Armstrong超高效集成式冷凍機房.docx

Armstrong超高效集成式冷凍機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，價格便宜的年代被廣泛使用，但隨著能源價格的上漲和對能源依賴性的增加，設計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，并且作為一種標準形式在教科書(HVAC Textbook, McQuiston et al. 2000)里和設計手冊（ASHRAE 2000）里介紹。相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。例如，初投資增加，需要更大的機房面積，對于一些機房面積小的改造項目無法采用。還有在負荷很小的時候，由于有兩套水泵在運行，經(jīng)濟性也很難保證。由于設計、使用、維護和一些控制方面的問題，很多實際在使用的項目出現(xiàn)所謂的“小溫差綜合癥”，造成能源的浪費。溫差越小，整個系統(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%的能耗在運行，不幸的是，針對這種形式的系統(tǒng)，沒有好的方法去解決它。有些人（Kirsner 1996, Avery 2001）認為對于這種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，這是不可避免的，應該允許它的發(fā)生。從換熱的角度看，冷水機組蒸發(fā)側(cè)和冷凝器側(cè)允許在一定的范圍內(nèi)變水流量運行，但是傳統(tǒng)的認識認為，冷水機組的蒸發(fā)器或/和冷凝器應該保持定流量，隨著冷水機組的控制技術(shù)的提高，直到上個世紀90年代中期，冷水機組制造商才正式出版資料允許冷水機組變流量運行。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)負荷的需求實時調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的各設備的運行，讓整個系統(tǒng)運行的更加有效。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)的好處和應用問題1。 圣地亞哥能源辦公室的Ben Erpelding耗費6年時間，調(diào)查了300多個冷凍站，得出的結(jié)論是全變頻冷凍站是當前最節(jié)能的一種系統(tǒng)（圖1） 2圖1 冷凍機房效率圖2 Armstrong超高效集成式冷凍機房介紹Armstrong全變頻超高效集成式冷凍機房（圖2）打破傳統(tǒng)的工程概念，作為一款高效產(chǎn)品展現(xiàn)在設計師和用戶面前。為了實現(xiàn)整個冷凍站的效率最佳，占地面積最小，投資最經(jīng)濟，責任單一，能耗可記錄可量化等目標，Armstrong充分考慮了系統(tǒng)的形式、系統(tǒng)中設備的選型、設備的使用、高效穩(wěn)定的控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的可測量可驗證性。圖2：Armstrong工廠預制的超高效集成式冷凍機房2.1 系統(tǒng)的形式一個好的集成冷凍站必須有一個先進的符合負荷特性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，這是一個系統(tǒng)能否實現(xiàn)最優(yōu)化的基礎，如果這一步不能實現(xiàn)，系統(tǒng)的最優(yōu)化只是一句空話。Armstrong根據(jù)建筑特點和負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（對于一些大型系統(tǒng)）。在管路設計上，Armstrong通過對立式管道泵、入口導流器和出口多功能閥的應用，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，減少水泵的揚程。2.2 系統(tǒng)中設備的選型在一個好的系統(tǒng)框架下，我們需要符合系統(tǒng)特性的設備，由于空調(diào)系統(tǒng)中的設備選型是根據(jù)建筑物設計負荷進行的，而絕大多數(shù)空調(diào)系統(tǒng)實際上很少運行在設計工況下（圖3），所以Armstrong在設備選型時，更注重部分負荷的效率。例如，在Armstrong中央集成式冷凍機房中，我們選擇設備的依據(jù)并不是設計點效率的最佳, 而是在實際空調(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、物力和財力來研發(fā)推廣變頻機組，就是因為變頻機組的性能更符合實際的空調(diào)的使用，即空調(diào)絕大部分時間都是運行在部分負荷下，所以選擇部分負荷效率高的機組更節(jié)能（圖5）。同樣對于水泵的選型，我們也是去選擇那些部分負荷下的效率高的泵型。圖3世界典型城市的空調(diào)負荷統(tǒng)計數(shù)據(jù)圖4-1 空調(diào)系統(tǒng)使用負荷率的統(tǒng)計圖4-2 Armstrong DE智能變頻泵性能特性 （以部分負荷效率高為選型優(yōu)先依據(jù)）600冷噸機組的效率(kw/ton)變頻冷水機組磁懸浮冷水機組高效區(qū)域圖5 600冷噸 變頻冷水機組和磁懸浮冷水機組的性能特性變頻機組和定頻機組的效率曲線 （更注重部分負荷效率高）2.3 設備的使用有了性能良好的設備，怎么去使用，是否能發(fā)揮設備真正的性能，讓它為系統(tǒng)節(jié)能發(fā)揮其本身的特性。例如，選了一臺部分負荷效率很高的高效離心機，讓其運行在滿負荷工況下，顯然是沒有很好的使用這個設備。Armstrong的方法就是讓每個設備盡量運行在效率最佳點，從而使整個系統(tǒng)的效率達到最優(yōu)。