張鴻強(qiáng) 上海鐵路局辦公室

客專調(diào)度樓精密空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能降耗的思考與對(duì)策

張鴻強(qiáng) 上海鐵路局辦公室

通過對(duì)路局客專調(diào)度樓精密空調(diào)系統(tǒng)目前運(yùn)行現(xiàn)狀的分析，針對(duì)產(chǎn)生高能源消耗的問題點(diǎn)，提出節(jié)能改造的技術(shù)設(shè)想和管理措施，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和降低運(yùn)營成本的目的。

調(diào)度樓；精密空調(diào)；節(jié)能降耗；技術(shù)改造；管理

1 引言

路局客專調(diào)度樓現(xiàn)有各類專用機(jī)房33處、面積4 266 m2，精密空調(diào)101臺(tái)。精密空調(diào)系統(tǒng)消耗的電能，占到整個(gè)客專調(diào)度樓電力消耗的50%，去年的電費(fèi)支出達(dá)1 310.26萬元。因此，有針對(duì)性地提出精密空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能降耗措施，對(duì)解決目前路局客專調(diào)度樓的能源成本日益增高及電費(fèi)開支偏大等問題具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

2 精密空調(diào)系統(tǒng)概述

機(jī)房精密空調(diào)是能夠充分滿足機(jī)房環(huán)境條件要求的機(jī)房專用精密空調(diào)機(jī)，它不但可以控制機(jī)房溫度，也可以同時(shí)控制濕度，因此也稱為恒溫恒濕空調(diào)。客專調(diào)度樓共有101臺(tái)精密空調(diào)機(jī)組，均為四川依米康空調(diào)，其中風(fēng)冷單體空調(diào)3臺(tái)，安裝在地下二層，水冷機(jī)組98臺(tái)，安裝在1至7層。樓頂有16只冷卻塔，主要作用是對(duì)空調(diào)機(jī)組的循環(huán)水進(jìn)行冷卻。4臺(tái)55 kW的臥式循環(huán)水泵，為水循環(huán)系統(tǒng)提供動(dòng)力。

3 產(chǎn)生高能耗的現(xiàn)狀分析及節(jié)能降耗的思考與對(duì)策

借助于對(duì)當(dāng)前客專調(diào)度樓精密空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行分析，找出產(chǎn)生高能耗的問題點(diǎn)，有針對(duì)性地進(jìn)行思考和分析，提出對(duì)策措施，向管理維護(hù)、技術(shù)改造要效益，做到科學(xué)節(jié)能、有效節(jié)能。

3.1 外循環(huán)水質(zhì)偏差，導(dǎo)致熱交換效率偏低

循環(huán)水在使用過程中，隨著時(shí)間的推移，水質(zhì)將逐漸惡化。如果不進(jìn)行水質(zhì)處理，將在熱交換器的壁上沉積生成活動(dòng)污垢，使得熱交換效果降低，造成機(jī)組高壓逐漸升高，輕則高壓運(yùn)行增加耗電，重則高壓停機(jī)、中斷運(yùn)行。

3.1.1 能耗現(xiàn)狀分析

現(xiàn)客專調(diào)度樓16只閉式冷卻塔的外循環(huán)噴淋水采用城市自來水，未經(jīng)過水處理。其噴淋水的水量與開式冷卻塔相比要少，蒸發(fā)引起的濃縮周期較短，并且與大氣接觸水質(zhì)容易惡化。由于水溫高，夏季還孳生大量藻類，這不僅大大降低了冷卻塔的換熱效果，還增加了電力能耗，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生安全隱患。根據(jù)理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明:外循環(huán)冷卻塔的污垢達(dá) 0.1 mm，散熱效率將降低5～10%，機(jī)組耗電量則增加8%。

