羅磊

深圳市建筑設計研究總院有限公司

1 工程簡況

項目位于深圳市，總 建筑面積 232690.4 m2，地上兩棟建筑，A塔樓高272.55 m，上部為五星級酒店，下部為甲級寫字樓。B塔高145.05 m，為甲級寫字樓。設三層地下室，包括停車庫、設備用房。裙房三層，為酒店服務用房及部分商業(yè)。地下室制冷機房按照酒店、A座辦公、B座辦公區(qū)域不同分為三個制冷機房，項目于2012年竣工投入運營。經(jīng)過前期對兩個制冷機房的在線能耗分析，A座制冷機房在典型日的EERr[1]達到5.0以上，而 B座制冷機房在典型日的機房EERr僅為4.1左右，本次改造的主要對象為B座制冷機房。

1.1 負荷分布

B座全部采用中央空調(diào)系統(tǒng)，負擔了B座辦公樓及約 6000 m2左右商業(yè)的提前（加班）負荷，B座機房為兩臺790RT 離心式冷水機組及一臺 350RT螺桿式冷水機組，根據(jù)能耗檢測平臺提供的 2017年9月25日～10月27日的有效數(shù)據(jù)顯示，主機運行在一大一小時候的情況占多數(shù)，以10月10日至10月17日一周的數(shù)據(jù)為例，最大冷負荷約3335 kW（948RT）。

能耗檢測平臺于2017年8月底調(diào)試完成，數(shù)據(jù)采集從9月份開始，沒有采集到最熱天的實際運行參數(shù)，根據(jù)與現(xiàn)場工程師溝通，最熱天的時候開啟兩臺大的離心式冷水機組可滿足大樓冷負荷需求，即最大冷負荷約1580冷噸。以2017年10月10日的數(shù)據(jù)為基礎，以全年最大負荷時刻開啟兩臺 790RT 離心式冷水機組為例，采用全年負荷模擬軟件以及當年的室外逐時氣象數(shù)據(jù)計算得出全年最大日冷負荷如圖 1，B座辦公樓的全年負荷率及對應負荷率的全年運行時間統(tǒng)計如表1所示。

圖1 全年最大日逐時冷負荷分布（kW）

表1 B座能耗模擬結果統(tǒng)計

1.2 制冷主機實際運行COP值

在進行方案改造的經(jīng)濟性分析之前，對原制冷主機的COP值進行測定，是對原系統(tǒng)實際制冷性能的客觀評價，也是進行系統(tǒng)改造行經(jīng)濟性比較分析的基礎，原來系統(tǒng)的COP值越高，說明主機的運行能效高，則改造的投資回報年限就越長。根據(jù)主機的開機情況，選取了 B1（790RT）、B3（350RT）主機在10月10日～10月27日的逐時運行參數(shù)，根據(jù)測得的流量、溫差、功耗數(shù)據(jù)計算出來實際 COP 值，對應負荷率的變化，實際運行數(shù)據(jù)中離心機的負荷率在55%～100%范圍內(nèi)變化，螺桿機負荷率從 35%～100%范圍內(nèi)變化，將根據(jù)實測數(shù)據(jù)擬合的 COP 值與負載率的關系與廠家提供的理論COP與負載率的關系對比，如圖2。

圖2 負載率與COP值的理論運行曲線

2 系統(tǒng)改造方案

2.1 冰蓄冷改造部分

根據(jù)項目現(xiàn)有條件，擬將現(xiàn)有的一臺水冷螺桿式冷水機組改造為雙工況冷水機組（制冰/空調(diào)），而離心式冷水機組改造為雙工況機組需要改造的機械部件太多（葉輪、控制系統(tǒng)等均需做改造），建議保留原來兩臺離心式冷水機組，同時增加兩臺乙二醇泵（一用一備）、一套板式換熱器，將原設計中水機房的位置用于安裝1800RTH的蓄冰槽，雙工況機組夜間低谷電價時制冰，在白天電價高峰時段融冰調(diào)峰，主要改造的設備如表2所示。

