制冷機(jī)房系統(tǒng)耗能在公共建筑耗能中的占比較大。 因此，建設(shè)高效綠色節(jié)能機(jī)房，降低空調(diào)制冷機(jī)房的 系統(tǒng)能耗成為當(dāng)前行業(yè)在“雙碳 ”目標(biāo)下面 臨的重要任務(wù)。    

1、高效制冷機(jī)房發(fā)展

現(xiàn)代大型公共建筑的空調(diào)系統(tǒng)能耗占建筑整體能耗的40%~55%?？照{(diào)系統(tǒng)的能耗中，冷水機(jī)房設(shè)備（包括冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔）能耗約占設(shè)備總能耗的65%~75%。因此，降低暖通能耗、最大化地節(jié)省制冷機(jī)房能耗對達(dá)成節(jié)能減排目標(biāo)具有重要意義。

1.1　綜合能效指標(biāo)定義       

制冷機(jī)房系統(tǒng)能效是評價機(jī)房的最核心指標(biāo)，是制冷機(jī)房系統(tǒng)總制冷量和總用電量的比值。制冷機(jī)房系統(tǒng) 能效比(EER)是設(shè)計或指定工況下，制冷機(jī)房系統(tǒng)制冷與設(shè)備總功率的瞬時比值，設(shè)備包括冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔。制冷機(jī)房系統(tǒng)綜合能效比(EERa )是實際運行工況下，制冷機(jī)房系統(tǒng)全年累計制冷量與設(shè)備全年累計用電量的比值。從綜合指標(biāo)定義角度分析，總制冷量不變的前提下，制冷機(jī)房總耗電量越小，系統(tǒng)能效越高。因此，高效制冷機(jī)房節(jié)能的關(guān)鍵是降低主機(jī)、水泵、冷卻塔的耗電量。

1.2　國外高效制冷機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)       

美國ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)對制冷機(jī)房能效分級如圖2所示。

EER大于5.0(0.7 kW/RT)的房間為高效制冷機(jī)房，EER小于3.5(1.0 kW/RT)為需要改造的機(jī)房。在新加坡以立法形式規(guī)定高效制冷機(jī)房能效，具體制冷機(jī)房能效指標(biāo)與分級如表1所示。

1.3　我國高效制冷機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)        

近年來在國內(nèi)暖通空調(diào)市場上，隨著廣東地區(qū)前期幾個高效機(jī)房呈現(xiàn)優(yōu)秀的節(jié)能效果，高效機(jī)房的概念和做法被越來越多的業(yè)內(nèi)專業(yè)人士和業(yè)主認(rèn)可，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。2018年4月1日，廣東省出臺了我國首部關(guān)于高效制 冷機(jī)房規(guī)范能效指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范《集中空調(diào)制冷機(jī)房系統(tǒng)能效監(jiān)測及評價標(biāo)準(zhǔn)》(DBJ/T 15-129—2017)。廣東省高效制冷機(jī)房指標(biāo)與分級如表2所示。

    2、高效制冷機(jī)房設(shè)計案例分析

上海地區(qū)某能源站服務(wù)建筑面積約50萬m2，功能為商業(yè)辦公建筑群。制冷機(jī)房原設(shè)計方案為4臺1950RT定頻離心機(jī)，冷凍側(cè)供回水溫度5.5 ℃、12.5 ℃，冷卻側(cè)供回水溫度32 ℃、37 ℃。高效制冷機(jī)房優(yōu)化方案為3臺2600RT變頻離心機(jī)組，冷凍側(cè)供回水溫度5.5 ℃、 12.5 ℃，冷卻側(cè)供回水溫度32 ℃、37 ℃，總冷量保持不變。

2.1　優(yōu)化設(shè)計技術(shù)路線       

根據(jù)制冷機(jī)房綜合能效比定義歸納設(shè)計高效制冷機(jī) 房的技術(shù)策略如下：

（1）選用COP高的制冷機(jī)組，或提升冷水機(jī)組運行效率，如降低冷卻水溫度，提高冷凍出水溫度等；

（2）減少冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔等功率，其在設(shè)備總功率中占比越小越好，如可以通過優(yōu)化調(diào)整冷凍水系統(tǒng)的流量和揚程，減少冷凍泵的消耗，充分利用冷卻塔填料成膜面積，適時降低風(fēng)機(jī)的功率等。

本項目案例處于設(shè)計階段，在提出高效機(jī)房設(shè)計建 設(shè)目標(biāo)后，制冷機(jī)房原設(shè)計方案的優(yōu)化策略以選用高性 能COP的冷水機(jī)組、優(yōu)化運行控制策略為主，同時兼顧減少冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔等功率的策略為輔。

2.2　不同方案主機(jī)性能參數(shù)對比       

首先針對兩個方案中的制冷機(jī)組性能進(jìn)行對比分析，1950RT定頻離心機(jī)和2600RT變頻離心機(jī)性能曲線如圖3 所示。定頻離心機(jī)組越接近滿負(fù)荷，運行越高效；低冷卻水溫時（低于18 ℃），部分負(fù)荷效率有所提升。變頻離心機(jī)組部分負(fù)荷時，效率較高；冷卻水溫越低，部分 負(fù)荷效率越高。進(jìn)一步分析，定頻離心機(jī)組在夏季高負(fù)荷期間運行效率高，而變頻離心機(jī)組全年運行效率最高。

