1、高能效中央空調機房理論與高能效中央空調機房理論與改造改造應用案例介紹應用案例介紹高效能中央空調冷凍機房定義高效能中央空調冷凍機房定義1.現代的大型建筑，中央空調系統能耗占建筑整體運行能耗的4055%左右。其中，冷凍機房設備（包括冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔）用電占整個建筑全年用電的3035%。2.生產工廠中，冷凍機房的耗電也占工廠運行總能耗的相當大比例。例如 電子芯片工廠中冷凍機房的能耗約為工廠總能耗的18-25% 制藥行業工廠中冷凍機房的能耗約為工廠總能耗的20-30% 食品和飲料行業工廠中冷凍機房能耗約為工廠總能耗的30-35% 汽車制造行業工廠中冷凍機房能耗約為工廠總能耗的10-

2、15%中央空調冷凍中央空調冷凍機房機房的整體能效對的整體能效對建筑、建筑、工廠工廠節能降耗都節能降耗都有著至關重要的意義！有著至關重要的意義！高效能中央空調冷凍機房定義高效能中央空調冷凍機房定義 評價冷水機房是否真正節能，采用“冷水機房全年綜合能效”，也即根據美國采暖、制冷與空調工程師學會（ASHRAE）提出的標準，“冷水機房全年綜合能效”在 0.85 kW/ton 以下的為高效能高效能機房機房，綜合能效在1.0 kW/ton以上的為需要改造的機房。目前國內大部分機房能效都在1.0 kW/ton 以上。機房能效W（冷機）W（冷凍水泵）W（冷卻水泵）W（冷卻塔）Q（總冷量）Kw/Ton高效能中央

3、空調冷凍機房定義高效能中央空調冷凍機房定義高效能中央空調冷凍機房高效能中央空調冷凍機房特點特點1. 1.負荷特點負荷特點 運行時間較長，年運行時間在運行時間較長，年運行時間在35003500個小時以上，很多機房個小時以上，很多機房處處于全年運于全年運行狀態行狀態 負荷中不僅僅包括工藝性負荷，還包括空調系統的季節性負荷，部分負荷中不僅僅包括工藝性負荷，還包括空調系統的季節性負荷，部分負荷特點明顯負荷特點明顯 冷冷負荷需求的冷水溫度設定可以隨季節進行適當的調整（很多工藝性負荷需求的冷水溫度設定可以隨季節進行適當的調整（很多工藝性負荷不容許對冷凍水進水溫度設定進行調整）負荷不容許對冷凍水進水溫度設定

4、進行調整）高效能中央空調冷凍機房高效能中央空調冷凍機房特點特點2. 2.設備和系統特點設備和系統特點 一般系統為水冷系統，風冷系統很難做到高能效冷凍機房一般系統為水冷系統，風冷系統很難做到高能效冷凍機房 機組為離心機組或者螺桿機組機組為離心機組或者螺桿機組離心離心機組全年平均機組全年平均COPCOP可以達到可以達到0.7Kw/RT0.7Kw/RT左右左右螺桿螺桿機組全年平均機組全年平均COPCOP可以達到可以達到0.75Kw/RT0.75Kw/RT左右左右 系統配置中冷凍水側往往配置二次泵系統，二次泵控制采用壓差控制系統配置中冷凍水側往往配置二次泵系統，二次泵控制采用壓差控制 冷凍機房優化要做

5、的就是解決設備運行能效之間的矛盾冷凍機房優化要做的就是解決設備運行能效之間的矛盾從而實現整個冷凍機房能耗最低的目標從而實現整個冷凍機房能耗最低的目標 對于相同的室內負荷，既可以采用低冷凍水溫及小流量，此時冷機能耗高但水泵能耗低；反之，則冷機能耗低而水泵的能耗高 對于相同的制冷量，可以降低冷凝壓力以減少冷機能耗，但較低的冷凝壓力既需要較低的冷卻水溫度,這可能會增加冷卻水泵和冷卻塔風機的能耗，反之亦然。冷卻水泵冷卻水泵能耗能耗冷卻塔冷卻塔能耗能耗冷凍水泵冷凍水泵能耗能耗冷水機組冷水機組能耗能耗高效能中央空調冷凍機房高效能中央空調冷凍機房總體控制策略總體控制策略高效能中央空調冷凍機房高效能中央空調冷

6、凍機房核心算法核心算法江江森自控高效能機房的最森自控高效能機房的最核心的控制方法是關聯核心的控制方法是關聯控制（尤其適用于全變頻機控制（尤其適用于全變頻機房系統）房系統）它它包括如下三個算法：包括如下三個算法： EMPP(Equal EMPP(Equal Marginal Performance Principle)-Marginal Performance Principle)-相等邊際效能相等邊際效能原則原則基于業界最權威的全變頻系統控制專家Hartman的專利控制邏輯Hartman LOOP的基礎上而發展的控制邏輯，采用一定的時間步長對冷凍機房各個設備的運行能效和系統運行能效進行持續調整