3.1.2 對(duì)策措施

除目前添加藥劑、定期排放及除垢等措施外，建議安裝自動(dòng)水處理裝置—高頻脈沖水處理機(jī)（見圖1）。該設(shè)備根據(jù)目前國內(nèi)及國際上“以電治水”的最新理念，采用電化學(xué)方法對(duì)循環(huán)水進(jìn)行水處理，通過特殊的高頻電流方式徹底改變水質(zhì)，使循環(huán)水變成具有殺菌、除垢、除銹、防垢、防銹的小分子團(tuán)還原水（見圖2）。安裝時(shí)將該水處理機(jī)置于冷卻塔的積水盤，無需拆卸、改變?cè)性O(shè)備及管道結(jié)構(gòu)，安裝方便，在線清洗。提高循環(huán)水的利用率，減少耗水量、耗電量。根據(jù)上海仁濟(jì)醫(yī)院的使用結(jié)果表明能節(jié)約設(shè)備能耗達(dá)15%左右。

圖1 高頻脈沖水處理機(jī)

圖2 小分子團(tuán)還原水結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 機(jī)房冷熱風(fēng)短路，造成了不必要的能源浪費(fèi)

精密空調(diào)的氣流流向?qū)?jié)能起到至關(guān)重要的作用?？照{(diào)的氣流組織不僅能有效地帶走機(jī)房設(shè)備產(chǎn)生的熱量，降低設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境溫度，而且還決定了空調(diào)的節(jié)能效率。

3.2.1 能耗現(xiàn)狀分析

調(diào)度大樓內(nèi)機(jī)房精密空調(diào)均采用下送風(fēng)上回風(fēng)形式，機(jī)房采用架空地板，模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)機(jī)柜放置位置在其側(cè)面設(shè)置送風(fēng)口?；仫L(fēng)口在吊頂處，在裝修時(shí)即確定位置，新增機(jī)柜設(shè)備時(shí)一般不會(huì)予以調(diào)整。目前機(jī)房存在大量送風(fēng)口與回風(fēng)口正對(duì)、氣流短路（回流、漏流）的情況，造成了不必要的能源浪費(fèi)（見圖3）。與此同時(shí)，還導(dǎo)致氣流盲區(qū)的出現(xiàn)，局部區(qū)域高溫制冷效果欠佳。

圖5 機(jī)房冷通道封閉圖

圖3 機(jī)房?jī)?nèi)氣流短路現(xiàn)象

3.2.2 對(duì)策措施

機(jī)房空調(diào)氣流組織優(yōu)化是指合理輸配空調(diào)送風(fēng)，做到“先冷設(shè)備，后冷環(huán)境”，合理設(shè)置空調(diào)送風(fēng)，使空調(diào)送、回風(fēng)形成完整流暢的循環(huán)，不出現(xiàn)空調(diào)送風(fēng)短路、冷熱空氣摻混現(xiàn)象，持續(xù)穩(wěn)定地消除設(shè)備與機(jī)房環(huán)境熱負(fù)荷。

（1）對(duì)于存在冷熱空氣短路的機(jī)房，一般只需合理調(diào)整送風(fēng)口的位置。使得送風(fēng)與回風(fēng)分別位于設(shè)備兩側(cè)（見圖4），減少氣流混合短路的可能，提高送風(fēng)效率。

圖4 調(diào)整后合理的送風(fēng)口位置

（2）對(duì)于發(fā)熱量很大的機(jī)房，尤其是高功率密度機(jī)架的散熱；一是通過劃分冷熱通道的方法。封閉冷通道（見圖5），則冷通道內(nèi)會(huì)比較冷，除冷通道外其余環(huán)境溫度提高且小區(qū)域封閉，冷量損失小，能耗相對(duì)較小，可有效遏制氣流短路，提高空調(diào)的送回風(fēng)效率，為機(jī)房設(shè)備提供良好的散熱效果。二是可在機(jī)房局部增加風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)的配風(fēng)地板來滿足機(jī)房熱點(diǎn)冷卻需求。強(qiáng)制定向送風(fēng)，可解決局部熱點(diǎn)，進(jìn)而可以避免對(duì)整個(gè)機(jī)房的過度冷卻。解決了局部熱點(diǎn)的問題，就可以通過提高空調(diào)設(shè)置溫度來減少空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行數(shù)量和供冷量，最終達(dá)到機(jī)房節(jié)能的效應(yīng)。

