前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了高效制冷系統(tǒng)建設(shè)與工程實(shí)踐淺析范文,希望能給你帶來(lái)靈感和參考,敬請(qǐng)閱讀。
摘要:結(jié)合高效制冷機(jī)房項(xiàng)目建設(shè),總結(jié)了高效制冷機(jī)房設(shè)計(jì)與建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)難題。通過(guò)高效制冷機(jī)房全流程方案的應(yīng)用與實(shí)施,對(duì)設(shè)計(jì)與建設(shè)高效制冷機(jī)房全壽命周期流程進(jìn)行了驗(yàn)證與優(yōu)化,為高效機(jī)房的實(shí)施提供有效的方案。在高效制冷機(jī)房設(shè)計(jì)階段,采用仿真模擬項(xiàng)目全年冷負(fù)荷,依據(jù)廠房全年負(fù)荷需求及機(jī)房高效設(shè)備選型建立數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行了項(xiàng)目全年能效模擬。建立了整個(gè)制冷機(jī)房的能量平衡數(shù)學(xué)模型及能耗數(shù)學(xué)模型,通過(guò)聯(lián)合求解尋優(yōu),使機(jī)房總能耗最低(即整體效率最高),達(dá)到一級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn),提升了高效制冷機(jī)房的整體能效比。
關(guān)鍵詞:高效制冷系統(tǒng);全年負(fù)荷模擬;能耗數(shù)學(xué)模型;能源管理系統(tǒng)
0引言
工業(yè)建筑中空調(diào)耗電量占建筑總耗電量的50%左右,而空調(diào)耗電量中,制冷機(jī)房系統(tǒng)(含冷水機(jī)組、水泵及冷卻塔)耗電量又占空調(diào)系統(tǒng)耗電量的80%左右[1]。隨著國(guó)家“雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)”的實(shí)施,需要提高制冷機(jī)房的能效比,滿足節(jié)能減排的目標(biāo)。
1高效機(jī)房系統(tǒng)技術(shù)方案
高效制冷機(jī)房項(xiàng)目建設(shè)全周期主要內(nèi)容包括:全年負(fù)荷模擬、高效機(jī)房設(shè)備選型、全年能效模擬、建立高效機(jī)房能源管理系統(tǒng)、高效機(jī)房施工要點(diǎn)、高效機(jī)房能效分析。1)全年負(fù)荷模擬:依據(jù)廠房設(shè)計(jì)負(fù)荷需求表,以及夏季、冬季和過(guò)渡季的冷負(fù)荷需求及全年室外環(huán)境參數(shù),利用設(shè)備和系統(tǒng)的仿真計(jì)算模型模擬項(xiàng)目全年冷負(fù)荷。2)高效機(jī)房設(shè)備選型:選用磁懸浮冷水機(jī)組,能效比高、制冷效率高;水泵選擇一級(jí)能效電動(dòng)機(jī),滿足節(jié)能要求;冷卻塔采用變頻風(fēng)機(jī),根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)整通風(fēng)量。3)全年能效模擬:依據(jù)廠房全年負(fù)荷需求及高效機(jī)房設(shè)備選型建立數(shù)學(xué)模型,模擬制冷機(jī)房全年冷負(fù)荷,并使用高效制冷機(jī)房全局尋優(yōu)控制策略,利用設(shè)備數(shù)學(xué)模型模擬全年運(yùn)行,根據(jù)冷負(fù)荷需求,計(jì)算設(shè)備所消耗功率,最終得出制冷系統(tǒng)模擬能效。4)高效機(jī)房能源管理:安裝多功能電表采集設(shè)備用電信息,冷水主管安裝流量傳感器及溫度變送器,采集并計(jì)算輸出冷量,通過(guò)能源管理系統(tǒng)分析機(jī)房運(yùn)行狀態(tài)與效果;使用智能優(yōu)化控制算法,利用基于設(shè)備與系統(tǒng)的數(shù)字化模型,通過(guò)全局最優(yōu)的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)的優(yōu)化控制。