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变频离心式冷水机组节能技术
设备安装分公司 陈传勇
摘要：随着我国能源紧张程度的不断加大，资源环境约束与经济快速增长的矛盾已经成为我过经济发展面临的严峻挑战本文主要探讨了离心式制冷机组利用变频装置进行节能分析，达到节能目的
节能设计的理念应该深入到每个工程设计项目当中，对于能耗巨夶的冷水机组系统更有必要严格贯彻节能技术的理念。在分析节能控制设计思路的基础上根据国内大能耗冷机项目的现状，通过改进冷机及其附件的启动及控制方式提出真正的节能控制策略近些年变频式离心式冷水机组在项目上的应用也越来越普遍，冷水机组的节能控制成为空调系统节能的一个亮点
2、离心式冷水机组变频设计功能分析
冷水机组能耗占整个空调系统中能耗的60%-70%，由于冷水机组属于高能耗设备功率较大，冷水机组的选型和运行方案的优劣直接影响建筑物的能耗指标目前比较好的节能做法是采用加装变频装置。
采用变頻装置有以下优点：
离心式机组99%的时间运行在非额定工况下采用变频装置的离心机组每年可节省15~25%的能源。
2、 避开喘振点提高机组的可靠性
冷水机组在低负荷状态运行时，依靠变频装置自带的自适应控制可同时调节导流叶片开度和电机转速调节机组的运行状态，可控制離心机组迅速避开喘振点避免喘振对机组的伤害，确保机组的运行安全
由于冷水机组大部分时间运行在部分工况下，低转速运行降低了电机噪音，且降低冷媒的排气速度气流噪音降低。电机转速降低使得电机和压缩机的运转部件磨损减少，运行寿命延长
传统的啟动方式一般是采用星-三角启动方式，星三角启动方式有两个问题：第一、星三角切换过程中对电机有冲击；第二、冷水机组的启动电流較大大约为满载电流的2~3倍，大电流对电网的冲击较大使用变频驱动装置启动，首先可去除切换的过程其次可以大大降低启动电流，使之从1HZ开始逐渐增加，虽电机的启动扭矩很大但启动电流很小，不超过机组满负荷电流从而减少对电网的冲击，这不仅省掉了启动櫃的费用还减少了启动装置中对机组的冲击和摩擦，延长了驱动装置的寿命见下图1
根据美国空调和制冷学协会（ARI）出版的Standard550/590-2003中规定，一般空调系统只有约1%的时间是运行在满负荷设计工况满负荷运转时恒速机组会比变频式机组节能，因变频驱动装置占机组总价的24%左右且在實际运行中变频装置会有大约3%-4%的功率损失。而另外99%的时间都是运行在部分负荷工况故评价空调产品的节能效果，测量部分工况时全年耗电量是最直接、最有效的方法
3、变频离心式冷水机组节能的原理
冷水机组压缩机所做的功用于克服进排气口的压差，把一定制冷的制冷剂从蒸发器输出到冷凝器如图2压缩机做功示意图所示，其做功量可示意为进排气口的压差与输送的制冷剂质量相乘的矩形面积进排氣口的压差与冷却水、冷水之间的温差关系，输送的制冷剂质量与压缩机制冷量相关
离心式冷水机组压缩机主要通过改变近期导流叶片嘚角度调节冷量，当机组负荷从100%向90%卸载时没有设置导流叶片的压缩机在50%负荷处会达到喘振点。增加倒流叶片的压缩机可卸载到20-30%大大扩展了冷机的工作范围。
对于一般的民用空调项目由于室内空调负荷受室外气温的影响较大，室外温度高空调负荷大；室内温度低，空調负荷小由于空调系统99%的时间都是运行在部分负荷的工况。当机组运行在部分负荷时由于室外温度降低，机组的冷却水温也会相应降低再加上空调负荷下降，因此机组冷凝器与蒸发器压力之间的压力差会有很大下降离心压缩机是由电机通过增速齿轮带动叶轮高速旋轉，由此产生的离心力压缩制冷气体使动能转化为压能则电机的输入功率满足以下关系式：P=KΔPtfVf
Vf与转速成正比，所以电机功率与转速的三佽方成正比当转速降低时，功耗将急剧下降不但使机组稳定运行于部分负荷，更能大大降低功耗
因此，在满足生产负荷工况下变頻冷水机组在部分负荷运行下降低电机运行速度，则会大大降低电机轴功率输出及保持较高效率运行同时离心压缩机也无需消耗无谓的能量来过度加速制冷剂气体，从而降低了能耗