（3）對(duì)于一些空閑的機(jī)架安裝隔離的盲板，避免出現(xiàn)冷空氣短路。

3.3 精密空調(diào)設(shè)置節(jié)能優(yōu)化

3.3.1 能耗現(xiàn)狀分析

精密空調(diào)參數(shù)設(shè)置不合理。設(shè)計(jì)上，調(diào)度大樓機(jī)房精密空調(diào)溫度設(shè)置范圍夏季在23±2℃，冬季在20±2℃，相對(duì)濕度30%～75%之間。

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，大部分機(jī)房實(shí)際運(yùn)行時(shí)機(jī)房溫度基本也都在22℃左右，濕度也在40%～60%之間。但是也有少量的機(jī)房實(shí)測(cè)溫度為20℃左右。個(gè)別機(jī)房甚至因持續(xù)的低溫運(yùn)行，致使隔壁的普通辦公室墻體因溫差太大發(fā)生大量的潮濕、霉變。

（2）精密空調(diào)風(fēng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)0%～100%無級(jí)調(diào)速，風(fēng)機(jī)功率跟轉(zhuǎn)速呈三次方關(guān)系，對(duì)能耗影響極大。目前風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速通常由運(yùn)行人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置0～10檔，缺乏較科學(xué)的操作指導(dǎo)。

3.3.2 對(duì)策措施

（1）機(jī)房室內(nèi)溫濕度設(shè)置優(yōu)化：我國現(xiàn)行的機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)對(duì)溫度設(shè)定過低，不利于機(jī)房節(jié)能。合理設(shè)定機(jī)房空調(diào)的溫度顯得尤其重要，隨著服務(wù)器的功能的提升，機(jī)房環(huán)境溫度可以為28℃。查閱部分服務(wù)器的性能指標(biāo)，機(jī)箱內(nèi)溫度在40℃以下是可以正常運(yùn)行的。國際上有越來越多的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)和管理人員在討論現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心運(yùn)行溫度是否太低，認(rèn)為應(yīng)該設(shè)置到81°F（27.2℃），甚至有人建議達(dá)到 95°F（35℃）。適當(dāng)提高機(jī)房溫度的設(shè)定值，可有效縮短壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間，降低制冷能耗。對(duì)于機(jī)房設(shè)定溫度提高后的節(jié)能效果，雖然目前還沒有非常權(quán)威的數(shù)據(jù)，但有提高1℃溫度大約能節(jié)約空調(diào)耗電2%～5%的結(jié)論。

（2）依米康機(jī)組調(diào)適：通過降低空調(diào)冷凝壓力與優(yōu)化空調(diào)制冷劑運(yùn)行狀態(tài)來提高機(jī)房空調(diào)能效。機(jī)房空調(diào)采用壓縮式制冷，當(dāng)蒸發(fā)溫度一定時(shí)，降低冷凝溫度與冷凝壓力，可減少壓縮機(jī)能耗，提高能效比。目前依米康機(jī)組冷凝壓力統(tǒng)一設(shè)為18 kg，根據(jù)季節(jié)變化可適當(dāng)降低，可有效提高機(jī)組COP。

（3）依米康機(jī)組送風(fēng)調(diào)適：根據(jù)每個(gè)機(jī)房的實(shí)際需求和空調(diào)熱濕比合理確定每臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速，既保證運(yùn)行效果，又能有效降低風(fēng)機(jī)能耗。一般情況下，夏季送風(fēng)可設(shè)定在7～8級(jí)，冬季送風(fēng)可設(shè)置在6～7級(jí)。

3.4 將精密空調(diào)系統(tǒng)控制聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)“群控”

3.4.1 現(xiàn)狀分析

調(diào)度大樓數(shù)據(jù)機(jī)房基本都由兩個(gè)或兩個(gè)以上精密空調(diào)供冷，目前存在以下兩種情況。一是機(jī)房專用空調(diào)有智能功能，但是在實(shí)際運(yùn)行中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一臺(tái)空調(diào)加濕，另一臺(tái)去濕；有一臺(tái)在制冷，另一臺(tái)在加熱的不合理現(xiàn)象，造成不必要的浪費(fèi)，空調(diào)使用效率不高。二是每臺(tái)精密空調(diào)只對(duì)本空調(diào)機(jī)回風(fēng)口采用傳感器方式作為數(shù)據(jù)采樣參考點(diǎn)，無法監(jiān)測(cè)整個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)的真實(shí)環(huán)境溫濕度，導(dǎo)致數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不夠，使用效率不高，能耗浪費(fèi)較為嚴(yán)重。

