高效制冷機房技術(shù)要點

一、高效機房的定義及行業(yè)標準定義：在滿足末端冷負荷需求的前提下，能綜合考慮負荷匹配度、系統(tǒng)用能合理性等各方面因素，運用恰當?shù)目刂品绞脚c人員管理制度，合理地控制系統(tǒng)中各設(shè)備及參數(shù)，以實現(xiàn)系統(tǒng)高能效運行的空調(diào)制冷機房。注：可見，高效制冷機房不僅在于設(shè)計的高效，科學合理的調(diào)控，恰當?shù)墓芾硪彩侵匾囊蛩?。二、行業(yè)標準：《高效制冷機房技術(shù)規(guī)程》T/CECS1012-2022《高效空調(diào)制冷機房評價標準》T/CECS1100-2022《空調(diào)冷源系統(tǒng)能效檢測標準》T/CECS549-20182019《區(qū)域供冷供熱系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》T/CECS666-20202020三、行業(yè)趨勢：在雙碳目標下，建筑逐漸實現(xiàn)電氣化是今后的用能趨勢，除了利用廢熱、余熱且技術(shù)經(jīng)濟合理可采用吸收式冷水機組以外，其余情況下的新建項目宜采用電動壓縮式冷水機組。四、高效機房的能效要求：《高效空調(diào)制冷機房評價標準》T/CECS1100-2022高效空調(diào)制冷機房劃分為一星級、二星級和三星級3個等級，其中三星級為最高等級。一星級制冷機房能效高于地區(qū)現(xiàn)有機房平均水平，二星級應為國內(nèi)制冷行業(yè)較高水平，三星級應為國內(nèi)外制冷行業(yè)的先在冷卻水供回總管之間設(shè)置溫度控制信號的旁通閥，當冷卻水溫度低于19℃時開啟旁通閥，至冷卻水回水溫度控制在19℃。2）冷卻水系統(tǒng)的阻力包括冷凝器阻力、管路沿程阻力、過濾器阻力、冷卻塔揚程及布水口余壓，方案階段即要考慮制冷機房盡量靠近冷卻塔布置，減小冷卻水管路長度降低沿程阻力，通風良好時，盡量選用橫流塔能減小冷卻塔揚程。3）冷卻水蒸發(fā)及飄散導致水中無機鹽濃度增加，加上空氣中灰塵沉積，會使冷卻塔換熱填料與冷水機組冷凝器上結(jié)垢，冷卻水與空氣接觸也會滋生藻類，均會影響換熱，進而降低冷卻塔與冷水機組冷凝器換熱效率。為確保冷卻水的水質(zhì)清潔，常需要有除垢、滅藻措施，常采用化學加藥、過濾和冷凝器小球在線清洗裝置。常見的冷卻水接管方式有冷卻塔、冷卻水泵與冷水機組一對一連接和集管連接兩種方式。一對一連接方式便于冷卻水的流量平衡，但不便于系統(tǒng)的自動切換和流量控制。集管連接方式便于冷卻塔和水泵的自動切換和流量控制，部分負荷時可降低冷卻塔風扇能耗，對于高效機房建議優(yōu)先采用集管連接方式。冷卻水系統(tǒng)的水處理方式有全程綜合水處理器、自動加藥裝置（阻垢及抑制生物）、電化學水處理器（軟化水）、冷凝器膠球在線清洗裝置、管刷在線清洗裝置等設(shè)備。設(shè)備性能要求1）冷水機組宜選用低阻力的蒸發(fā)器和冷凝器，雙回路設(shè)備的阻力不宜超過60kPa,有條件時宜采用單回程設(shè)備。2）板式換熱器的阻力不宜超過50kPa。3）冷卻塔選用壓損小、不宜堵塞的布水器，選用布水器與集水盤高差小的產(chǎn)品，風扇單位風量耗功率WO.030W/（m3.h）。4）選用低阻力過濾器，常見Y型過濾器阻力一般可達10~30kPa,宜選用阻力小于3KPa的籃式過濾器、直角式過濾器（可安裝在水泵入口，省去一個彎頭）或?qū)Я魇竭^濾器。5）采用低阻力止回閥，廠家愛你的蝶式止回閥阻力較大，一般為10^20kPa,宜選用阻力小于3KPa的靜音式止回閥，有條件時還可以采用一體式多功能閥替代。6）采用低阻力能量表，機械式阻力較大不宜選用，有限考慮使用電磁式或超聲波式。