信合万达广场项目高效机房系统设计及运行数据分析_王彦禹.pdf

59INSTALLATION2023.5Technology Exchange 技 术 交 流王彦禹 郑丽军 朱洁 李美霜 程恋惠（浙江中天智汇安装工程有限公司 杭州 310015）摘 要：本文以河南信阳信合万达广场制冷机房项目为例，从制冷机房系统设计、设备选型、实际运行数据分析等方面做了详细的阐述，并通过项目自有智慧运维平台对数据进行采集及处理，最终得出2021年该项目制冷季制冷机房全年累计能效值（EER）为5.53。关键词：商业综合体 高效机房 制冷 能效中图分类号：TU241.4文献标识码：B文章编号：1002-3607（2023）05-0059-04信合万达广场项目高效机房系统设计及运行数据分析权威机构调研结果表明，中国制冷机房平均综合能效（SCOP）均值仅为3.6，美国制冷机房平均综合能效（SCOP）均值仅为4.0，全球建筑制冷机房能效仍处于较低水平。究其原因，多数项目还是沿用传统项目实施模式，各单位只对自己合同范围内内容负责，没有真正意义上实现设计施工运维的一体化，没有单一的责任主体对制冷机房能效结果负责。通常设计院交付的图纸只保证图纸的合规性，设备选型存在较多不合理的因素。随着双碳政策的出台，国家将会对建筑能耗的碳指标进行定量和考核，而空调系统制冷能耗在建筑能耗中占比较大，因此高效机房系统实施势在必行。1 工程概况信阳信合万达广场项目，总占地约28.4万m2，总建筑面积约100万m2，其中商业部分约70万m2，住宅部分2 系统设计及设备选型2.1 系统设计该项目供冷系统形式为水冷中央空调集中供冷，冷源采用4台制冷量7034kW高效离心式冷水机组（3台定频，1台变频）、4台冷却水泵、4台冷冻水泵，循环水泵采用立式单吸泵，均采用变频控制，布置于地下二层制冷机房，8台冷却塔设置在B-1#楼屋面，冷源系统流程见图1。冷冻水系统采用一次泵双变流量设计，输配系统管路无平衡阀，竖向主管道采用异程式设计，水平支路采用同程式设计。末端形式一部分区域为风机盘管加新风，另一部分为柜式空调。2.2 冷水机组选型本项目采用3台2000RT定频离心冷水机组和1台2000RT变频离心冷水机组，蒸发器侧进出水温度 7/12，冷凝器侧进出水温度32/37。定频冷水图1 冷源系统流程图约30万m2。商业部分B-1#楼为一类高层公共建筑，地上六层，地下二层，建筑面积约29.3万m2，其中，地上建筑面积约13.1万m2，地下建筑面积约 16.2万m2，供冷建筑面积约18万m2。该项目供冷系统形式为中央空调集中供冷，夏季空调计算总冷负荷为28,162kW，制冷机房位于地下二层，主机、循环水泵、控制柜等均放置在制冷机房内，冷却塔设置在B-1#楼屋面。冷却塔接膨胀水箱冷冻水供水冷冻水回水冷冻水泵冷水机组冷却水泵ANZHUANG2023年第5期60技 术 交 流 Technology Exchange机组国标工况 COP=6.54，启动电流与额定电流比小于4；变频冷水机组国标工况IPLV=8.22，高压变频在标准恒定冷却水32进水水温工况下，机组冷量调节范围10%100%。主机自适应运行，保证回水温度的稳定，并在高效区运行。2.3 水泵选型2.3.1 水泵选型要点结合多个项目的施工及运维经验，高效机房系统水泵选型应大致遵循以下几点：（1）在安装条件允许的前提下，尽量安装立式管道泵。（2）进水泵前的总管道上安装反冲洗式低阻力过滤器，水泵前的Y型过滤器建议取消，或系统运行稳定后拆除过滤网。（3）水泵并联安装采用联合变频的控制模式，电机运行频率控制在2540Hz，应选择高效率水泵，其效率不低于80%。变频柜要求强、弱电一体柜，独立成控制体系，本地显示。2.3.2 实际项目选型该项目冷冻水泵选用4 台单吸式管道离心泵，4台水泵互为备用，流量1400m3/h，扬程40m，功率200kW，在设计流量和扬程工况下水泵效率80%；4台冷却水泵互为备用，流量1660m3/h，扬程28m，功率160kW，在设计流量和扬程工况下水泵效率80%。