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)

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)房通過對主機(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，通過板式換熱器進(jìn)行換熱置換出冷水，而無須制冷主機(jī)開機(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，電機(jī)負(fù)荷會自動調(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，布置高度各有不同，最高點(diǎn)處約27 m，最長冷水循環(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臺制冷量為770 kW的變頻螺桿式冷水機(jī)組，其中一臺機(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，整個系統(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，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，電機(jī)的輸入功率降低，從而主機(jī)的能耗也會降低。

自然冷卻系統(tǒng)采用不銹鋼板式換熱器，在1月、2月、12月三個月份內(nèi)，主機(jī)不運(yùn)行，來自冷卻塔的冷卻水直接送至板式換熱器，通過板式換熱器置換冷水送至末端。自然冷卻系統(tǒng)開啟時，只有水泵和冷卻塔運(yùn)行，主機(jī)不開機(jī)、無能耗，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，內(nèi)部設(shè)置隔板，將供回水分開。

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，其中三臺冷水機(jī)組與一臺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：來自{6}冷卻塔的冷卻水經(jīng)過{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)過冷卻塔向空氣散熱，冷卻水水溫下降，再次經(jīng)過{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：來自用戶末端的冷水回水流至{7}回水箱，回水經(jīng)過{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{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)組無須開機(jī)，開啟{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{3}冷卻水循環(huán)泵送至{5}板式換熱器一次側(cè)，經(jīng)過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)。來自用戶末端的冷水回水經(jīng)過{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)果對設(shè)備初投資進(jìn)行概算，具體如表3所示。

4 結(jié)語

本文通過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)價值。在國家倡導(dǎo)碳達(dá)峰、碳中和的市場需求下，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)。