7）減少不必要的閥件實際設(shè)計中常在冷水機組入口和水泵入口一般均設(shè)置有過濾器，由于水泵和冷水機組之間距離較短，可以考慮取消其中一組過濾器，宜僅在水泵入口設(shè)置過濾器，同時保護水泵和冷水機組。盡量不適用靜態(tài)平衡閥，即使使用宜選用復合型平衡閥，比如動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥等，水力失衡較大的場合，靜態(tài)平衡閥和動態(tài)平衡閥可以同時采用，水力失調(diào)較小時，建議取消靜態(tài)平衡閥。8）選用高效水泵，并聯(lián)水泵宜選用水泵特性曲線較陡的水泵，且水泵再設(shè)計工況下狀態(tài)點宜選取高效區(qū)上方，部分負荷時水泵工況點會逐漸往下偏移，從而保證水泵在高效區(qū)運行。水泵采用全變頻技術(shù)，由于冷熱水流量相差一般比較大，冷熱水泵宜分開設(shè)置。進水平。冷源系統(tǒng)季節(jié)能效比的評價指標要求指標氣候分區(qū)能效等級冷源系統(tǒng)季節(jié)!旨效比三級（一星）二級（二星）一級（三星）嚴寒地區(qū)>4.2>4.6>53寒冷地區(qū)>4.2>4.6>5.3夏熱冬冷地區(qū)>4.6>5.1>5.5夏熱冬暖地區(qū)>4.7>5.2>5.5溫和地區(qū)>4.2>4.7>5.3計算公式:SEER.At：SEER…—冷源系統(tǒng)季"能效比:q:——冷源系統(tǒng)制冷季的總供冷址.小位為r瓦時（kw?h）:Z%一—冷源系統(tǒng)％用電設(shè)備供冷手累it消耗電辰?單位為「瓦時（kW-h）.冷水機組季節(jié)能耗比例的評價指標要求（冷水機組的制冷季能耗占機房總能耗的比例）指標星級評價指標要求一星級二星級三星級冷水機組季節(jié)能耗比例>70%>75%>78%五、高效機房標注各氣候分區(qū)的三級能效指標值為相應氣候分區(qū)的有效案例的平均值，該值與模擬計算結(jié)果及專家經(jīng)驗數(shù)值基本一致，高于國內(nèi)現(xiàn)行標準的相關(guān)能效系數(shù)要求，略低于部分國外標準，國外部分標準將能效比5.0作為高效空調(diào)制冷機房的機房能效評價要求。各氣候分區(qū)的二級能效指標為相應氣候分區(qū)的有效案例的前四分之一分位季節(jié)能效比，即約僅有25%的高效空調(diào)制冷機房會參與到二星級的評價，該評價指標值與模擬計算結(jié)果、專家經(jīng)驗數(shù)值、國外現(xiàn)行評價標準指標基本一致。各氣候分區(qū)的機房一級能效指標采用專家經(jīng)驗值，由于現(xiàn)有案例的能效指標最高值較高并且相應案例通常為新建機房，所在地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平較高，采用了能效水平極高的產(chǎn)品，若采用案例指標易導致可參評機房較為局限，因此不采用案例的能效值作為一級能效的評價指標值。六、實現(xiàn)高效機房的方法制冷機房各部分能耗占機房總能耗的比重：項目冷水機組.冷凍水泵冷卻水泵冷卻塔制冷機房能耗的占比（％）68-885-155-133-6冷卻塔應強化換熱，以減小冷卻水與空氣濕球溫度的溫差，以獲得更低的冷卻水溫度。加強換熱的決定性因素是冷卻塔的風量與換熱面積。各設(shè)備的選型控制要求:1、冷水機組1）適當選用變頻或磁懸浮冷水機組，冷水臺數(shù)機組大小科學匹配。通過合理的控制策略使機組高效區(qū)盡可能覆蓋全工況，冷凍水與冷卻水溫度合理設(shè)定。冷機設(shè)計容量應經(jīng)過科學的計算，避免主機總?cè)萘窟h大于實際使用容量造成冷機難以在高效區(qū)運行。