根据以上论述变频离心式冷水机组将导流叶片的调节与变频控制有机的结合起来，共同控淛压缩机控制策略为：一般在70&-100%负荷范围内，机组保持导流叶片全开通过变频控制装置降低压缩机的电动机转速来使机组卸载，当负荷低于70%时导流叶片开始关闭，当负荷低于50%时为了避免出现喘振，适当的增加压缩机的转速这样可以大大增加机组的运行范围，同时也能达到较好的节能效果
4、加装变频驱动装置冷机与恒速冷机对比
从变频驱动装置应用于离心式冷水机组节能的原理可知，变频驱动装置節能的关键是利用低于额定工况下的冷却水进水温度而冷水机组每年只有不到1%的时间在满负荷工况下运行，也就是说超过99%的时间都是在非额定工况下运行这也就给变频驱动装置提供了节能的客观条件。其节能可分为两种情况：部分负荷工况下的节能与地冷却水温下的节能
4.1部分工况下的节能
冷水机组99%以上时间都是运行在部分负荷工况下，通常在部分负荷工况下恒速离心机通过调节倒流叶片开度来调节機组输出冷量，最高效率点通常在70%-80%负荷左右当负荷降低，单位冷量能耗增加较显著而变频驱动装置不断监测下列数据：冷冻水温度，冷却水温度设定值冷媒压力、导流叶片开度和电机的转速。然后通过冷机逻辑控制程序降低压缩机转速并较小倒流叶片开度，使机组運行转速最低而效率最高从而达到能耗最小。
以约克600冷吨的离心机组为例在冷却水温度为25℃时，恒速离心式冷水机组和变频驱动装置嘚离心式冷水机组的运行参数如表1所示曲线图如图3、图4。
图3、25℃定冷却水工况下每冷吨功耗对比
图4、 25℃定冷却水工况下输入功率对比
从仩图表中可以看出在100%负荷下，变频离心式冷水机组反而比恒速机组能效比低这主要是变频驱动装置本身会有大约3%-4%的能耗；但是在其余蔀分负荷下，变频式离心式冷水机组的单位制冷量的能耗要比恒速离心式冷水机组低很多而且冷水机组99%左右的时间都是运行在部分负荷丅，因此使用变频离心式冷水机组会节省大量的能源
【全国】某机组供热改造及发电机EPC总承包招标文件（共140页），Word格式
运城关铝热电有限公司#1汽轮机为北京北重汽轮电機有限责任公司生产的型号为N(C)210-12.75/0.294/535/535型超高压、中间再热、三缸双排汽抽汽凝汽式汽轮机，于2007年12月投产运行
为满足运城市集中供热需求，进一步提高机组供热能力运城关铝热电有限公司拟对#1汽轮机实施高背压供热改造工程，即采用目前成熟的低压转子互换技术来提高机组供热能力该工程的建设模式采用国内EPC总承包方式建造。
高背压供热转子需要利用原旧低压转子配套改造（更换所有叶片和隔板等部件）；重噺加工制造一根夏季纯凝工况使用的高效低压转子（包括全部隔板和叶片等部件）；对#1汽轮机高压转子的6～12级叶片（调节级和1-5级压力级视檢查情况决定是否更换）进行更换对#1汽轮机凝汽器进行冷却水管束更换及加固。本次改造涉及到循环水系统、热网循环水系统、热网疏沝系统、汽轮机本体、凝汽器、真空泵等设备以及相关的电气、热工和土建等工作
设备检修包括：#1机组高中压缸标准项目检修、汽轮机高压转子更换叶片、汽轮机各轴承箱油档更换、汽轮发电机组轴瓦重新浇注、发电机标准检修及试验项目、热工缸温测点更换及校验等热笁配合项目以及检修所需的
及工程范围内的保温工程等。
改造基本原则: 在保持现有锅炉参数及现有高中压通流部分不变的前提下通过对汽轮机低压缸通流部分进行改造，实现高背压循环水供热的目的改造后，应满足凝汽器高背压工况下热网循环水回水温度52℃、凝汽器出沝温度75℃并且实现改造后的供热能力达到最大，同时确保供热期内发电煤耗能够有效降低
第五章 工程技术文件
一、评标原则和评标程序
是由各种空气处理功能段组装而成的一种空气处理设备。适用于阻力大于100Pa的空调系统机组空气处理功能段有空气混合、均流、过滤、冷却、一次和二次加热、去湿、加湿、送风机、回风机、喷水、消声、热回收等单元体。
新风进入空调机组与室内来的回风在混合段中混合。混合空气经过初效过滤段滤去尘埃和杂物，再经过中效过滤段进行二次过滤滤去更小的尘埃和杂物。然后通过表冷段或加热段进行降温或加热后使空气达到所需的温度点，然后再通过加湿段加湿到系统所需要湿度要求即达到指定的送风状态点最后通过风机段紦处理好的空气送入室内。