为减小冷却水泵扬程，系统设计时将冷却水主管管径从DN800调整成 DN900，取消了冷却塔进水管上的手动蝶阀，同时水泵进出口管路采用45弯头及顺水三通，大大降低了管路的沿程阻力和局部阻力损失。制冷机房内循环水泵及接管见图2。设计规范，取信阳的室外设计湿球温度为28，冷却水幅 差4，则冷却水进出水设计温度取37/32。冷却水温度的高低与冷却塔的换热效率直接相关，影响冷却塔换热效率的因素包括以下几点：（1）冷却塔周边应无遮挡物，气流组织通畅，宜布置在建筑物屋顶或周边空旷区域（见图3）。图2 循环水泵及接管现场图图3 冷却塔现场照片（2）确保冷却塔填料面积配置充足，冷却塔进场前建议按照机组标定参数信息核定填料面积，避免因为厂家虚标导致冷却塔填料面积不足，进而影响换热效率1。（3）多台冷却塔之间流量均匀分配，系统设计时取消冷却塔进水电动阀，加装塔间均水器，利用U型连通管原理保证在30%70%部分流量工况时塔间均匀分配。（4）冷却塔蓄水盘内加装电磁捕垢仪，通过电化学原理置换吸附水中的钙镁离子对冷却水进行净化处理，并定期清理捕垢仪滤网上的结晶物，避免冷凝器因壁面结垢造成换热效率衰减。（5）冷却塔采用联合变频控制，任意启动1台冷水机组，所有塔全部开启变频运行，充分利用冷却塔的填料进行换热，且冷却塔联合变频控制比单机对单塔的控制模式相比更加节能。2.5 自控系统选型优化控制系统设计的优先原则：物理装置电动控制单一控制复杂控制大数据计算，应将复杂系统简单化，最大限度保证系统稳定和发挥系统能效。本项目采用自主定制开发的智慧运维平台管理系统，可自行采集系统温度、压力、环境湿度、能量、电量等参数，并进行统计分析。待系统调试完成并平稳运行一段时间后，在后台设置冷机自动运行边界参数条件及控制策略，系统根据室内末端温度和室外环境参数自行调整系统运行状态，2.4 冷却塔选型优化在同样运行工况下，冷水机组的COP会随着冷却水温度的降低而逐渐升高。结合信阳当地历史气象参数及相关61INSTALLATION2023.5Technology Exchange 技 术 交 流使空调系统始终运行在高效区。3 系统实际运行数据分析本文选取2021年8月3日8月31日期间系统数据进行分析，本项目冷水机组开启时间为每日9：3021：00，冷冻水泵为9：5021：00，冷却水泵为9：5021：00，冷却塔为9：5021：00，数据采集时间间隔为5min。3.1 室外环境温度及湿球温度8月份通常为一年当中的最热月份，整体室外环境温度较高，当月最低室外环境温度19，最高室外环境温度为35.7，室外平均环境温度在30以上，湿球温度在1728之间波动（见图4）。7，冷冻水总回水温度为12，此时主机侧电动旁通阀处于关闭状态，末端总体需求负荷较低。8月12日起，室内末端负荷逐渐加大，为增加系统供水流量，保证系统末端水力平衡，系统主机侧电动旁通阀打开，经过混水后冷冻水系统总供水温度维持在12左右，冷冻水总回水温度在15左右波动，系统冷冻水供回水温差3左右，利用小温差大流量保证末端供冷需求（见图6）。3.2 冷却水系统供回水温度8月份冷却水系统总管供回水温度波动见图5，其中冷却水总回水温度在2330之间波动，冷却水总供水温度在2837之间波动，冷却水总管供回水最大温差 7。冷却水供回水实际运行温度低于供回水设计温度，冷却塔散热效果良好，冷凝器运行在高效区间。05101520253035408/18/48/78/108/138/168/198/228/258/288/31温度/日期 室外环境温度湿球温度图4 8月份室外环境温度及湿球温度图6 8月份冷冻水系统供回水温度曲线图7 8月份冷幅温度变化曲线图5 8月份冷却水系统供回水温度曲线3.4 冷幅温度该项目冷却水系统集成并应用了一种冷却水近湿球温度控制策略技术，根据冷却塔出水温度与室外环境湿球温度的幅差，对冷却塔风机和冷却水泵电机进行变频调速，使冷幅控制在设计范围内，尽可能降低主机冷凝器侧进水温度。8月份冷幅温度变化见图7，由此分析得出，经过冷却塔处理过的冷却水温度低于30，整个8月份实际冷幅平均值为2.5，低于设计冷幅1.5。有关数据研究表明，冷水机组冷却水的进水温度每升高1，制冷量将下降1，能效比将下降242。