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        某工廠冷卻工藝用中央空調(diào)高效機(jī)房方案選型設(shè)計(jì)

        2021-10-15 14:50:42王偉東
        機(jī)電信息 2021年25期

        摘要:介紹了基于自然冷卻技術(shù)、變頻技術(shù)、水系統(tǒng)變流量技術(shù)的三種高效系統(tǒng)在某工廠冷卻工藝用中央空調(diào)高效機(jī)房中的應(yīng)用,并詳細(xì)探討了高效機(jī)房的方案設(shè)計(jì)思路,為高效機(jī)房的設(shè)計(jì)提供了技術(shù)參考。

        關(guān)鍵詞:高效機(jī)房;中央空調(diào);自然冷卻;變頻技術(shù)

        0 引言

        中央空調(diào)系統(tǒng)的制冷機(jī)房是一個(gè)由多種設(shè)備組成且需協(xié)調(diào)運(yùn)行的綜合體,中央空調(diào)高效機(jī)房通過(guò)對(duì)主機(jī)、水泵、冷卻塔、管路等設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)化設(shè)計(jì),采用最佳的運(yùn)行策略綜合調(diào)控,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

        實(shí)現(xiàn)高效機(jī)房的前提是設(shè)計(jì)一個(gè)高效的節(jié)能系統(tǒng),以北方地區(qū)中央空調(diào)機(jī)房為例,分別有基于自然冷卻技術(shù)、變頻技術(shù)、水系統(tǒng)變流量技術(shù)的三種高效系統(tǒng)。自然冷卻技術(shù)是利用冬季低溫環(huán)境,將冷卻塔的冷卻水直接供到板式換熱器,通過(guò)板式換熱器進(jìn)行換熱置換出冷水,而無(wú)須制冷主機(jī)開(kāi)機(jī),冬季自然冷卻系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

        冷水機(jī)組變頻技術(shù)作為現(xiàn)在比較成熟的節(jié)能技術(shù),已被廣泛應(yīng)用。

        一方面,在冷卻水溫降低的情況下,冷水機(jī)組變頻技術(shù)可有效降低冷水機(jī)組變頻電機(jī)的耗電量;另一方面,當(dāng)制冷負(fù)荷降低時(shí),電機(jī)負(fù)荷會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié),亦能有效降低電機(jī)耗電量。水系統(tǒng)變流量技術(shù)可根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需求調(diào)節(jié)冷凍水泵的頻率以適應(yīng)冷水流量的實(shí)際需求,實(shí)行按需配送,可有效降低水泵耗電量。

        1 工程概述

        某工廠位于山東省臨沂市,工藝生產(chǎn)線的換熱器有冷卻降溫需求,冷負(fù)荷為1 400 kW,冷水出水溫度為7 ℃,全年制冷。工廠的換熱器數(shù)量為200個(gè),布置高度各有不同,最高點(diǎn)處約27 m,最長(zhǎng)冷水循環(huán)水環(huán)路為600 m。本項(xiàng)目擬從高效機(jī)房綜合解決方案的角度,遵循技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、節(jié)能減排的原則,為客戶提供最優(yōu)方案,使工廠生產(chǎn)線達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。

        2 方案說(shuō)明

        2.1 ? ?系統(tǒng)描述

        因臨沂市的冬季氣溫較低,本著降低運(yùn)行費(fèi)用的目的,本項(xiàng)目的高效機(jī)房系統(tǒng)采用變頻螺桿式冷水機(jī)組系統(tǒng)、自然冷卻系統(tǒng)及水系統(tǒng)變流量技術(shù)相結(jié)合的形式。

        該項(xiàng)目選擇3臺(tái)制冷量為770 kW的變頻螺桿式冷水機(jī)組,其中一臺(tái)機(jī)組作為備用,以保證在其他機(jī)組檢修或者出現(xiàn)故障時(shí),整個(gè)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。選擇變頻螺桿機(jī)組的原因是在用戶側(cè)負(fù)荷變化時(shí),機(jī)組電機(jī)頻率可隨負(fù)荷調(diào)節(jié),當(dāng)負(fù)荷下降時(shí),電機(jī)的輸入功率降低,從而主機(jī)的能耗也會(huì)降低。

        自然冷卻系統(tǒng)采用不銹鋼板式換熱器,在1月、2月、12月三個(gè)月份內(nèi),主機(jī)不運(yùn)行,來(lái)自冷卻塔的冷卻水直接送至板式換熱器,通過(guò)板式換熱器置換冷水送至末端。自然冷卻系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí),只有水泵和冷卻塔運(yùn)行,主機(jī)不開(kāi)機(jī)、無(wú)能耗,從而有效降低了整體能耗。

        水系統(tǒng)變流量是指冷水泵、冷卻水泵采用變頻泵,在部分負(fù)荷運(yùn)行的月份,采用水系統(tǒng)變流量技術(shù),利用自控系統(tǒng)調(diào)整水泵的頻率,改變冷水與冷卻水的供給量,從而降低水泵能耗,大幅節(jié)省冷水泵和冷卻水泵的運(yùn)行費(fèi)用。

