鍵，系統(tǒng)應(yīng)將機(jī)房的設(shè)備配置和控制策略與機(jī)房的設(shè)計(jì)、負(fù)荷特性和設(shè)備性能聯(lián)系起來，是獲得整套系統(tǒng)的最佳可靠性和高效率的核心所在。空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的系統(tǒng)，設(shè)備之間相互關(guān)聯(lián)，因此僅靠傳統(tǒng)的人工控制，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員，也無法保證制冷站系統(tǒng)中所有設(shè)備的協(xié)調(diào)和高效運(yùn)行。有必要依靠一個(gè)智能控制系統(tǒng)，根據(jù)負(fù)荷需求實(shí)時(shí)主動(dòng)調(diào)整制冷站的所有設(shè)備，使整個(gè)冷凍站高效運(yùn)行。高效機(jī)房的制冷站自動(dòng)控制系統(tǒng)是關(guān)鍵指標(biāo)之一，是綜合制冷站的神經(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)綜合制冷站的自動(dòng)化運(yùn)行，保持整個(gè)系統(tǒng)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。（2）數(shù)據(jù)可以被測(cè)量和驗(yàn)證在上述步驟得到持續(xù)實(shí)施后，另一個(gè)重要的指標(biāo)是系統(tǒng)中的所有參數(shù)必須是可實(shí)時(shí)測(cè)量的。控制系統(tǒng)必須知道系統(tǒng)中設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以便能夠主動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)中運(yùn)行的設(shè)備，從而優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的計(jì)算結(jié)果也應(yīng)通過數(shù)據(jù)分析進(jìn)行驗(yàn)證。此項(xiàng)目高效制冷站的自動(dòng)控制系統(tǒng)，它能收集所需的系統(tǒng)參數(shù)并實(shí)時(shí)顯示整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和能源消耗。4.初投資分析根據(jù)具體選型結(jié)果對(duì)設(shè)備初投資進(jìn)行概算，具體如表1所示。表1出投資概算表設(shè)備序號(hào)設(shè)備選型數(shù)量單位報(bào)價(jià)/萬元1制冷機(jī)組3臺(tái)195.02冷水循環(huán)水泵3臺(tái)7.53冷卻水循環(huán)水泵3臺(tái)9.04二次泵2臺(tái)8.05板式換熱器1臺(tái)10.06冷卻塔2座18.07水箱1臺(tái)10.08自控系統(tǒng)1套30.0合計(jì)總投資--287.5注：報(bào)價(jià)僅供參考，具體設(shè)計(jì)另行核算。5.經(jīng)濟(jì)運(yùn)行費(fèi)用分析在計(jì)算高效機(jī)房系統(tǒng)的年度運(yùn)行成本時(shí)，基于2017-2021年的月度負(fù)荷和用電量的計(jì)算更接近于系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行。因此，確定月平均冷卻水供應(yīng)溫度和月平均負(fù)荷是最重要的。結(jié)合自然冷卻和冷卻塔方案，進(jìn)口冷卻水溫度為6.5°C，進(jìn)口冷卻水溫度基于當(dāng)?shù)卦缕骄鶞貪穸群椭鳈C(jī)運(yùn)行范圍，以及客戶和機(jī)組提供的冷卻水溫度下的平均負(fù)荷，以及選定的設(shè)備制造商提供的冷卻塔和泵在不同運(yùn)行條件下的總輸入功率，年度運(yùn)行成本見表2。表22017-2020年冷水機(jī)用電統(tǒng)計(jì)表（萬元）年月123456789101112合計(jì)2017171.651177.710174.940209.862286.592342.334348.004398.836291.537300.950279.305167.8023.149.5232018192.446169.766208.568265.849301.340354.448354.448329.104361.552311.266273.501165.0553.198.0342019167.304182.536193.737253.953271.081355.147337.049332.680290.583252.852191.635187.5173.015.8042020184.008139.491202.698180.776332.318340.032343.570326.944307.017207.097262.497182.3513.008.799202154.02782.252125.287182.648281.971286.618316.983311.781185.672172.883131.92986.2232.227.274本方案投資215萬元，在環(huán)境效益上，空調(diào)總用電量同比下降34.6%，一年減少電量156.2萬kwh即減少192tce，在經(jīng)濟(jì)效益上，一年節(jié)省電費(fèi)118.71萬元。6.結(jié)語本文通過案例研究展示了中央空調(diào)高效機(jī)房的概念，并詳細(xì)討論了高效中央空調(diào)的綜合效率系數(shù)和運(yùn)行成本的計(jì)算?？梢钥闯?，中央空調(diào)高效機(jī)房在能源效率方面具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在政府倡導(dǎo)的最大碳排放和碳中和的市場(chǎng)需求下，中央空調(diào)高效機(jī)房可以作為一種有效的節(jié)能方案來推廣。參考文獻(xiàn)[1]李湖輝,唐艷明,王禮杰