051015202530358/1 8/4 8/7 8/10 8/13 8/16 8/19 8/22 8/25 8/28 8/31温度/日期05101520258/1 8/4 8/7 8/10 8/13 8/16 8/19 8/22 8/25 8/28 8/31温度/日期 冷水系统组:冷冻水总供水温度 冷水系统组:冷冻水总回水温度冷却系统组：机组总供水温度 冷却系统组：机组总回水温度8/1 8/4 8/7 8/10 8/13 8/16 8/19 8/22 8/25 8/28 8/31日期4035302520151050温度/（下转第65页）3.3 冷冻水系统供回水温度8月3日8月11日期间，冷冻水系统总供水温度为 65INSTALLATION2023.5Technology Exchange 技 术 交 流（2）当高效机房制冷机组不频繁启动，且专设变压器带照明等敏感负载时，变压器选取结果须比需要系数法放大一级变压器。（3）当高效机房制冷机组频繁启动，且专设变压器带照明等敏感负载时，变压器选取结果须比需要系数法放大二级变压器。参考文献：1周斌.电动机全压启动时电压降的计算及校验J.电气传动自动化，2017，39（1）：47-49，51.2季建平.民用建筑制冷机房供电优化研究J.电工技术，2017（9）：25-26，133.3卢佳，金帅.大型数据中心10kV冷水机组配电整体方案J.建筑电气，2015（5）：19-24.4中国航空规划设计研究总院有限公司.工业与民用供配电设计手册上M.4版.中国电力出版社，2016.5钢铁企业电力设计手册编委会.钢铁企业电力设计手册上M.冶金工业出版社，1996.6周晶晶，滕建龙.建筑设计中制冷主机高压10kV与低压380V启动的选择J.建筑工程技术与设计，2014（27）：540.7李世泽，肖元恺.按变压器的最佳负载率和负荷类型确定变压器的容量J.吉林工学院学报，1985（0）：67-74.8刘慧.浅析暖通设备专用供电变压器容量选择J.建筑知识（学术刊），2014（6）：167-168.3.5 能耗数据分析制冷机房系统各子系统设备2021年8月份累计耗电数据见图8，其中冷冻水系统耗电51,484kWh，占比10.3%；冷却水系统耗电26,625kWh，占比5.3%；冷却塔系统耗电11,319.6kWh，占比2.3%；冷机系统耗电410,460kWh，占比82.1%；8月份制冷机房系统总耗电量499,888.6kWh。3.6 制冷机房系统EER分析8月份制冷机房瞬时EER基本在5.07.0之间浮动，由于室外环境温度持续保持在较高水平，制冷机房累计EER由5.7逐渐缓慢降至5.4。待9月中旬过后，随着室外 环境温度降低，制冷机房累计EER会出现上升趋势。经平台最终累计数据计算，2021年该项目制冷季制冷机房图8 8月份设备累计耗能曲线图9 8月份制冷机房系统EER曲线4 结语将一系列高效机房新技术在实际项目中进行有机集成和应用，打造了1个高效机房区域示范项目。该项目制冷机房全年实际运行累计EER达到了5.53，与传统制冷机房能效3.5相比，节能率提高36.7%。参考文献：1简亚婷，陈刚，贾沛，等.南京某商业项目高效制冷空调系统设计J.暖通空调，2022，52（4）：47-51.2王红燕，方旭东，杜立卫，等.高温螺杆式冷水机组及其试验研究J.暖通空调，2011，41（1）：14-16.0123456789108/1 8/4 8/7 8/10 8/13 8/16 8/19 8/22 8/25 8/28 8/31能效/EER日期 能耗数据组:累计EER 能耗数据组:瞬时EER全年累计能效值（EER）为5.53，机房处于较高能效水平（见图9）。0500,0001,000,0001,500,0002,000,0002,500,0008/18/48/78/108/138/168/198/228/258/288/31累计电能/kWh日期 能耗数据组:冷冻水系统总累计电能 能耗数据组:冷却水系统总累计电能 能耗数据组:冷却塔系统总累计电能 能耗数据组:冷机系统总累计电能 能耗数据组:总电量累计（上接第61页）