中央空调高效机房方案选型设计策略研究

中央空调高效机房方案选型设计策略研究摘要：本文介绍了全变频超高效集成式冷冻机房在某工厂中央空调冷却过程中的高效机房水系统的应用，并详细讨论了高效机房方案的设计思路，为高效机房设计提供技术参考。关键词：高效机房；中央空调；自然冷却；变频技术1.导言高能效机房将中央空调的机房设备，包括冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、管道阀门、控制系统等设备进行系统性、智能性、集成性的深入优化设计，确保整个制冷站运行起来后整体效率始终达到最高区间的一个完整的解决方案，它是集成在暖通空调和自控创新经验的基础上，经过不断整合与深入挖掘而开发出的针对客户提高制冷站整体性能和降低运行费用需求的一种有效工具。在高效机房中，要求首先要求设备本身的能效水平比较高，主机、水泵以及冷却塔应采用高效型（主机采用变频机组，水泵的电机选用高效电机，冷却塔通过CTI认证）。同时，系统的控制也是非常重要，传感器应选用精度较高，能够满足安装环境的仪器，控制策略要能够保证整个系统长期处于高效率区运行。同时，为了达到较高的机房效率，必须尽量减少水系统的阻力（包括局部阻力和沿程阻力），不同使用特性要求的管路分开等。减少局部阻力的办法一般是减少弯头等局部阻力；减少沿程阻力的方法一般是尽量减少管路长度，保证从主机到水泵等的管路最短。高效智能机房通过智能控制技术实现了无人值守自动运行且操控简单，同时实时监测显示机房实时的综合能效比，并实时反馈到各终端（电脑、手机等），后期维护方便，可大幅度降低系统运行费用和维护难度。高效智能机房系统不是简单的设备供货，它的价值更多体现在设备优化选型、系统优化设计、暖通空调设备与机房控制系统整合、设备安装与工程管理、全系统整体调试的综合特性。以华北地区的中央空调为例，分别通过三种方式来组合运用来达到系统高效运行，分别是自然冷却技术、变频冷水机技术和水系统的变流技术。自然冷却技术利用冬季的低环境温度，将冷却塔的冷却水直接送入板式换热器，通过板式换热器交换冷水，而不需要运行主冷却器；变频冷水机技术通常被作为一种成熟的节能技术使用[1]。一方面，冷却变频技术在降低冷却水温度时可以有效降低冷却变频电机的能耗，另一方面，当冷却负荷降低时，电机的负荷也会自动调整，这也可以有效降低电机的能耗。水系统的变流技术可以根据实际负荷需求调整冷水泵的频率，满足冷水流量的实际需求，按需进行分配，可以有效降低水泵的能耗。2.工程概况公司生产区域使用的螺杆机中央空调已使用21年，能耗较高。现为实现节能减排，在B3厂房改造了一台磁悬浮中央空调。新机组基本能满足B2~B4连通所需冷量，另外2台原空调主机备用，同时可直接淘汰1台134KW空调主机电机。18年8月1日安装完成后进行开机运行。3.系统实际3.1系统描述该项目选择全变频超高效集成式冷冻机房（图1），这与传统的工程概念背道而驰，向设计师和用户展示了一个高效的产品。为了实现最佳的性能、最小的占地面积、最经济的投资、统一的责任制以及可记录和可量化的能源消耗，该项目对系统的设计、设备选型、设备使用、有效控制系统以及数据可测量性和可验证性都给予了充分的考虑。一个高效的综合制冷站必须有一个先进的系统结构，与实际负荷的特点相匹配，这是系统是否高效的基础。如果没有实现这一步，高效机房就是一个空话。该项目根据建筑和负荷需求的特点，采用了完全基于变频器的系统，即高效变频冷水机、变频冷冻水泵、变频冷却水泵和变频冷却塔[2]。冷水侧的系统结构是一级变流量系统或一级变流量/二级变流量系统（一些大型系统）的形式。图1

某工厂预制的超高效集成式冷冻机房高校机房在管道设计中，采用立式软管泵、进口分流器和出口多用阀，在三维设计中精简和优化管道，节省管道长度和系统附件，节省空间，减少系统阻力损失，降低泵扬程，减少泵的功率。3.2设备的使用有了性能良好的设备，如何使用它才能发挥设备的真正性能，从而为节能系统发挥其特点。例如，如果我们把一台高效的离心机在部分负荷下不使用，而在全负荷下使用，很明显，设备没有得到很好的使用。此项目的方法是使每台设备尽可能有效地工作，从而使整个系统尽可能的高效。（1）一个高效和稳定的控制系统了解设备和整个控制系统的特性是优化制冷站性能的关键，系统应将机房的设备配置和控制策略与机房的设计、负荷特性和设备性能联系起来，是获得整套系统的最佳可靠性和高效率的核心所在。空调系统是一个动态变化的系统，设备之间相互关联，因此仅靠传统的人工控制，即使是经验丰富的专业人员，也无法保证制冷站系统中所有设备的协调和高效运行。有必要依靠一个智能控制系统，根据负荷需求实时主动调整制冷站的所有设备，使整个冷冻站高效运行。高效机房的制冷站自动控制系统是关键指标之一，是综合制冷站的神经系统和大脑。它结合了先进的传感技术、电子技术、通信技术、网络技术和控制技术，实现了整个综合制冷站的自动化运行，保持整个系统处于最佳运行状态。（2）数据可以被测量和验证在上述步骤得到持续实施后，另一个重要的指标是系统中的所有参数必须是可实时测量的。控制系统必须知道系统中设备的运行状态，以便能够主动调整系统中运行的设备，从而优化整个系统。控制系统的计算结果也应通过数据分析进行验证。此项目高效制冷站的自动控制系统，它能收集所需的系统参数并实时显示整个系统的运行状态和能源消耗。4.初投资分析根据具体选型结果对设备初投资进行概算，具体如表1所示。表1出投资概算表设备序号设备选型数量单位报价/万元1制冷机组3台195.02冷水循环水泵3台7.53冷却水循环水泵3台9.04二次泵2台8.05板式换热器1台10.06冷却塔2座18.07水箱1台10.08自控系统1套30.0合计总投资--287.5注：报价仅供参考，具体设计另行核算。5.经济运行费用分析在计算高效机房系统的年度运行成本时，基于2017-2021年的月度负荷和用电量的计算更接近于系统的实际运行。因此，确定月平均冷却水供应温度和月平均负荷是最重要的。结合自然冷却和冷却塔方案，进口冷却水温度为6.5°C，进口冷却水温度基于当地月平均温湿度和主机运行范围，以及客户和机组提供的冷却水温度下的平均负荷，以及选定的设备制造商提供的冷却塔和泵在不同运行条件下的总输入功率，年度运行成本见表2。表22017-2020年冷水机用电统计表（万元）年月123456789101112合计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本方案投资215万元，在环境效益上，空调总用电量同比下降34.6%，一年减少电量156.2万kwh即减少192tce，在经济效益上，一年节省电费118.71万元。6.结语本文通过案例研究展示了中央空调高效机房的概念，并详细讨论了高效中央空调的综合效率系数和运行成本的计算。可以看出，中央空调高效机房在能源效率方面具有很高的经济价值。在政府倡导的最大碳排放和碳中和的市场需求下，中央空调高效机房可以作为一种有效的节能方案来推广。参考文献[1]李湖辉,唐艳明,王礼杰