7、，找到最優工況點。 Nature Curve-Nature Curve-自然自然曲線曲線在不同的冷卻水出水溫度下，機組都存在一個最高效率點，它們的連接線就是機組的自然曲線 Demand Based Control-Demand Based Control-按需控制按需控制高效能中央空調冷凍機房高效能中央空調冷凍機房等邊際能效算法等邊際能效算法EMPP(Equal EMPP(Equal Marginal Performance Principle)-Marginal Performance Principle)-相等邊際效能相等邊際效能原則原則當系統中各個設備的單位能源輸入所導致的輸出變化一致時

8、，系統效率當系統中各個設備的單位能源輸入所導致的輸出變化一致時，系統效率最高，換最高，換句話說，系統中的各個設備已經運行在了最優的組合下。句話說，系統中的各個設備已經運行在了最優的組合下。簡述如下：A1KW2.5KWB1KW2KWC1KW1.5KWD1KW1KWA0.4 KW1 KWB00C00D-1KW-1KW上例上例說明：當說明：當A A增加增加0.4KW0.4KW和和D D減少減少1KW1KW的情況下，冷量輸出沒有變化，但總能耗減的情況下，冷量輸出沒有變化，但總能耗減少了少了0.6KW0.6KW！6.6.重復步驟重復步驟1-51-5，會發現當相等的功率增量加載于每臺設備而能夠輸出相等的系

9、統邊際，會發現當相等的功率增量加載于每臺設備而能夠輸出相等的系統邊際冷量，此時系統效率最高！冷量，此時系統效率最高！高效能中央空調冷凍機房高效能中央空調冷凍機房自然曲線的應用自然曲線的應用Nature Curve-Nature Curve-自然曲線自然曲線在不同的冷卻水出水溫度下，機組都存在一個最高效率點，它們的連接線就是機在不同的冷卻水出水溫度下，機組都存在一個最高效率點，它們的連接線就是機組的自然曲線組的自然曲線高效能中央空調冷凍機房高效能中央空調冷凍機房末端需求控制末端需求控制Demand Based Control-Demand Based Control-按需控制按需控制如下如下方式

10、來計算建筑物所需冷方式來計算建筑物所需冷量量 控制策略控制策略1 1所有所有閥門的開閥門的開度度開度反映對冷凍水的需求，盡可能讓末端的水閥都能夠保持在接近全開的狀態下，以最有效的方式運行，如果末端開度過大或者過小，系統進行響應。 控制策略控制策略2 2最大最大，最關鍵，或最大負，最關鍵，或最大負荷荷AHUAHU的閥門位置及最不利的閥門位置及最不利壓差壓差系統穩定性更好，保證各個末端能夠得到足夠的水流量 控制策略控制策略3 3僅壓差控制僅壓差控制穩定，能效低，壓差值無法100%真實準確的反映末端的實際需求狀況實際應用中需要根據實際情況制定策略，尤其實際應用中需要根據實際情況制定策略，尤其是改造項

11、目，必須經過精心調試確定合適的控是改造項目，必須經過精心調試確定合適的控制策略。制策略。模糊控制決策（冷站網絡控制中心）系統流量、溫差、壓差室外溫濕度室外溫濕度系統中各變量的當前狀態冷卻塔回水溫度設定值冷凍水供水溫度設定值冷機、水泵、塔開啟臺數冷卻塔頻率PID控制冷凍水泵頻率PID控制決策決策冷凍水供回水溫差設定值冷機內部控制器當前值控制系統預置設備性能數據庫冷卻水供回水溫差設定值冷卻泵頻率PID控制當前值繼電器開關控制當前值高效能中央空調冷凍機房高效能中央空調冷凍機房控制系統流程控制系統流程高效能冷凍機房的控制已經超出了單臺設備的簡單控制，需要采集和集成大量參數，所以必須通過專業化的機房能源

12、管理系統來實現實時優化控制。通用的能源管理系統需要具備如下特點。高效能中央空調冷凍機房集成策略高效能中央空調冷凍機房集成策略能源能源管理系統管理系統可靠 內置標準調試程序和穩定的可持續運行可復制 不依賴于個人經驗的平臺系統可預測 運行效果明確并且可以很方便進行驗證透明化 每一個項目都會內置節能效果測量和驗證界面.冗余性 可以在能效管理平臺和常規控制之間任意進行切換1號冷凍站號冷凍站No.1 Chiller Plant2號冷凍站號冷凍站No.1 Chiller Plant3號冷凍站號冷凍站No.3 Chiller Plant改造項目案例介紹改造項目案例介紹項目概述項目概述改造項目案例介紹改造項目