1950RT定頻離心機(jī)和2600RT變頻離心機(jī)不同工況下COP柱狀圖如圖4所示。

縱軸為主機(jī)COP，橫軸為冷卻水進(jìn)水溫度，最長橫線代表COP=6.0分界線。冷卻水進(jìn)水溫度不大于26 ℃ 時，變頻機(jī)組COP遠(yuǎn)超定頻離心機(jī)，最高可達(dá)11.09；變頻離心機(jī)對末端負(fù)荷變化、冷卻水溫度變化的適應(yīng)性更強(qiáng)。綜合以上分析，單獨分析主機(jī)比選結(jié)果時，2600RT 變頻離心機(jī)性能曲線明顯優(yōu)于1950RT定頻離心機(jī)，部分負(fù)荷時COP更高，高效區(qū)間范圍更廣。

2.3　不同方案全年制冷機(jī)房系統(tǒng)能效模擬  

根據(jù)項目具體設(shè)計信息及圖紙資料，采用專業(yè)制冷機(jī)房仿真模擬軟件對全年空調(diào)負(fù)荷模擬和冷凍機(jī)房全年能耗進(jìn)行模擬。相關(guān)能效模擬的步驟及策略設(shè)置如下：

（1）根據(jù)項目實際情況選擇合適的建模類型。

（2）導(dǎo)入上海8760 h氣候參數(shù)及設(shè)計總冷量，建立原設(shè)計方案（4臺1950RT定頻離心機(jī)）和優(yōu)化方案（3臺2600RT變頻離心機(jī)）兩個模型。

（3）主要針對冷水機(jī)房內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行建模（包括冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵以及冷卻塔）。需要在軟件中建立兩個模型，原設(shè)計參數(shù)下的制冷機(jī)房模型和高效制冷機(jī)房模型。在軟件中輸入不同方案相關(guān)設(shè)備的額定 參數(shù)以及部分負(fù)荷下的參數(shù)。

（4）在軟件上為設(shè)備建模，輸入設(shè)備相關(guān)參數(shù)及性 能曲線。

（5）針對高效制冷機(jī)房優(yōu)化控制策略。負(fù)荷預(yù)測和制冷模式調(diào)控方面：高效節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測到的氣象條件、歷史運行數(shù)據(jù)庫預(yù)測全天 的負(fù)荷變化，結(jié)合電價時段、負(fù)荷側(cè)回水溫度、旁通流量等數(shù)據(jù)，制定主機(jī)逐時負(fù)荷分配情況，通過設(shè)置優(yōu)先 加減載等方法，控制各設(shè)備的啟停，以達(dá)到最大限度節(jié)約電費的目的。

冷水機(jī)組優(yōu)化控制方面：    

控制系統(tǒng)跟蹤冷水機(jī)組的效率曲線（蒸發(fā)器出水溫度LEWT、冷凝器進(jìn)水溫度 ECWT、冷機(jī)負(fù)荷率PLR、蒸發(fā)器和冷凝器的流量等參 數(shù)對冷機(jī)能效的影響曲線），在滿足系統(tǒng)供冷量需求、冷凍水溫度要求和冷凍機(jī)房系統(tǒng)整體能效最優(yōu)的前提下，給出最佳的冷機(jī)運行臺數(shù)和冷凍水出水溫度，動態(tài)調(diào)整冷機(jī)運行組合和冷凍水出水溫度以及冷卻水溫度，實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化運行。

水泵優(yōu)化控制方面：    

控制系統(tǒng)跟蹤水泵的效率曲線 （流量、揚程、頻率等參數(shù)對水泵能效的影響曲線），在滿足系統(tǒng)冷機(jī)流量、末端流量需求、系統(tǒng)供回水壓差要求和冷凍機(jī)房系統(tǒng)整體能效最優(yōu)的前提下，給出最佳的水泵運行臺數(shù)和控制溫差，動態(tài)調(diào)整水泵運行組合和運行頻率，通過水泵臺數(shù)、效率、頻率等的綜合管控，實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化運行。

冷卻塔優(yōu)化控制方面：    

控制系統(tǒng)跟蹤冷卻塔的排熱量曲線（水量、風(fēng)量、室外濕球溫度、逼近度、進(jìn)出水溫差等參數(shù)對冷卻塔排熱量的影響曲線），在滿足系統(tǒng)冷機(jī)排熱量、冷凝器進(jìn)水溫度要求和冷凍機(jī)房系統(tǒng)整體能效最優(yōu)的前提下，給出最佳的冷卻水出水溫度，動態(tài)控制冷卻塔的運行臺數(shù)和運行頻率，并充分利用冷卻塔和換熱填料面積，增加冷卻塔運行臺數(shù)并降低風(fēng)機(jī)運行頻率和功率，實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化運行。

2.4　制冷機(jī)房能效模擬結(jié)果對比       

2600RT變頻、1950RT定頻離心機(jī)制冷機(jī)房系統(tǒng)能效分析如表3、表4所示。

2.5　能效及運行成本分析       

不同方案的制冷機(jī)房系統(tǒng)能效及運行成本分析如表5 所示。

根據(jù)以上模擬結(jié)果對比分析，   從設(shè)備初投資角度計算，3臺2600RT變頻離心機(jī)價格與4臺1950RT定頻離心機(jī)相比，價格便宜約50萬元。   但從后期運行能效、運行成本分析，3臺2600RT變頻離心機(jī)節(jié)能效果更顯著，年節(jié)約費用74.19萬元，全年節(jié)約標(biāo)煤258 t。   因此，高效制冷機(jī)房技術(shù)可以為建筑實現(xiàn)

約50%總冷負(fù)荷區(qū)間的時間較長，設(shè)計工況運行時間不超過2%；變頻離心機(jī)在部分負(fù)荷下能效遠(yuǎn)超定頻離心機(jī)，在此負(fù)載率下，采用變頻機(jī)組更能節(jié)省后期運行成本，助力建筑節(jié)能，降低建筑運營商的后期運營成本。

本文標(biāo)題：高效制冷機(jī)房優(yōu)化設(shè)計

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