3.4.2 對(duì)策措施

現(xiàn)有的機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)還是以監(jiān)測(cè)功能為主，對(duì)于遠(yuǎn)程機(jī)房設(shè)備，尤其是空調(diào)設(shè)備幾乎沒有控制功能。制冷主機(jī)群控系統(tǒng)的工作原理是根據(jù)機(jī)房負(fù)載的情況，能自動(dòng)調(diào)整制冷機(jī)組的運(yùn)行數(shù)量，實(shí)現(xiàn)機(jī)組、水泵和相關(guān)設(shè)備之間的相互控制。按機(jī)房具體的情況，精確控制“N+1”“N+0”、“N-1”等臺(tái)空調(diào)數(shù)量的開啟與關(guān)閉，使空調(diào)始終處于最佳工作狀態(tài)，通過機(jī)組開啟的改變，提高制冷的效果和效率。

（1）合理布點(diǎn)，在每個(gè)核心機(jī)房增加溫、濕度傳感器。采集機(jī)房溫度、濕度作為主要控制的環(huán)境參數(shù)的主要依據(jù)（實(shí)際的安排布置方式可參見圖6）。根據(jù)采集到的回風(fēng)溫濕度及設(shè)定的溫度、濕度進(jìn)行比較，按環(huán)境需要對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的各組件進(jìn)行啟?？刂萍白詣?dòng)調(diào)節(jié)。而溫度和濕度是相互作用的，比如溫度的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致濕度的劇烈波動(dòng)，這要求控制邏輯設(shè)計(jì)合理（具體的空調(diào)系統(tǒng)主體控制邏輯如圖7所示）。在該空調(diào)系統(tǒng)中，溫濕度控制以溫度優(yōu)先為原則，壓縮機(jī)控制為開關(guān)量控制，根據(jù)溫濕度與設(shè)定值的差值來控制，加濕器為比例調(diào)節(jié)。PLC通過軟件編程控制各組成部件的啟停頻率，調(diào)節(jié)周期，開度大小，并通過對(duì)溫度、濕度變化趨勢(shì)的判斷，對(duì)各組成部件的動(dòng)作提前預(yù)判，保組成部件進(jìn)行啟?？刂?，通過對(duì)制冷、制熱部件的開關(guān)頻率，開啟比例，調(diào)節(jié)的時(shí)間周期等參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)來達(dá)到溫度、濕度的穩(wěn)定控制。

圖6 機(jī)房溫度、濕度傳感器安排布置圖

圖7 空調(diào)系統(tǒng)主體控制邏輯圖

（2）采用多層次分布式CPU結(jié)構(gòu)型式，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房空調(diào)的實(shí)時(shí)群控功能。此種模式由監(jiān)控主機(jī)和采集模塊組成，每個(gè)采集模塊具有信號(hào)采集、A/D轉(zhuǎn)換、信號(hào)傳輸功能，有其獨(dú)立的CPU，可以將采集來的模擬量信號(hào)就地轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)。監(jiān)控主機(jī)通過現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)輪詢的監(jiān)測(cè)各采集模塊，再將采集的數(shù)據(jù)分析處理。這種結(jié)構(gòu)型式中，每一層由不同的設(shè)備甚至是系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)不同的功能，每一層在功能上有其獨(dú)立性，組合到一起形成一個(gè)完整的監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)，節(jié)約空調(diào)能源消耗、延長(zhǎng)空調(diào)機(jī)組的使用壽命。

