周友華，羅小榮，王谷洪

（江中藥業(yè)股份有限公司，江西 南昌 330096）

1 背景

在制藥行業(yè)，現(xiàn)有的常規(guī)制冷機(jī)房（空調(diào)系統(tǒng)）采用螺桿/離心式冷水機(jī)組+工頻泵+普通型冷卻塔+末端風(fēng)機(jī)柜的組合方式，整個系統(tǒng)的裝備硬件技術(shù)水平較低，設(shè)備的有效功率或能效比在運行時偏低，在設(shè)備使用過程中，這4種設(shè)備只能實現(xiàn)獨立控制運行，設(shè)備之間的負(fù)荷狀態(tài)及控制信息相互孤立，缺乏系統(tǒng)之間的負(fù)荷自調(diào)節(jié)，部分設(shè)備經(jīng)常做無用功，造成能耗浪費。而配套的輔助設(shè)備存在管網(wǎng)的阻力過大及儀表選型與控制系統(tǒng)精度不匹配等問題，從而導(dǎo)致制冷機(jī)房（空調(diào)系統(tǒng)）的能耗一直居高不下。

常規(guī)制冷機(jī)房整體系統(tǒng)主要存在硬件、軟件、安裝等3個方面的缺陷，而高效制冷機(jī)房在硬件上選擇節(jié)能型設(shè)備（裝備），在軟件上集成控制，使整個系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制，在安裝方面能合理根據(jù)流體力學(xué)及儀表的科學(xué)選型等方面做到有機(jī)結(jié)合，制冷機(jī)房系統(tǒng)能效比從3.0提升到5.0，節(jié)能顯著，同時大大減少碳排放。整個制冷機(jī)房系統(tǒng)可通過遠(yuǎn)程監(jiān)控實現(xiàn)無人值守[1]。

2 高效制冷機(jī)房技術(shù)特點

高效制冷機(jī)房是指制冷機(jī)房系統(tǒng)全年平均運行能效比[總冷量/（冷水機(jī)組+冷凍水泵+冷卻水泵+冷卻塔）耗電量]EER大于5.0的水冷式制冷機(jī)房[2]。根據(jù)廣東省2018年4月1日開始實施的《集中空調(diào)制冷機(jī)房系統(tǒng)能效監(jiān)測及評價標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定，高效制冷機(jī)房的總裝機(jī)大于500 RT，一級能效比EER需達(dá)到5.0。

2.1 系統(tǒng)組成

高效制冷機(jī)房系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 高效制冷機(jī)房系統(tǒng)組成

2.2 技術(shù)特點

高效制冷機(jī)房能夠?qū)崿F(xiàn)整個制冷機(jī)房的高效持續(xù)運行，實際上是精細(xì)化設(shè)計及智能化運維的工作系統(tǒng)。高效制冷機(jī)房包含節(jié)能環(huán)保型設(shè)備技術(shù)、安裝工程科學(xué)合理、智能化運維系統(tǒng)（平臺）等3個技術(shù)特點[3]。

（1）節(jié)能環(huán)保型設(shè)備技術(shù)。高效制冷機(jī)房采用節(jié)能環(huán)保型設(shè)備技術(shù)，其制冷主機(jī)選用變頻離心或磁懸浮冷水機(jī)組，其具有高效率（滿負(fù)荷+全工況部分負(fù)荷）的特點，并采用蒸發(fā)器/冷凝器低水阻。冷卻塔風(fēng)機(jī)為變頻電機(jī)，采用變頻控制，水溫優(yōu)化為35.5/30.5℃（原為37/32℃），在滿足安裝限制條件下，增大填料換熱面積，布水要均勻；水泵采用臥式或立式雙吸泵，水泵電機(jī)為變頻電機(jī)，采用變頻控制，揚程余量合理，電機(jī)、葉輪可高效率運行。

（2）安裝工程科學(xué)合理。原則上采用管網(wǎng)低阻力設(shè)計，采用低阻力管路和低阻力閥件，降低水泵揚程，降低能耗。①水泵入口采用低阻力角通式自動反沖洗過濾器代替Y型過濾器。②水泵出口采用低阻力偏心球形止回閥，設(shè)計流量下水阻不大于5 kPa。③低阻力管件采用順?biāo)?、順?biāo)畯濐^的設(shè)計，用45°彎頭（圖2）替代90°彎頭（圖3）。④取消分集水器。⑤適當(dāng)提高水泵基礎(chǔ)，水泵與主機(jī)進(jìn)出管合理調(diào)整為斜接管方式（或直管方式），減少阻力。

圖2 常規(guī)制冷機(jī)房管道安裝（一）

圖3 常規(guī)制冷機(jī)房管道安裝（二）

（3）智能化運維系統(tǒng)。當(dāng)?shù)讓迂?fù)荷發(fā)生改變時，末端出水溫度會發(fā)生改變，溫度改變的冷凍水回水經(jīng)過變頻制冷主機(jī)時，主機(jī)會感應(yīng)到并通過變頻調(diào)節(jié)制冷量以適應(yīng)當(dāng)前的負(fù)荷。與此同時，群控系統(tǒng)接收來自變頻制冷主機(jī)的信號，根據(jù)制冷量變化情況控制制冷主機(jī)的開啟臺數(shù)；也接收冷凍水管路上安裝的溫度傳感器反饋的溫度信息，根據(jù)反饋的溫度信息控制變頻冷凍水泵、變頻冷卻水泵以及變頻冷卻塔風(fēng)機(jī)的運行狀態(tài)。通過群控系統(tǒng)的控制，實現(xiàn)系統(tǒng)的高效運行[4]。

