李 勇

(晉城市建筑設(shè)計(jì)院，山西 晉城 048026)

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某工業(yè)園區(qū)大型空調(diào)冷凍站設(shè)計(jì)

李 勇

(晉城市建筑設(shè)計(jì)院，山西 晉城 048026)

介紹了晉城富士康科技工業(yè)園區(qū)空調(diào)冷凍站的設(shè)計(jì)冷負(fù)荷與設(shè)備構(gòu)成，闡述了空調(diào)水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)及水系統(tǒng)定壓設(shè)計(jì)方法，給出了冷水機(jī)房PLC監(jiān)測(cè)控制的主要內(nèi)容，最后提出了空調(diào)冷凍站的節(jié)能設(shè)計(jì)措施。

冷凍站，空調(diào)系統(tǒng)，冷卻塔，冷水機(jī)房

1 工程概況及冷負(fù)荷

1.1 工程概況

本工程為富士康(晉城)科技工業(yè)園A區(qū)(如圖1所示)AF3附房冷凍站。工業(yè)園A區(qū)總占地面積約32 hm2，總建筑面積約365 836 m2，園區(qū)設(shè)3座冷凍站，分別負(fù)擔(dān)3個(gè)主要空調(diào)區(qū)域，負(fù)荷半徑約為300 m，本站設(shè)于園區(qū)西南區(qū)域AF3能源站房內(nèi)(換熱站與冷凍站相鄰設(shè)置于AF3附房內(nèi))。

1.2 設(shè)計(jì)冷負(fù)荷

冷凍站設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為4 900 RT(17 239 kW)，西南區(qū)域空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷為18 944 kW，空調(diào)面積為106 483 m2，主要負(fù)荷為D1廠房、D2廠房、E3廠房、E4廠房。設(shè)計(jì)冷負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)冷負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

1.3 冷凍站設(shè)備構(gòu)成

1)冷凍站由4臺(tái)1 100 RT離心式冷水機(jī)組(冷水機(jī)組采用10 kV高壓供電，減小了運(yùn)行電流)、1臺(tái)500 RT離心式冷水機(jī)組、4臺(tái)1 080CMH橫流式冷卻塔、1臺(tái)510CMH橫流式冷卻塔組成。冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)供、回水溫度分別為7 ℃/12 ℃，冷卻水進(jìn)、出水溫度分別為32 ℃/37 ℃。機(jī)房設(shè)備構(gòu)成統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 冰水機(jī)房設(shè)備構(gòu)成及設(shè)備組合情況表

2)冷凍站同時(shí)由1臺(tái)510CMH橫流式冷卻塔與1臺(tái)板式換熱器構(gòu)成冷卻塔供冷系統(tǒng)(冷卻塔與冷水機(jī)組共用)，水—水板式換熱器與冷水機(jī)組并聯(lián)，通過開關(guān)型電動(dòng)閥進(jìn)行系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。冷卻塔提供一次水，供、回水溫度分別為17 ℃/12 ℃，板式換熱器提供二次水，進(jìn)、出水溫度分別為15 ℃/20 ℃。機(jī)房設(shè)備構(gòu)成統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 冷卻塔供冷系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成及設(shè)備組合情況表

2 空調(diào)水系統(tǒng)

2.1 冷、熱水管道的設(shè)置方式

空調(diào)水系統(tǒng)采用兩管制和四管制相結(jié)合的方式。冷凍站至廠房管井管道采用四管制，冷凍水和熱水同時(shí)輸送至各廠房管道井空調(diào)立管。廠房內(nèi)根據(jù)不同生產(chǎn)工藝劃分為多個(gè)主要空調(diào)區(qū)域，各空調(diào)區(qū)域末端為兩管制。各主要空調(diào)區(qū)域空調(diào)管道分別連接管井內(nèi)冷、熱水立管，并設(shè)開關(guān)型閥門，根據(jù)空調(diào)區(qū)域工藝需求在供熱和供冷模式間自由轉(zhuǎn)換。各空調(diào)區(qū)域系統(tǒng)均獨(dú)立控制室內(nèi)空調(diào)參數(shù)。