（3）具備安全保護(hù)策略。在集中控制方式下若運(yùn)行機(jī)組中的一臺(tái)有故障，則另外一臺(tái)機(jī)房備用空調(diào)自動(dòng)運(yùn)行，如果在沒有故障的情況下一臺(tái)空調(diào)運(yùn)行時(shí)間己經(jīng)達(dá)到輪換時(shí)間，也將自動(dòng)切換到備用空調(diào)運(yùn)行。當(dāng)集中監(jiān)控系統(tǒng)通信故障時(shí)，機(jī)房空調(diào)可以切換到獨(dú)立控制狀態(tài)，每臺(tái)空調(diào)機(jī)組單獨(dú)受從站的PLC控制。保證機(jī)房空調(diào)無論在哪種情況下都能不間斷的運(yùn)行，滿足程控機(jī)房24 h不間斷運(yùn)行的需求。這樣不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)房設(shè)備的實(shí)時(shí)群控功能，也大大減小了機(jī)房設(shè)備管理維護(hù)的難度。

借鑒上海市電信機(jī)房近幾年的空調(diào)節(jié)能管理經(jīng)驗(yàn)，采用“群控”技術(shù)改造后，年平均節(jié)電在20%左右。

3.5 冷卻系統(tǒng)自控存不合理，冷卻效率上有節(jié)能潛力可挖

3.5.1 現(xiàn)狀分析

冷卻系統(tǒng)設(shè)有三臺(tái)控制柜，分別用于冷卻風(fēng)機(jī)啟停及高低速控制、噴淋泵啟?？刂?、電加熱啟?？刂?，互不關(guān)聯(lián)。目前存在主要問題：（1）風(fēng)機(jī)和噴淋泵分別獨(dú)立控制，互不關(guān)聯(lián)。（2）冷卻水回水溫度上限設(shè)定為30℃，下限設(shè)定為26℃，即冷卻水回水低于26℃時(shí)，逐步減少風(fēng)機(jī)和噴淋泵的運(yùn)行數(shù)量。（3）冷卻塔內(nèi)循環(huán)水電動(dòng)閥未接入自控系統(tǒng)，目前該閥處于常開狀態(tài)。當(dāng)部分冷卻塔風(fēng)機(jī)、噴淋泵關(guān)閉時(shí)，存在“混水”現(xiàn)象，降低了冷卻塔效率，且不利于末端換熱。

3.5.2 對(duì)策措施

（1）可對(duì)自控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，將兩組PLC實(shí)施聯(lián)動(dòng)。把風(fēng)機(jī)、噴淋水泵的關(guān)聯(lián)控制，實(shí)際上風(fēng)機(jī)和噴淋泵互相關(guān)聯(lián)，都是為冷卻循環(huán)水進(jìn)行降溫，但兩者效果和作用力度不一樣，單位能耗也不一樣，因此進(jìn)行協(xié)調(diào)統(tǒng)籌控制，能達(dá)到最好的節(jié)能效果。

（2）優(yōu)化冷卻塔風(fēng)機(jī)的溫度設(shè)置。對(duì)于機(jī)械式冷卻塔，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速越高，冷卻水的溫度就會(huì)越低，此時(shí)冷卻塔的耗電也就越多?？墒菍?duì)于空調(diào)主機(jī)來說，冷卻水溫度越低，主機(jī)的耗電就會(huì)越少。反之，冷卻塔轉(zhuǎn)速越低，冷卻水的溫度越高，這樣冷卻塔的耗電越少。但對(duì)于空調(diào)主機(jī)來說，由于進(jìn)入冷凝器的水溫升高，相應(yīng)的主機(jī)耗電會(huì)增加。因此，可以考慮降低風(fēng)機(jī)冷卻方式（先低速、再高速）的設(shè)置溫度的下限值至24℃，能有效降低精密空調(diào)的冷凝溫度，提高機(jī)組整體制冷效率，從而減少整體能耗。

4 結(jié)束語

客專調(diào)度樓的節(jié)能降耗、降低成本是一項(xiàng)持續(xù)性工作，只有通過路局各部門、各駐所單位之間協(xié)同努力，因地制宜地采用節(jié)約措施，有效控制能耗，大幅減少無謂的能源消耗，降低運(yùn)營開支，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

責(zé)任編輯：許耀元

來稿日期：2015-12-02