5)管路優(yōu)化:適當(dāng)增大管徑,降低流速;采取斜三通替代正三通;減少管路彎頭;冷水機(jī)組冷凝器采用在線清洗裝置,降低管道阻力。6)高效機(jī)房能效分析:通過(guò)能源管理軟件,實(shí)時(shí)查看制冷機(jī)房瞬時(shí)能效、能效變化趨勢(shì)及電力消耗情況、冷量輸出情況、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài);全面監(jiān)控機(jī)房能源輸入與輸出,進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與評(píng)價(jià)。
2高效機(jī)房設(shè)備選型
冷水機(jī)組為高效機(jī)房中耗電量最大的設(shè)備,使高性能冷水機(jī)組始終在高效率點(diǎn)附近運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)高效機(jī)房最核心的保證。按照已建廠房的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn),通常冷水機(jī)組大部分時(shí)間運(yùn)行在30%~70%區(qū)間范圍內(nèi)。定頻冷水機(jī)組在部分負(fù)荷下的性能較變頻冷水機(jī)組低,因此在高效機(jī)房的設(shè)計(jì)中通常采用部分負(fù)荷下性能更好的變頻冷水機(jī)組。磁懸浮變頻冷水機(jī)組,采用永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),可采用多機(jī)頭、無(wú)須油潤(rùn)滑,因此具有控制精度高、機(jī)械效率高、傳熱效率高、低負(fù)荷工況下整機(jī)的能效比高等優(yōu)點(diǎn),使得機(jī)組的能效比特別是部分負(fù)荷工況下的能效比高于普通離心式冷水機(jī)組。不同機(jī)組效率對(duì)比如圖1所示。磁懸浮冷水機(jī)組技術(shù)目前已趨于成熟,但是價(jià)空調(diào)制冷暖通空調(diào)HV&AC2022年第52卷增刊1·921·格比普通變頻離心式冷水機(jī)組高1.6倍左右,因此在高效機(jī)房的設(shè)計(jì)與選型中應(yīng)對(duì)機(jī)房的綜合COP及初投資綜合評(píng)估后進(jìn)行選取。水泵作為輸送流體設(shè)備,其輸送動(dòng)力能耗占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)能耗的20%左右,應(yīng)盡量減少制冷系統(tǒng)輸送動(dòng)力能耗。水泵選型:1)空調(diào)水系統(tǒng)最不利環(huán)路阻力加上機(jī)房各設(shè)備阻力之和作為確定水泵揚(yáng)程的依據(jù),故應(yīng)盡量縮小最不利環(huán)路的長(zhǎng)度,選擇低阻力閥門閥件或增大管徑,減小水泵揚(yáng)程;2)選用高效、變頻水泵,電動(dòng)機(jī)選用一級(jí)能效[3]。冷卻塔常常作為大型集中空調(diào)系統(tǒng)的冷卻設(shè)備,目的是給制冷主機(jī)創(chuàng)造連續(xù)、可靠的運(yùn)行條件,把制冷主機(jī)的冷凝熱量轉(zhuǎn)移到大氣中去。在室外濕球溫度一定時(shí),壓縮機(jī)冷凝溫度越低,越有利于制冷主機(jī)高效運(yùn)行[2],如圖2、3所示。
3高效機(jī)房負(fù)荷模擬