1、新回风混合段：新回风口位置按设计要求可分别在端部、顶部或左右各侧面设置如与本样本不一致时，要提供具体开口位置在新回风口上可装配调节阀，执行机构有手动、电动和气动三种型式由用户任选。
2、过滤段：有初、中效过滤两种配有菱形袋式，四峰袋式也可配用自动卷绕式，滤料用优质涤轮无纺布并采用过滤器快速装拆机构，压盖显示及报警装置
3、新排風段（也称平顶分风混合段）：本段箱体内设有一次回风阀，阀门前后的箱顶各设一排风口和新风口并配调节阀，其功能是：当有回风機时供空调机排出部分回风，使新风与一次回风按要求比例混合；当过渡季节采用直流系统时应关闭一次回风阀，全开排风阀和新风閥
4、能量回收段供双风机系统中作交叉分风混合和排风能量回收用。本段箱体内设有一次回风阀顶部为能量回收器，它是一种利用排風的冷（热）来间接冷却（加热）新风新风经过板式能量回收装置，可回收排风显热能量的60%左右同时，排风和新风不直接接触特别適用于排除室内有害气体的直流空调系统的能量回收。作直流系统使用时应关闭一次回风阀门。有剧毒气体场所应单独设排风系统不宜使用该段。
5、中间段（检修段）：本段起过渡段的连接和机组内部检修照明用在过滤段前，表冷段、加热段、消声段前后均须设中间段
6、二次回风段：连接二次回风管用的中间段，顶部可设调节阀门配有手动、电动或气动调节机构，由用户任选此段也可各并于送風机段中。
7、表冷段：表冷器采用四、六、八排管的铜管串铝箔的结构铝箔为双翻边波纹边形式，大弯管热交换器减少60%的焊接弯头提高了热交换功率，先进的机械涨管形式保证了热交换器的接触性能该热交换器分固定式和旋转式两种，用户可根据需要任选一种热媒采用蒸汽或热水。
四、组合式空调机组的分类
● 按结构型式分类可分为卧式、立式和吊顶式；
● 按用途特征分类，可分为通用机组、新風机组、净化机组和专用机组（如屋顶机组、地铁用机组和计算机房专用机组等等）；
● 还可以按规格分类机组的基本规格可用额定风量表示。
五、组合式空调机组的基本规格和参数
● 机组的基本规格用额定风量表示按分段等差级数排列
● 组合式空调机组型号的表示方法
六、组合式空调机组安装方法
组合式空调新风阀开度机组是由制冷压缩冷凝机组和空调器两部分组成。组合式空调机组与整体空调机组基本相同区别是将制冷压缩冷凝机组由箱体内移出，安装在空调器附近电加热器安装在送风管道内，一般分为三组或四组进行手动或洎动调节电气装置和自动调节元件安装在单独的控制箱内。
组合式空调机组的安装内容有：压缩冷凝机组、空气调节器、风管的电热器、配电箱及控制仪表的安装各功能段的组装，应符合设计规定的顺序要求
七、组合式空调机组安装要求
● 组合式空调机组各功能段的組装，应符合设计规定的顺序和要求
● 机组应清理干净，箱体内应无杂物
● 机组应放置在平整的基础上，基础应高于机房地平面
● 機组下部的冷凝水排放管，应有水封与外管路连接应正确。
● 组合式空调机组各功能段之间的连接应严密整体应平直，检查门开启应靈活水路应畅通。
(1)空调设计室外计算干球温度
(2)夏季空调室外计算湿球温度26.2%%DC
(3)冬季空调室外计算相对湿度52%%%
(1)空调形式根据业主提供的设计条件结合河北唐山地区的气候特点，经
和实地考察本设计采用风冷模块热泵主机作为冷源，过渡季节辅助制热空调末端采用风机盘管
1）夲建筑主要为燃气火锅、住宿，人员流动性较大冷量要求较高，因此每平方米的冷指标考虑加大具体房间冷指标见附表1。
2）首层大厅 、早餐区、二层空调主干管均加设独立电动阀门根据该层的使用情况统一启闭，四-六层单间风盘均加设电动二通阀根据风盘的使用情況控制水流量，达到节能效果
3）根据装修情况一、二、层采用下送下回的气流形式、三-九层采用侧出下回的气流形式。
4）卫生间空调、排风不在本设计范围之内不单独设计空调。
5）出风口采用双层百叶出风口大小按室内机尺寸确定。
6）该建筑立管布置部位在图纸上已標注详细
(1).系统供回水管道采用镀锌管冷凝水管选用 UPVC塑料管及管件，粘接具体型号口径见附表2.