表2 冰蓄冷改造設備清單

2.2 原冷凍水泵變頻改造

冷凍水輸送系數(shù)[1]為空調(diào)系統(tǒng)制備的總冷量與冷凍水泵（包括冷凍水系統(tǒng)的一次泵、二次泵）的能耗之比，表征的是冷凍水系統(tǒng)的輸送效率，該值越高，冷凍水系統(tǒng)的輸送效率就越高。從9月25日與10月10日的運行數(shù)據(jù)可以看出：這兩天主機均開啟一大一小，水泵開啟一大一小，大水泵均處于35 Hz的變頻工況下運行，小水泵10月10 日處于變頻運行，9月25日小水泵處于工頻運行，10月10 日的冷凍水輸送系數(shù)要明顯優(yōu)于9月25日的運行數(shù)據(jù)，對水泵的運行數(shù)據(jù)進行對比后發(fā)現(xiàn)，10月10日水泵的運行功率（約13.5 kW）遠低于9 月25 日的運行功率（約39 kW），冷凍水系統(tǒng)的輸送系數(shù)對比如圖3。

圖3 B座水泵工頻與變頻工況下的冷凍水輸送系數(shù)對比

經(jīng)過與運營工程師溝通發(fā)現(xiàn)，B座制冷機房的主要設備運行參數(shù)在項目交付使用時調(diào)試好，再未改動過，且機房設備的運營靠人工進行，集分水器之間的壓差旁通閥斷路，水泵的變頻工況點依靠人工設定，尤其是小水泵的變頻與否取決于運維人員的手動設定，且頻率不隨負荷的變化而變化，針對冷凍水泵建議加裝末端壓差測量點，同時集分水器之間的壓差旁通閥應接駁到位，壓差信號恢復正常，空調(diào)循環(huán)水泵根據(jù)末端的水流壓差信號調(diào)節(jié)水泵運轉(zhuǎn)頻率，改變?nèi)斯ぴO定水泵工作頻率的現(xiàn)狀[2]。

2.3 原系統(tǒng)的冷卻水泵變頻改造

原有的空調(diào)系統(tǒng)的管徑設計選擇、水泵的流量揚程均是基于設計日最大冷負荷來確定的，空調(diào)系統(tǒng)長期運行在部分負荷下，水泵工作點偏離設計狀態(tài)點，水泵流量偏大，在系統(tǒng)只開啟一臺小主機的時候（平均負載率約70%），開啟一臺小冷卻泵及一臺小冷卻塔，冷卻水系統(tǒng)沒有安裝流量計，但是從冷卻水的供回水溫度可以看出，冷卻水供回水溫差僅2.29 ℃（設計溫差為5℃），在主機輸出的冷凝熱基本不變的條件下，水泵的流量沒有發(fā)生改變（水泵未變頻，未有其他水泵投入運行），可以判定水泵的流量偏大。

在系統(tǒng)進行冰蓄冷改造以后，在供冷季夜間的 8 h蓄冷均是由小的螺桿冷水機組、小冷卻泵來運行，在該工況下，原來設計的冷卻水泵勢必揚程偏大，因此對于兩臺小的冷卻水泵（設計流量 276 m3/h，揚程35 m，功率55kW）的變頻改造具有較大的節(jié)能空間。

3 項目改造投資費用概算

該空調(diào)系統(tǒng)改造工程的投資概算詳見表3。

表3 項目改造投資費用概算

4 運行費用對比分析

根據(jù)上述負荷分布情況，對系統(tǒng)改造前后的運行費用的估算詳見表4、5。

表4 常規(guī)系統(tǒng)年運行費用分析統(tǒng)計

表5 蓄冰系統(tǒng)年運行費用分析統(tǒng)計表

5 結論及建議

對既有建筑空調(diào)系統(tǒng)的改造業(yè)主最關心的是投資回報年限，從經(jīng)濟性分析的結果來看，改造工程投資概算 185 萬元，改造后運行費用每年節(jié)約 31.3 萬元，資本的年收益率為16.9%，投資回報周期為5.9年。改造受現(xiàn)有機房條件限制，自2012年投入使用以來，各設備狀態(tài)良好，且改造不能影響大樓的正常運作，因此不宜對重要設備進行大規(guī)模改造，僅投入了1800RTh的蓄冰設備，跟業(yè)主溝通后，考慮多方因素認為投資收益合理，建議進入實施階段。