13、案例介紹項目概述項目概述1#機房為冷凍水一次泵系統，由6臺冷水機組（2臺螺桿機、4臺離心機離心機）作為冷源，同時供應一期的辦公空調系統和工藝空調系統（負荷相對比較平穩），冷凍水先通過機房集/分水器，再到末端的集/分水器,空調冷凍水和工藝冷凍水采用共管系統。改造項目案例介紹改造項目案例介紹項目概述項目概述2#機房為的冷凍水二次泵系統，由5臺冷水機組（2臺活塞機、1臺離心機、2臺離心機）作為冷源，主要供應二期的工藝空調系統（負荷波動較大）。冷凍水一次泵保證機組內循環，冷凍二次泵通過加壓后送到末端。冷卻水循環泵夏天將冷卻塔送到水箱，冷卻泵負責將水池里的冷卻水送到冷凍機組和工藝設備，。4#4#機組效率

14、機組效率0.478 0.478 1.025 1.0253#3#機組效率機組效率0.588 0.588 0.782 0.7825#5#機組效率機組效率0.609 0.609 0.829 0.8292#2#機組效率機組效率0.705 0.705 1.223 1.2231#1#機組效率機組效率0.782 0.782 1.285 1.285藍線曲線：冷水機組制冷量藍線曲線：冷水機組制冷量(RT) (RT) 綠色曲線：冷水機組效率（綠色曲線：冷水機組效率（kwkw/RT/RT）改造項目案例介紹改造項目案例介紹11號站測試數據號站測試數據冷卻塔理想出水溫度冷卻塔理想出水溫度冷卻塔出水溫度改造項目案例介紹改

15、造項目案例介紹11號站測試數據號站測試數據改造前改造前1#1#機房機房COP 1.35COP 1.35改造前改造前2#2#機房機房COP 1.33COP 1.33改造項目案例介紹改造項目案例介紹改造前機房全年改造前機房全年 能效比能效比Reduce Loads降低負荷Use Efficient Technology采用高效設備Provide Controls提供控制改造項目案例介紹改造項目案例介紹節能節能方案總體設計思路方案總體設計思路部分空調主機已運行約20年，1#冷凍站的1#機組所用冷媒R11早已被要求停止新灌裝，且該機組制冷效率低下。2#冷凍站的3#及4#機組為活塞式制冷機，額定制冷效率

16、僅為3.27。經測試，所有機組的制冷量都有不同程度的衰減機房冷凍機額定kW/TR實測kW/TR衰減率1#機房1#冷凍機0.82 1.02 25%2#冷凍機0.67 0.98 46%3#冷凍機0.78 0.86 11%4#冷凍機0.78 0.86 10%5#冷凍機0.60 0.75 26%2#機房1#冷凍機0.67 0.83 23%2#冷凍機0.67 1.17 74%3#冷凍機1.08 1.39 29%4#冷凍機1.08 1.34 24%5#冷凍機0.60 0.68 13%節能改造措施節能改造措施11高效冷水機組更換高效冷水機組更換在1#機房和2#機房中，共有30臺不同廠家的水泵，且水泵入役時間

17、不同，用途不同，廠家不同，效率不同。還存在1次泵系統和二次泵系統，情況復雜。經過多年的運行，水泵的工作狀態點發生了很大的偏移，水泵的實際運行效率經過實測已經較低：節能改造措施節能改造措施2 2高效水泵更換高效水泵更換1#冷凍站額定流量(m3/h)實測流量(m3/h)額定揚程(m)實測揚程(m)額定功率(kW)實測功率(kW)實測效率1#冷凍泵350208.740395556.9539.0%2#冷凍泵350132.94053.45550.5638.3%3#冷凍泵3502024042.2554255.4%4#冷凍泵180147.84131.93037.6734.2%5#冷凍泵280170.3404

18、4.5453657.5%6#冷凍泵280150.34039.2454238.3%改造項目案例介紹改造項目案例介紹11號站測試數據號站測試數據1#1#機房機房節能改造措施節能改造措施2 2高效水泵更換高效水泵更換節能改造措施節能改造措施33冷凍水冷凍水系統管路優化系統管路優化通過優化控制，最大化冷水機房的效率通過優化控制，最大化冷水機房的效率機房群控系統的功能機房群控系統的功能： 15%左右的綜合能耗節省 基于模糊控制的最優化策略 基于多種系統結構和配置的最佳經驗應用 最優冷水機組負荷分配 結合機組效率曲線，使機組始終運行在最優效率區間 實時掌握冷機參數變化，自適應調節系統閥門開度 先進的報表功

19、能（線性/餅形顯示），能耗與效率盡在掌握 集中監視和報警，及時發現設備的問題，及時進行預防性維修節能改造措施節能改造措施4 4能源管理系統能源管理系統在安裝能效管理系統后，空調系統的整體能效得到了大大提升，能效水平為0.69KW/RT（1#冷凍站）和0.73KW/RT（2#冷凍站），處于節能預測節能預測改造改造后后2 2號站系統號站系統COPCOP實施效果實施效果11號冷凍站號冷凍站月份2013冷凍用電2014冷凍用電扣除空壓機扣除空壓機節約量（kwh）百分比1190129 171595 -18535 -9.7%改造期間2147327 136599 -10728 -7.3%3217190 190364 -26826 -12.4%4277635 244568 -33067 -11.9%5402814 328835 -73979 -18.4%6485128 374229 -110899 -22.