2）根據(jù)全年負荷變化規(guī)律確定冷機的臺數(shù)和規(guī)格，合理利用變頻技術(shù)，滿足在項目不同總負荷工況條件下的持續(xù)高效運行，多臺冷水機組時可考慮變頻加變頻的組合或者全變頻。3）全面分析項目各業(yè)態(tài)分布，運營時間相差較大的業(yè)態(tài)，比如超市、影院建議單獨設(shè)置冷源或者冷機采用大小配（萬達廣場項目常會這樣做），因為影院、超市冷負荷往往在商業(yè)綜合體中的比重很小,若加到大系統(tǒng)中，極可能會造成冷機在極低的負荷率下運行，大大降低了機組的能效。最終的目標是系統(tǒng)總裝機容量能覆蓋建筑最大負荷，單臺機組容量能滿足建筑在最小負荷時的正常與高效運行。IE3-13年冷忸再分負兩前償不4）變頻機組的最佳效率區(qū)段是在40%?80%,最高效率點在55?60%,推薦采用部分負荷有限的加減機策略，同時配合冷凍水冷卻水泵變頻動作。定頻的最佳效率點在80%負荷左右，推薦采用滿載加減機的策略，盡量減少開機臺數(shù)，同時應考慮避免頻繁加減機的問題。5）設(shè)計工況下（即冷卻水的溫度在32℃的工況下）磁懸浮離心機、變頻離心機及定頻離心機的效率差別不大，當冷卻水溫度降低時，變頻機與磁懸浮離心機的C0P大大高于定頻機組。6）磁懸浮離心機在冷凍水溫度與冷卻水溫度差越小（壓縮比?。┑那闆r相下，其制冷效率越高，某些工況下可以超過30o適用于中溫冷水機組（不需要承擔除濕功能的數(shù)據(jù)中心或者溫濕度獨立控制的建筑會用到）。7）常用的大小機組搭配的方式，可以提高機組的負荷率，但對于提高機組的運行效率幫助不大，提高機組的負荷率，最主要的作用還是減少冷卻塔和冷卻水泵開啟臺數(shù)，可以節(jié)省冷卻塔和冷卻水泵的能耗。2、冷卻塔換熱面積適當放大，盡可能減小逼近度（回水溫度與室外濕球溫度差），獲得更低的冷卻水溫，冷卻塔各模塊之間保持流量平衡，布水器布水均勻，冷卻塔風機變頻運行。冷卻塔群實現(xiàn)智能群控，以尋求用最低的能耗獲得最低的逼近度。當系統(tǒng)部分負荷運行時，可采用冷卻塔開啟數(shù)量多于冷機運行數(shù)量的方式，通過變相加大冷卻塔換熱面積來降低冷水溫度，提高冷水機組的能效。冷卻塔水量二冷卻水流量*（1.2^1.5）o冷卻塔與周圍障礙物的距離不應小于一個塔高。能在冷卻水流量變化范圍內(nèi)確保噴頭布水均勻，保證在較低流量時的散熱表面積基本不變。冷卻塔風機變頻，冷卻塔風機能耗約占系統(tǒng)能耗的3%飛％。冷卻塔風機變頻運行的控制策略通常是采用目標水溫（冷卻塔出水溫度）與室外濕球溫度的差值（逼近度）作為風機變頻控制點。3、循環(huán)水泵管路設(shè)計盡可能降低系統(tǒng)阻力，采取合理的措施保證各環(huán)路水力平衡。冷凍水泵、冷卻水泵均采用綜合變頻控制技術(shù)，實現(xiàn)水泵低能耗運行。對于常年部分負荷運行時間長的大型項目，在水泵配置方面應考慮適配于系統(tǒng)低負荷及極地負荷帶來的大型輸配管網(wǎng)低流量工況。除水泵變頻外，還可以考慮二級泵單獨配置小流量低揚程的泵組，適配管網(wǎng)小流量運行。宜選用比轉(zhuǎn)數(shù)低、行能曲線較陡的單機離心泵。（比轉(zhuǎn)數(shù)低的離心泵運行相對平穩(wěn)，高校區(qū)范圍大，運行噪聲小。由于在一般項目中對水流量大都是選擇水系統(tǒng)壓差控制，如果水泵行能曲線比較陡，在同樣的流量變化時，壓差或水泵的揚程變化更大，更容易被壓差傳感器檢測到。駝峰型水泵當有兩臺及以上并聯(lián)運行時，可能會引起流量與揚程周期性變化，會引起共振導致噪聲大大增加和系統(tǒng)管路損壞。水泵并聯(lián)臺數(shù)不宜超過3臺，多臺并聯(lián)時，要考慮流量的衰減，一般附加5%?10%的裕量。