        因本項(xiàng)目為工藝生產(chǎn)用,考慮到生產(chǎn)線連續(xù)運(yùn)行,系統(tǒng)設(shè)置水箱一臺(tái),內(nèi)部設(shè)置隔板,將供回水分開(kāi)。

        2.2 ? ?高效機(jī)房主要設(shè)備選型

        高效機(jī)房的主要設(shè)備明細(xì)及參數(shù)如表1所示。

        2.3 ? ?系統(tǒng)流程

        根據(jù)《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50019—2015)[1]中9.9章節(jié)空氣調(diào)節(jié)冷熱水及冷凝水系統(tǒng)的指導(dǎo)措施布置系統(tǒng)流程,其中三臺(tái)冷水機(jī)組與一臺(tái)板式換熱器采用管路并聯(lián)的形式,系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

        從3月至11月,{5}板式換熱器兩側(cè)的循環(huán)管路關(guān)閉,不參與循環(huán)。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)流程為:來(lái)自{6}冷卻塔的冷卻水經(jīng)過(guò){3}冷卻水循環(huán)泵送至{1}冷水機(jī)組的冷凝器,與冷凝器的高溫制冷劑換熱,冷卻水出水溫度提高,返回至{6}冷卻塔,水經(jīng)過(guò)冷卻塔向空氣散熱,冷卻水水溫下降,再次經(jīng)過(guò){3}冷卻水循環(huán)泵,完成冷卻水循環(huán)。冷水循環(huán)系統(tǒng)流程為:來(lái)自用戶末端的冷水回水流至{7}回水箱,回水經(jīng)過(guò){2}冷水循環(huán)泵送至{1}冷水機(jī)組的蒸發(fā)器,與蒸發(fā)器的低溫制冷劑換熱,冷水溫度下降,然后送至{7}供水箱,經(jīng)過(guò){4}二次循環(huán)泵送到用戶末端,完成冷水循環(huán)。

        在1月、2月、12月,因?yàn)榄h(huán)境溫度低于0 ℃,①冷水機(jī)組無(wú)須開(kāi)機(jī),開(kāi)啟{5}板式換熱器兩側(cè)循環(huán)管路。循環(huán)流程為:{6}冷卻塔的冷卻水與外界低溫空氣換熱,產(chǎn)生低溫的冷卻水,經(jīng)過(guò){3}冷卻水循環(huán)泵送至{5}板式換熱器一次側(cè),經(jīng)過(guò)板式換熱器換熱溫度升高,返回至{6}冷卻塔,完成冷卻水循環(huán)。來(lái)自用戶末端的冷水回水經(jīng)過(guò){7}回水箱,經(jīng)由{2}冷水循環(huán)泵送至{5}板式換熱器二次側(cè),經(jīng)過(guò)板換與低溫冷卻水換熱,冷水溫度下降,完成冷水循環(huán)。

        3 高效機(jī)房經(jīng)濟(jì)性分析

        3.1 ? ?高效機(jī)房年運(yùn)行費(fèi)用概算

        計(jì)算高效機(jī)房系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用的時(shí)候,按照每月的負(fù)荷和耗電量計(jì)算更加接近系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行情況,因此確定月平均冷卻水進(jìn)水溫度和月平均負(fù)荷極為重要。結(jié)合自然冷卻月份(1月、2月、12月)和冷卻塔選型,將冷卻水進(jìn)水溫度定為6.5 ℃,剩余9個(gè)月份根據(jù)當(dāng)?shù)氐脑缕骄鶟袂驕囟群椭鳈C(jī)冷卻水溫度運(yùn)行范圍確定冷卻水的進(jìn)水溫度,月平均負(fù)荷由客戶提供,機(jī)組、冷卻塔、水泵在不同工況下的輸入功率均由所選設(shè)備廠家提供,年運(yùn)行費(fèi)用如表2所示。

        3.2 ? ?初投資概算

        根據(jù)具體選型結(jié)果對(duì)設(shè)備初投資進(jìn)行概算,具體如表3所示。

        4 結(jié)語(yǔ)

        本文通過(guò)案例分析闡述了中央空調(diào)高效機(jī)房的理念,詳細(xì)論述了機(jī)房綜合性能系數(shù)與運(yùn)行費(fèi)用的計(jì)算方法。結(jié)合全文可以看出,中央空調(diào)高效機(jī)房在節(jié)能方面有著很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在國(guó)家倡導(dǎo)碳達(dá)峰、碳中和的市場(chǎng)需求下,中央空調(diào)高效機(jī)房可作為有效的節(jié)能方案進(jìn)行推廣。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1] 工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范:GB 50019—2015[S].

        收稿日期:2021-07-23

        作者簡(jiǎn)介:王偉東(1985—),男,山東人,工程師,研究方向:暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)。

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