高效制冷機(jī)房項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中,結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)、地域氣候、能耗特征、負(fù)荷強(qiáng)度、逐時(shí)冷量需求等條件及全年負(fù)荷變化規(guī)律,通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、能耗分析來(lái)確定節(jié)能途徑。依據(jù)空調(diào)計(jì)算書的數(shù)據(jù)及夏季、冬季和過(guò)渡季的冷負(fù)荷比例,預(yù)測(cè)冬季和過(guò)渡季的冷負(fù)荷,基于以上設(shè)計(jì)參數(shù),采用能效模擬軟件,建立冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔等設(shè)備工況模型,采用實(shí)時(shí)尋優(yōu)控制策略,模擬項(xiàng)目全年冷負(fù)荷。模擬結(jié)果如圖4所示。使用高效制冷機(jī)房全局尋優(yōu)控制策略,利用設(shè)備數(shù)學(xué)模型模擬全年運(yùn)行,根據(jù)冷負(fù)荷需求計(jì)算設(shè)備所消耗功率。經(jīng)過(guò)模擬,本項(xiàng)目制冷機(jī)房全年平均能效(EER)為5.6,全年制冷站COP高于5.0。模擬全年能效比如圖5所示。從圖5可以看到,在節(jié)能優(yōu)化控制策略下,制冷機(jī)房每月都處于高效運(yùn)行范圍,這與冷水機(jī)組的性能特性、水泵變頻特性密切相關(guān)。一般情況下,磁懸浮冷水機(jī)組在30%~80%負(fù)荷區(qū)間內(nèi)的能效最高,且負(fù)荷越低,能效越高。通過(guò)模擬冷水機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)及運(yùn)行負(fù)載分析,在冬季運(yùn)行2臺(tái)磁懸浮冷水機(jī)組,每臺(tái)冷水機(jī)組的負(fù)載率在35%左右,而運(yùn)行1臺(tái)磁懸浮冷水機(jī)組的話,負(fù)載率約在70%,磁懸浮冷水機(jī)組在低負(fù)荷下運(yùn)行的能效比要高于高負(fù)荷下運(yùn)行。在過(guò)渡季節(jié)運(yùn)行3臺(tái)磁懸浮冷水機(jī)組時(shí),每臺(tái)機(jī)組的負(fù)載率在40%左右,能效比大大提升。在部分負(fù)荷的情形下,整個(gè)制冷機(jī)房的節(jié)能效果非常明顯。
4高效機(jī)房管路優(yōu)化
通過(guò)BIM設(shè)計(jì)進(jìn)行配管降阻優(yōu)化;通過(guò)合理布置管路,減小管路系統(tǒng)阻力,減少能源消耗。主要優(yōu)化方法如下:1)適當(dāng)增大管徑,降低流速。2)合理布置管道及設(shè)備,縮短管道長(zhǎng)度。3)減少管路彎頭。4)采用順?biāo)ㄌ娲ā?)選取阻力低的閥門。6)取消不必要的閥門和管件。7)冷水機(jī)組冷凝器采用在線清洗裝置,清除水垢,主機(jī)自身節(jié)能。
5高效機(jī)房控制策略
高效制冷機(jī)房的節(jié)能不能單看某個(gè)設(shè)備的節(jié)能效果,而要將制冷機(jī)房?jī)?nèi)的所有設(shè)備作為一個(gè)整體看待,保證整體的節(jié)能,而不是單個(gè)設(shè)備的節(jié)能。整體節(jié)能需綜合考慮所有設(shè)備的各項(xiàng)能效影響因素,當(dāng)供冷量相同,改變冷卻水溫度、冷卻水泵運(yùn)行頻率、冷卻塔運(yùn)行頻率時(shí),存在很多的調(diào)節(jié)組合,總有一個(gè)參數(shù)組合可以滿足整體節(jié)能乃至整體能耗最低。高效制冷機(jī)房節(jié)能控制系統(tǒng)采用全局實(shí)時(shí)尋優(yōu)控制策略,達(dá)到制冷機(jī)房整體能效最高。系統(tǒng)架構(gòu)模型如圖6所示。通過(guò)建立系統(tǒng)各設(shè)備數(shù)學(xué)模型,根據(jù)制冷機(jī)房?jī)?nèi)各設(shè)備的特性建立各自的能耗數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上建立整個(gè)制冷機(jī)房的能量平衡數(shù)學(xué)模型及能耗數(shù)學(xué)模型。