2.2 水流量特征

空調(diào)水系統(tǒng)采用二級(jí)泵變流量系統(tǒng)，二級(jí)泵設(shè)于用戶側(cè)供水管上，集中設(shè)置于冷凍站內(nèi)，二級(jí)泵采用3臺(tái)大流量水泵和2臺(tái)小流量水泵并聯(lián)運(yùn)行，避免了水泵并聯(lián)臺(tái)數(shù)過多導(dǎo)致較大的流量損失。一級(jí)泵設(shè)于冷水機(jī)組入口處，冷水機(jī)組一一對(duì)應(yīng)(見圖2)。

1)二級(jí)泵變流量系統(tǒng)。冷凍水系統(tǒng)由一級(jí)泵和二級(jí)泵組成變流量系統(tǒng)，見圖2a)，一級(jí)泵承擔(dān)冷源側(cè)阻力ΔP1，二級(jí)泵承擔(dān)用戶側(cè)阻力ΔP2。供回水總管之間冷源側(cè)和用戶側(cè)分界處設(shè)平衡管，當(dāng)用戶側(cè)的總流量低于冷源側(cè)的總流量時(shí)，冷源側(cè)多余流量利用平衡管流回，保證冷水機(jī)組蒸發(fā)器水量恒定。同時(shí)，用戶側(cè)分、集水器之間設(shè)PI型壓差旁通閥，當(dāng)末端流量變化時(shí)，確保1臺(tái)二級(jí)泵的最小允許運(yùn)行流量。

2)一級(jí)泵變流量系統(tǒng)。平衡管設(shè)開關(guān)型電動(dòng)閥，水系統(tǒng)可通過關(guān)閉平衡管上的開關(guān)型電動(dòng)閥和一級(jí)泵，僅開啟二級(jí)泵轉(zhuǎn)換成一級(jí)泵變流量系統(tǒng),見圖2b)。當(dāng)實(shí)際冷負(fù)荷較小，僅需開啟1臺(tái)冷水機(jī)組時(shí)，關(guān)閉平衡管上的開關(guān)型電動(dòng)閥和一級(jí)泵，開啟一級(jí)泵對(duì)應(yīng)的旁通開關(guān)型電動(dòng)閥，僅運(yùn)行二級(jí)泵作為一級(jí)泵變流量系統(tǒng)方式供應(yīng)冷量，根據(jù)供回水溫差變頻二級(jí)泵，由供回水總管的壓差控制PI型壓差旁通閥的開度，確保冷水機(jī)組最小水量供應(yīng)及安全運(yùn)行。

3 冷卻水系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)概況

冷卻塔與冷水機(jī)組一一對(duì)應(yīng)，冷卻水系統(tǒng)為一級(jí)泵變流量系統(tǒng)(見圖3)，設(shè)置定時(shí)加藥裝置，冷卻塔補(bǔ)水量為循環(huán)水量的1.2%，補(bǔ)水水源為軟水箱和回收冷凝水。

3.2 冷凝器進(jìn)水溫度控制

冷卻水泵入口管道與冷凝器出水管道間設(shè)旁通管，旁通管設(shè)開關(guān)型電動(dòng)二通閥(常閉)，當(dāng)冷卻水泵吸入管道上的溫度敏感元件T≤17 ℃時(shí)電動(dòng)二通閥開啟；當(dāng)T≥25 ℃時(shí)電動(dòng)二通閥關(guān)閉，確保冷凝器入口處最低溫度不小于17 ℃，控制冷凝壓力在機(jī)組正常運(yùn)行范圍內(nèi)。

3.3 冷卻塔防凍

冬季工況，冷卻塔在提供足夠冷量的情況下，盡可能關(guān)閉部分多余冷卻塔(并完全泄水)提高冷卻水溫度，增加單位冷卻水熱量，防止結(jié)冰。另外容易結(jié)冰的位置主要有集水盤、百葉窗、散水槽等。每個(gè)集水盤均配5.5 kW防凍電加熱器，當(dāng)遇到極端情況，水溫低于5 ℃時(shí)，開啟電加熱器加熱冷卻水，防止冷卻水凍結(jié)。集水盤滲水、漏水也易出現(xiàn)局部結(jié)冰現(xiàn)象。入冬前，需提前檢修，杜絕滲水、漏水情況。百葉窗結(jié)冰主要是由填料中濺出的水滴形成，在散水槽底部設(shè)置折型擋水板，可將水滴直接導(dǎo)流至填料。杜絕水滴濺出。散水槽裸露部分及局部水量不足的散水孔也極易結(jié)冰。在頂部加裝水槽蓋板，可起到保溫作用，還需要確保散水槽散水孔通暢，水流均勻，杜絕局部結(jié)冰。

