文/ 吳學(xué)淵 廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 建筑設(shè)計(jì)研究院 廣東廣州 510630

某中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化

文/ 吳學(xué)淵 廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 建筑設(shè)計(jì)研究院 廣東廣州 510630

定量分析了冷水機(jī)組在不同負(fù)荷、不同冷卻水進(jìn)水溫度條件下冷水機(jī)組的性能曲線，獲得冷水機(jī)組的運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組節(jié)能。分析得出水泵的運(yùn)行工況是否偏離設(shè)計(jì)要求，通過(guò)方案對(duì)比得出水泵的最佳改造方案；利用類(lèi)似方法得出冷卻塔風(fēng)機(jī)的優(yōu)化運(yùn)行方案。并計(jì)算其效益比。

制冷機(jī)房；系統(tǒng)能效比；冷凍水變流量

1、系統(tǒng)現(xiàn)狀

本建筑是一棟大型專(zhuān)科保健醫(yī)院。該醫(yī)院占地面積27620m2，總建筑面積82500m2，其中空調(diào)制冷面積為60000m2，約占總建筑面積的73%。醫(yī)院建筑分為地下室一層和裙樓五層及塔樓十五層，頂標(biāo)高74m；其中1-5層為門(mén)、急診、潔凈區(qū)域（手術(shù)室、PICU、NICU）等公共服務(wù)區(qū)域，6-15層為病房、行政辦公等。

制冷機(jī)房系統(tǒng)的能耗計(jì)算主要是依據(jù)機(jī)房各設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，冷源側(cè)設(shè)備主要包括冷水機(jī)組、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔等，計(jì)算結(jié)果如表1-3所示。

表1-3 中央空調(diào)系統(tǒng)年電耗計(jì)算表

該中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行至今，由于設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理等原因使得系統(tǒng)出現(xiàn)一系列不合理的現(xiàn)象，總結(jié)如下：

（1）離心式冷水機(jī)組全年都無(wú)法將冷卻水出水溫度處理到設(shè)定工況：即冷卻水出水溫度無(wú)法達(dá)到37℃，且出水溫度超過(guò)35℃，機(jī)組出現(xiàn)喘振。

（2）系統(tǒng)冷卻能力下降：由設(shè)備歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算可得，冷卻水進(jìn)出水溫差年平均

值為3℃，夏季負(fù)荷最大時(shí)為3.2℃，遠(yuǎn)低于規(guī)范設(shè)定最低值5℃，導(dǎo)致系統(tǒng)的制冷能力下降。

（3）系統(tǒng)的自控能力下降：系統(tǒng)的冷凍水供回水總管路的（旁通管）閥門(mén)不能按照之前設(shè)計(jì)的理念（部分負(fù)荷下，多余的冷凍水會(huì)通過(guò)旁通管路回到冷水機(jī)組）來(lái)執(zhí)行開(kāi)啟能力。

2、各主要設(shè)備測(cè)試結(jié)果

本次測(cè)試的對(duì)象分別為：冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔。測(cè)試儀器為：超聲波流量測(cè)試儀、電能質(zhì)量分析儀、溫濕度計(jì)等儀器設(shè)備。

表1-4 測(cè)試室外環(huán)境溫度

圖1-1 冷水機(jī)組冷量衰減比較

圖1-2 不同制冷系統(tǒng)的COP日平均值

圖1-3 冷凍水泵效率對(duì)比

圖1-4 冷卻水泵效率對(duì)比

冷水機(jī)組由于與水泵間的流量不匹配、冷凝器的冷凝能力下降會(huì)導(dǎo)致其制冷能力下降、效率降低、能耗增大。

冷凍水泵由于與系統(tǒng)管網(wǎng)阻力不匹配，導(dǎo)致水泵的實(shí)際流量大于其額定流量，冷凍水系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行偏離設(shè)計(jì)要求，使得系統(tǒng)運(yùn)行效率下降，冷卻水泵由于常年處于高負(fù)荷條件下運(yùn)行，且冷卻水系統(tǒng)很少得到維護(hù)導(dǎo)致其運(yùn)行效率均有所下降。

冷卻塔效率低下的原因有很多：冷凝器處理能力下降、水質(zhì)變差、冷卻水補(bǔ)水不夠均

圖1-5 冷卻塔實(shí)際運(yùn)行效率

勻會(huì)導(dǎo)致其效率下降。其中最主要原因是冷卻塔填料缺失與系統(tǒng)控制能力下降。

通過(guò)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)冷源側(cè)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得出冷水機(jī)組在各自系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中的COP值以及兩種系統(tǒng)綜合作用的結(jié)果，數(shù)據(jù)顯示：四組制冷系統(tǒng)及兩種搭配形式的系統(tǒng)COP均未達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

3、優(yōu)化方案

1）主機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化

經(jīng)過(guò)計(jì)算，得到圖1-6所示的結(jié)果，橫坐標(biāo)為冷量的變化，即建筑的當(dāng)前冷負(fù)荷?？v坐標(biāo)為該條件控制下的機(jī)組最小輸入功率，綜合即得出機(jī)組的最高COP。圖中列出了冷卻水進(jìn)水溫度為30℃條件下的機(jī)組制冷量與輸入功率的關(guān)系。

圖1-6 冷卻水進(jìn)水溫度30℃運(yùn)行模式

如圖1-6所示，制冷量與輸入功率基本成線性關(guān)系，但由于冷水機(jī)組之間的啟停存在冷量、功率突變，使得機(jī)組群在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，制冷量與輸入功率的關(guān)系應(yīng)呈光滑階梯狀曲線。

目前冷水機(jī)組的控制完全按照管理人員根據(jù)相關(guān)參數(shù)來(lái)執(zhí)行機(jī)組開(kāi)啟模式，且兩組冷水機(jī)組