利用聯(lián)合求解尋優(yōu),在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),控制計(jì)算機(jī)以一定的時(shí)間間隔測(cè)量制冷負(fù)荷的實(shí)時(shí)值,并據(jù)此進(jìn)行各能耗數(shù)學(xué)模型的聯(lián)合求解,找出能夠滿足此制冷負(fù)荷、且整個(gè)制冷機(jī)房總能耗最低(即整體效率最高)的工作狀態(tài),輸出最佳控制參數(shù)。最后,控制參數(shù)下發(fā)給PLC執(zhí)行,在此基礎(chǔ)上,控制計(jì)算機(jī)確定各受控變量的設(shè)定值,并將之傳送到對(duì)應(yīng)的PLC中,再由PLC控制各臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),使得整個(gè)制冷機(jī)房運(yùn)行在效率最高的狀態(tài)下。
6高效機(jī)房能源管理
高效機(jī)房節(jié)能控制系統(tǒng)為一個(gè)獨(dú)立的智能群控系統(tǒng),包括一個(gè)計(jì)算機(jī)工作平臺(tái)、多個(gè)可編程邏輯控制器(PLC),以及符合ASHRAEGuide22和AHRI550/590標(biāo)準(zhǔn)要求的固定測(cè)量裝置,能在制冷機(jī)房監(jiān)控中心顯示整個(gè)制冷系統(tǒng)各主要設(shè)備、控制閥門、裝置、管路(水路流程)的運(yùn)行狀態(tài),且開(kāi)放數(shù)據(jù)接口以接入FMCS(廠務(wù)管理系統(tǒng))。高效機(jī)房能源管理系統(tǒng),出于遠(yuǎn)程監(jiān)控、高效控制和安全監(jiān)控等需求,需在管道上安裝流量計(jì)、溫度傳感器、壓力傳感器,在配電回路安裝智能電表等計(jì)量裝置。通過(guò)高效機(jī)房能源管理軟件,實(shí)時(shí)采集設(shè)備消耗電力,統(tǒng)計(jì)每日、每周、每月、每年設(shè)備消耗電力,形成數(shù)據(jù)報(bào)表。利用高效機(jī)房能源管理系統(tǒng),通過(guò)高效機(jī)房實(shí)時(shí)能耗統(tǒng)計(jì),計(jì)算機(jī)房實(shí)時(shí)能效比,生成能效比趨勢(shì)曲線;分析日、月、年平均能效比,形成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)節(jié)能效果。能源管理界面如圖7所示。
7節(jié)能效果采用高效機(jī)房能源管理系統(tǒng)與高效率、高制冷
量冷水機(jī)組及高效水泵、冷卻塔組合,建設(shè)高效機(jī)房。在相同制冷量條件下,采用傳統(tǒng)運(yùn)行策略時(shí)該制冷機(jī)房的全年平均能效為3.80,而采用高效機(jī)房設(shè)計(jì)建設(shè)方案后,能效比提高到5.8,節(jié)能率達(dá)33.91%,如表1所示。
8結(jié)語(yǔ)
高效機(jī)房項(xiàng)目實(shí)施,結(jié)合國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo),通過(guò)高效機(jī)房設(shè)計(jì)、選型、施工、調(diào)試、控制策略、能源管理系統(tǒng),達(dá)到降低電力消耗、提升系統(tǒng)整體能效,節(jié)約能源、減少碳排放,實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo),為今后制冷動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)能減排、設(shè)計(jì)與實(shí)施提供解決方案。
參考文獻(xiàn):
[1]孔令昱.某工廠能耗狀況分析及節(jié)能分析[J].建筑設(shè)計(jì)管理,2009(5):29-32.
[2]韓彥斌,張彥昌.水冷式冷水機(jī)組大溫差運(yùn)行特性試驗(yàn)[J].制冷與空調(diào),2016,16(2):56-61.
[3]楊光.中央空調(diào)大溫差系統(tǒng)應(yīng)用及節(jié)能設(shè)計(jì)分析[J].綠色建筑,2013(6):40-42.
作者:吳峰 李華新 陳金虎 單位:中國(guó)電子系統(tǒng)工程第四建設(shè)有限公司