4 水系統(tǒng)定壓

空調(diào)水系統(tǒng)采用氣壓罐定壓，定壓點(diǎn)設(shè)于一級(jí)泵吸入口處，定壓值除滿足系統(tǒng)最高點(diǎn)壓力為10 kPa～15 kPa外，還需大于由定壓點(diǎn)至二級(jí)泵入口處最大水流量水阻力，確保一級(jí)泵關(guān)閉僅開啟運(yùn)行二級(jí)泵時(shí)，二級(jí)泵吸入口不會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓。穩(wěn)壓補(bǔ)水系統(tǒng)在供水壓力能滿足要求的前提下，也可直接由外供水系統(tǒng)向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)水，不需要通過補(bǔ)水泵，其壓力可通過壓力開關(guān)加電動(dòng)閥組合控制，節(jié)能也經(jīng)濟(jì)。在供水壓力局部時(shí)段不能滿足穩(wěn)壓要求時(shí)，該方式可以和調(diào)頻補(bǔ)水泵結(jié)合使用。

5 冷水機(jī)房PLC監(jiān)測(cè)控制內(nèi)容

1)監(jiān)測(cè)冷凍機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警，并監(jiān)控其啟停。2)監(jiān)測(cè)一、二次冷凍水泵運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警，并監(jiān)控其啟停。3)監(jiān)測(cè)冷卻水泵運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警，并監(jiān)控其啟停。4)監(jiān)測(cè)冷卻塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警，并監(jiān)控其啟停。5)監(jiān)測(cè)冷凍水供/回水溫度、供水流量，并根據(jù)供回水溫差變頻調(diào)節(jié)二次泵流量。6)根據(jù)實(shí)際冷負(fù)荷及冷凍機(jī)的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，PLC優(yōu)化控制確定冷凍機(jī)的啟停組合及臺(tái)數(shù)。7)通過冷凍水供、回水溫度、供水流量，計(jì)算出空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷。8)監(jiān)測(cè)冷卻水供、回水溫度。9)當(dāng)實(shí)際冷負(fù)荷較小，僅需開啟1臺(tái)冷水機(jī)組時(shí)，關(guān)閉平衡管上的開關(guān)型電動(dòng)閥及一級(jí)泵，開啟一次泵對(duì)應(yīng)的旁通開關(guān)型電動(dòng)閥，僅運(yùn)行二次泵供應(yīng)冷量；供回水溫差變頻二級(jí)泵，根據(jù)供回水總管的壓差控制壓差旁通閥的開度，確保冰機(jī)最小水量供應(yīng)及安全運(yùn)行。10)當(dāng)實(shí)際冷負(fù)荷增大，需開2臺(tái)及2臺(tái)以上冰機(jī)時(shí)，開啟平衡管上的開關(guān)型電動(dòng)二通閥，采用一級(jí)泵定流量運(yùn)行，二級(jí)泵變流量運(yùn)行的方式供冷(根據(jù)供回水溫差變頻)。11)正常運(yùn)行時(shí)，冰水主機(jī)與一次泵、冷卻塔及冰機(jī)出口電動(dòng)閥均一一對(duì)應(yīng)，聯(lián)鎖啟停。12)各聯(lián)動(dòng)設(shè)備的啟停程序具有可調(diào)整延遲時(shí)間的功能，以便配合冷凍水系統(tǒng)內(nèi)各裝置的特性。

6 節(jié)能

6.1 冷卻塔供冷系統(tǒng)