2.3 對比分析

高效制冷機(jī)房與常規(guī)制冷機(jī)房的對比分析如表1所示。

表1 高效制冷機(jī)房與常規(guī)制冷機(jī)房的對比分析

3 高效制冷機(jī)房技術(shù)應(yīng)用

3.1 測試實驗

某制藥生產(chǎn)車間常規(guī)制冷機(jī)房裝機(jī)容量為800 RT（設(shè)備2018年開始投入使用，已運行近4年），機(jī)房設(shè)備運行正常。

（1）測試時間：2021年8月5日—9月14日。

（2）現(xiàn)場測試：①根據(jù)溫差表和流量計（圖4）計算能量，制冷量=溫差×流量×1.163，推算出能量大小。②通過通信采集裝置（圖5）讀取能量表的實時制冷量、累計制冷量。③采集裝置讀取智能電表（圖6）的實時功率、累計電量。

圖4 溫差表和流量計

圖5 通信采集裝置

圖6 智能電表

（3）測試記錄：連續(xù)實時動態(tài)測試40 d，詳見表2，系統(tǒng)能效瞬時峰值在3.30；從每天的測試數(shù)據(jù)來看，系統(tǒng)運行時能效值波動較大。

表2 連續(xù)實時動態(tài)測試情況

（4）實時能效比：EER=實時制冷量/實時機(jī)房總功率=2.98。

（5）累計能效比：EER=累計制冷量/機(jī)房累計耗電量=2.64。

（6）測試小結(jié)：該機(jī)房運行能效比大多處于3.0以下，根據(jù)現(xiàn)有機(jī)房條件，機(jī)房能效比還有很大的提升空間。

3.2 應(yīng)用推廣

（1）改造項目。對上述某制藥生產(chǎn)車間裝機(jī)容量為800 RT的常規(guī)制冷機(jī)房進(jìn)行升級改造，改造成節(jié)能型制冷機(jī)房。

實測制冷機(jī)房的運行能效比EER約為2.6，根據(jù)現(xiàn)有機(jī)房條件，機(jī)房能效還有很大的提升空間。在不更換主要設(shè)備的情況下，將常規(guī)機(jī)房升級為智能控制節(jié)能機(jī)房，改造費用為74.2萬元。改造運行后，全年綜合能效比EER為4.2，相較于常規(guī)機(jī)房節(jié)約38%，每年節(jié)約用電60萬kW·h，同時為企業(yè)每年減少碳排放約600 t（根據(jù)換算方法：使用1萬kW·h電≈排放9.97 t二氧化碳）。每年可節(jié)約電費39萬元，減少操作/巡視人員1名，投資回收期為1.5年。某制藥生產(chǎn)車間制冷機(jī)房改造投資分析如表3所示。

表3 某制藥生產(chǎn)車間制冷機(jī)房改造投資分析

（2）新建項目。針對某制藥企業(yè)新建項目，分2個車間建設(shè)，整個項目設(shè)計裝機(jī)容量為4149 RT高效制冷機(jī)房，并已納入設(shè)計藍(lán)圖。

根據(jù)高效制冷機(jī)房的要求，按能效比EER大于5.0進(jìn)行方案設(shè)計，目前項目在2022年1月份完成高效制冷機(jī)房EPC的招標(biāo)采購，總投資在1100萬元；相比于常規(guī)制冷機(jī)房的設(shè)備采購貴10%，約110萬元；項目實施后能效約為5.4，每年可節(jié)約用電326萬kW·h（根據(jù)換算方法：使用1萬kW·h電=排放9.97 t二氧化碳），每年可減少二氧化碳排放量約3250 t。每年可節(jié)約電費211萬元，減少操作/巡視人員1名，投資回收期為0.5年。某制藥企業(yè)新建項目高效制冷機(jī)房投資分析如表4所示。

表4 某制藥企業(yè)新建項目高效制冷機(jī)房投資分析

通過以上兩種方式進(jìn)行節(jié)能環(huán)保型制冷機(jī)房打造，將為該制藥企業(yè)大幅節(jié)省電量，節(jié)約電費，大大減少企業(yè)的二氧化碳排放，同時提高企業(yè)智能化水平，提升企業(yè)形象[5]。

4 結(jié)語

綜合上述，空調(diào)機(jī)房在現(xiàn)代建筑中不可或缺，但舒適環(huán)境的背后，是大量能源的消耗。據(jù)統(tǒng)計，我國每年建筑物產(chǎn)生的能耗約占總能耗的30%，而空調(diào)機(jī)房的能耗又占建筑物總能耗的50%～70%，因此，打造高效節(jié)能的空調(diào)機(jī)房已成為大勢所趨。高效制冷機(jī)房將在各行各業(yè)得到普及和應(yīng)用，為我國實現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。