2.4 高效穩(wěn)定的控制系統(tǒng)要想實現(xiàn)第三步的優(yōu)化冷凍站的性能，了解設備和機房控制的特點是關(guān)鍵。在系統(tǒng)中，機房中的設備配置和控制策略要與其設計、負荷特性和設備運行結(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)是一個動態(tài)變化的系統(tǒng)，各設備之間相互關(guān)聯(lián)，傳統(tǒng)的僅依靠人工操作，即使這個人是非常有經(jīng)驗的專家,也無法讓冷凍機房的所有設備協(xié)調(diào)高效的工作。必須依靠智能控制系統(tǒng)，根據(jù)負荷的需求，主動實時的去調(diào)節(jié)冷凍站的所有設備，讓整個冷凍站實現(xiàn)高效運行。Armstrong超高效冷凍機房自動控制系統(tǒng)IPC11550（圖6），是Armstrong集成冷凍站的神經(jīng)系統(tǒng)和大腦，它結(jié)合了先進的傳感技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)和控制技術(shù)，實現(xiàn)了整個集成冷凍站的全自動運行，并且讓整個系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)。圖6 Armstrong IPC 11550超高效冷凍機房自動控制系統(tǒng)2.5 數(shù)據(jù)可測量、可驗證在以上步驟都得到嚴格執(zhí)行后，另一個重要的指標是，系統(tǒng)里所有的實時參數(shù)必須能可測量，控制系統(tǒng)需要知道系統(tǒng)中各設備的運行狀態(tài)，以便系統(tǒng)可以主動地去調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的各運行設備，從而使整個系統(tǒng)達到最優(yōu)化。同時最終通過控制系統(tǒng)計算出來的結(jié)果，可以通過數(shù)據(jù)分析來驗證。Armstrong的IPC11550超高效冷凍機房自動控制系統(tǒng)，可以采集系統(tǒng)中所需的參數(shù)，并實時顯示出系統(tǒng)中的設備運行狀態(tài)（圖7）和整個系統(tǒng)的能耗情況（圖8）。圖7 系統(tǒng)設備運行狀態(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房的優(yōu)勢3Armstrong超高效集成式冷凍機房是革命性的高效產(chǎn)品，它采用了最為先進的一次變流量全變頻系統(tǒng)形式，由Armstrong根據(jù)項目特點進行3D設計及優(yōu)化，并在工廠分段預制，然后運至現(xiàn)場快速安裝調(diào)試，交予客戶使用，相比于現(xiàn)在傳統(tǒng)的冷凍機房形式，它有諸多優(yōu)點。序號Armstrong集成式冷凍機房優(yōu)勢說明1初投資經(jīng)濟低于傳統(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)工廠預裝，分段運輸，現(xiàn)場 2周完成拼裝 3節(jié)約占地面積和空間 結(jié)構(gòu)緊湊，相比于傳統(tǒng)冷凍機房可節(jié)省面積5060%，相比于冰蓄冷系統(tǒng)冷凍機房可節(jié)省面積70%以上。4項目風險最小化，責任單一 廠家設計，工廠預制，整個冷凍機房由一個廠商作為產(chǎn)品提供5整個冷凍機房的效率高 最高可達年平均能耗 0.58kW/冷噸 （COP6.0）,節(jié)能3060%6維護成本低 全自動運行，變頻磨損少，維護成本較傳統(tǒng)冷凍機房低 50% 7控制系統(tǒng)高效穩(wěn)定 最佳性能的 Hartman Loop 控制系統(tǒng)，設備運行穩(wěn)定8舒適性更高 全變頻冷凍機房，世界一流的性能 9對電網(wǎng)幾乎無沖擊由于是全變頻系統(tǒng)，實現(xiàn)了真正的軟啟動10噪音小不同于傳統(tǒng)的控制方法讓少數(shù)設備以較高速度運行，Armstrong超高效集成式冷凍機房可減少設備磨損、噪音和振動11設備使用壽命延長 由于以較低速度運行，而且減少了設備的起/停循環(huán)，設備壽命得以延長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)定的運行。除定期更換機械密封外，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)的先進性。到2013年，上海大劇院進行節(jié)能改造，目標是在節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域成為上海地標性建筑，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超高效冷凍機房自動控制系統(tǒng)以及3臺變頻離心機組，在機房總體能效上實現(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標志性的項目是位于香港英皇道1063號的房屋總署辦公樓項目，該項目也是節(jié)能改造。在該項目中，艾蒙斯特朗提供了系統(tǒng)解決方案，即在3臺制冷機上應用了磁懸浮技術(shù)，水泵采用DE智能變頻泵并且采用了IPC超高效冷凍機房自動控制系統(tǒng)。這個項目已經(jīng)于2013年夏天調(diào)試完畢，過去一年該系統(tǒng)的整個機房實測能效COP數(shù)值達到了7.0以上。在節(jié)能要求較為嚴格的香港，艾蒙斯特朗不僅中標該項目，更在香港地區(qū)冷凍機房能效COP上樹立了新的標桿，得到了用戶和行業(yè)的一致好評。5 結(jié)論從理論上