大中型工程冷熱水的供回水溫差相差較大時（一般冷凍水為5℃,熱水為15℃）,流量相差也大，為保證循環(huán)泵一致處于高效區(qū)工作，應分別設(shè)置冷、熱水循環(huán)泵。變頻水泵在準確計算的基礎(chǔ)上，不再附加選型系數(shù)。選擇高效率的水泵，大部分的水泵效率可達80%以上。4、系統(tǒng)管路1）盡可能降低系統(tǒng)管路總阻力，優(yōu)化管路，減小最不利環(huán)路管線距離，對管道的比模阻合理取值，減小沿程阻力，選用低阻力的閥件等。2）冷水機組的蒸發(fā)器和冷凝器的壓降在系統(tǒng)總阻力的占比大，應通過與供應商的選型配合，盡可能選用低阻力的機組。3）閥門方面應優(yōu)化選型降低壓降，比如流線型設(shè)計的止回閥與常規(guī)止回閥相比，局部阻力大大降低，設(shè)備入口采用T性導流過濾器將水平管與豎直管道連接，作用相當于彎頭加過濾器，而且此過濾器的有效截面積大，其局部阻力系數(shù)比彎頭加過濾器的局部阻力系數(shù)小很多。如何降低制冷機房的管路阻力：制冷機房內(nèi)的管路特點是管線長度短，但是各類閥門管件多，總的局部阻力系統(tǒng)大，因此高效機房需要采取合適的措施降低局部阻力。可采用如下措施：1）合理布置管路，減小不必要的彎頭等局部阻力構(gòu)件。比如水泵與冷水機組就近布置，一一對應，直進直出連接。2）采用低阻力的閥門管件，比如用鈍角彎頭代替直角彎頭、銳角三通代替直角三通，加大彎頭的曲率半徑，采用曲率半徑為1.5倍以上的彎頭，采用順流三通等。采用大曲率半徑彎頭，局部阻力系數(shù)較標準彎頭可以減小30%以上。采用45°彎頭較標準90°彎頭可以減小50%以上。采用鈍角三通局部阻力系數(shù)約為直角三通的1/3O3）冷凍水采用大溫差小流量水系統(tǒng)，常規(guī)溫差為5℃,大溫差一般為6?8C。4）冷卻水采用大溫差設(shè)計，對于大型工程尤其是冷卻塔與制冷機房距離較遠時，如冷卻水采用5℃常規(guī)設(shè)計溫差，不利于節(jié)能，建議將冷卻水溫差提高到5.5℃。5）空調(diào)水系統(tǒng)比摩阻宜控制在100?300Pa/m,房間內(nèi)空調(diào)末端最大流速不應超過1.5m/s,干管最大流速不應超過2.4m/so冷凍水管路系統(tǒng)設(shè)計：1）合理選擇二級泵系統(tǒng)，當系統(tǒng)各分支環(huán)路流量及阻力相差很大時,分環(huán)路設(shè)置二級泵所需要的水泵功率比集中設(shè)置的二級泵的小，二級泵系統(tǒng)常應用于大型工程。2）冷水機組與水泵的連接方式有水泵集管連接和水泵與機組一一對應連接兩種。集管連接方式用于冷水機組規(guī)格一致的場合，其優(yōu)點是當水泵發(fā)生故障時能自動快速啟動備用水泵，并且水泵啟動過程中不需要關(guān)閉冷水機組，因此適用于對供冷可靠性要求比較高的建筑。水泵與機組一一對應的連接方式常用語冷水機組臺數(shù)較多或者機組大小機搭配的場合，當水泵為立式離心水泵時，水泵與冷水機組之間的管道可以非常短，因而可以可減少水泵與機組之間的手動管斷閥、冷水機組出口電動關(guān)斷閥以及冷水機組入口過濾器，可降低約3m的阻力。一一對應連接方式有兩大缺點：一是備用泵需人工手動啟動，并且發(fā)生故障的水泵對應的冷水機組需重新啟動。二是水泵變速運行的控制較復雜。因此高效機房優(yōu)先考慮集管連接的方式。高效機房設(shè)計選型時，盡量選用相同容量的機組，水泵與機組的連接采用集管連接方式，冷水機組配置電動關(guān)斷閥，冷水機組和水泵的臺數(shù)可不一一對應，控制也可以分開。旁通管（閥）設(shè)計流量按各太冷水機組允許的最小流量中的最大值確定。盡量選擇蒸發(fā)器許可流量變化范圍大、最小流量低的冷水機組，如離心機30%?130%,螺桿機40%?