當(dāng)冬季室外溫度較低，需給系統(tǒng)供應(yīng)冷水時(shí)，利用冷卻塔供冷技術(shù)進(jìn)行供冷(見圖3)。為了防止過多的雜質(zhì)進(jìn)入空調(diào)水系統(tǒng)中，采用板式換熱器的方式供冷。與冷水機(jī)組并聯(lián)設(shè)置1臺(tái)水—水板式換熱器，當(dāng)室外濕球溫度低于12 ℃時(shí)，關(guān)閉冷水機(jī)組開關(guān)型電動(dòng)閥，開啟水—水板式換熱器開關(guān)型電動(dòng)閥，經(jīng)冷卻塔與大氣進(jìn)行換熱，提供空調(diào)冷水。一次水供回水溫度分別為17 ℃/12 ℃，二次水進(jìn)出水溫度分別為15 ℃/20 ℃。

6.2 降低輸送能耗

冷水系統(tǒng)可根據(jù)負(fù)荷需求實(shí)現(xiàn)變流量一級(jí)泵系統(tǒng)和變流量二級(jí)泵系統(tǒng)兩種系統(tǒng)運(yùn)行方式，多種運(yùn)行方式的運(yùn)用在實(shí)際運(yùn)行中有效的降低了冷水的輸送能耗。冷卻水系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷變化采用變頻水泵，變頻風(fēng)機(jī)控制法。

6.3 冷凝水回收

廠房空調(diào)末端冷凝水均集中回收，并輸送至冷凍站，作為冷卻塔補(bǔ)水，回收水箱的液位控制采用電子式液位控制器加回收水泵實(shí)現(xiàn)，低液位時(shí)關(guān)閉，高液位時(shí)開啟水泵，當(dāng)水箱處于低液位時(shí)，回收水泵斷電保護(hù)。

7 結(jié)語

1)空調(diào)末端采取兩管制減少了空調(diào)末端的投資，干管主管網(wǎng)四管又滿足了空調(diào)使用的靈活性，滿足生產(chǎn)工藝對(duì)冷、熱水的不同需求。業(yè)主提出二級(jí)泵集中設(shè)置于冷凍站內(nèi)的要求，這樣的設(shè)置大大方便了管理，卻降低了變頻調(diào)速的節(jié)能效果，也給空調(diào)水分配環(huán)路的平衡和自動(dòng)控制增加了困難。

2)在實(shí)際運(yùn)行中，二級(jí)泵變流量系統(tǒng)對(duì)輸送能耗的降低取得了較好的效果。采取一級(jí)泵變流量系統(tǒng)運(yùn)行方式時(shí)，二級(jí)泵需要負(fù)擔(dān)冷源側(cè)和用戶側(cè)的總阻力，這種方式的使用僅適用于干管管網(wǎng)半徑大，阻力大，系統(tǒng)小流量運(yùn)行時(shí)，干管管網(wǎng)水阻力的減小值不小于冷源側(cè)的阻力，方能實(shí)現(xiàn)。

3)冷卻塔供冷系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用中極少使用，因與冷水機(jī)組并聯(lián)，不能同時(shí)運(yùn)行，更加限制了實(shí)際使用的條件，在以后的設(shè)計(jì)中還需深入思考實(shí)際使用的工況。

4)冷凝水回收規(guī)模較大，作為冷卻水補(bǔ)水產(chǎn)生了較好的節(jié)能效果，但是由于回收的環(huán)節(jié)較多，回收水池，回收水箱的水質(zhì)難以保障，還需采取一些有效的密閉措施保障水質(zhì)。

[1] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993.

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A large air conditioning refrigeration station design of an industrial park

Li Yong

(JinchengArchitecturalDesignInstitute,Jincheng048026,China)

This paper introduced the design cooling load and equipment composition of air conditioning refrigeration station of Jincheng Foxconn Science and Technology Industrial Park, elaborated the constant pressure design method of air conditioning water system, cooling water system and water system, gave the main contents of cooling water engine room PLC monitoring and control, and finally put forward the energy saving design measures of air conditioning refrigeration station.

refrigeration station, air conditioning system, cooling tower, cooling water engine room

2016-11-21

李 勇(1982- ),男，工程師

1009-6825(2017)04-0142-03

TU831.3

A