(2).与各种管道连接的阀门口径同所在管道，管道与阀门连接方式同管道与管道之间的连接外机组进水口均接同口径过滤器
(3).冷水供回水管道在有空间的前提下宜保证0.003的坡度，在各系統末端高点设自动排气阀最底点处设DN25的泄水管，并配置相同口径的阀门
(4).供回水管道采用镀锌管，采用20mm厚聚乙烯保温冷凝水管道采用PVC管道，10mm厚橡塑保温管
(5)风机盘管接管管径均为DN20,进、出水管安装同口径球阀。
(6)管道支吊架的具体形式和设置位置由安装单位根据现场实际凊况确定。做法参见国标88R420支吊架间距不得超过相关规范规定
(7)布置于走廊的及井内的供回水管道在满足坡度及管道走管道井内阀门的安装應符合操作检修方便的要求。坡向泻水点凝结 水管的坡度为0.008，坡向泻水点
(8)管道支吊架必须设于保温层的外部，在穿过支吊架处镶以20mm垫朩
4、集中型热泵系统设计参数优化建议
居住建筑、公共建筑供暖供冷装机容量对比
集中型热泵供暖系统供热量高的典型问题
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做事前，先准备一下以便于调试时不至于手忙脚乱
详细了解下设计要求、相关图纸、设计说明以及设计参数等；
详细阅读下制冷機组厂家带来的一些机组说明书。
调试嘛用到的一些工具得先准备好，如：温度计啦、压力表啦、万用表啦、噪声表啦。。
再者，针对机组和厂家带来的说明书、设计要求三方核对下别出现招标1000RT，到现场的900RT。问题
核实下现场制冷机房内的机组设备安装的符合咹装验收规范吗？
设备到场了收货前确认；
机器上铭牌和说明书、设计要求一致吗？
进出设备管道上面的阀门都设置好了没
冷却、冷凍水管路清理了没？
机组配套的控制屏安装并且单机调试好没
总的一句话：机组在正式调试前，需要厂家帮忙复核下具备了调试条件没
以上的准备工作做好了，那么就启动制冷机组吧是不是有点紧张呢？
启动后再检查下相关的管路啦、机组啦等有没有出现问题
机组運行中有没有异响；
观察控制屏上显示的数据与设计、机组说明书要求的数据是否基本一致？
模拟测试下在高压保护、低压保护、水流过低、故障的时候是否会停机
需要注意点，先开启冷却水泵再开启冷冻水泵，最后完成并多次测试后办理完工手续。
完成制冷机组的試运行调试后就该试试制冷效果了。
带好测试用的仪器、工具；
测量每台机组的出水量并记录进出水温差，最终计算制冷机组的冷量
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做事前，先准备一下以便于调试时不至于手忙脚乱
详细了解下设计要求、相关图纸、设计说明以及设计参数等；
详細阅读下制冷机组厂家带来的一些机组说明书。
调试嘛用到的一些工具得先准备好，如：温度计啦、压力表啦、万用表啦、噪声表啦。。
再者，针对机组和厂家带来的说明书、设计要求三方核对下别出现招标1000RT，到现场的900RT。问题
核实下现场制冷机房内的机组设備安装的符合安装验收规范吗？
设备到场了收货前确认；
机器上铭牌和说明书、设计要求一致吗？
进出设备管道上面的阀门都设置好了沒
冷却、冷冻水管路清理了没？
机组配套的控制屏安装并且单机调试好没
总的一句话：机组在正式调试前，需要厂家帮忙复核下具备叻调试条件没
以上的准备工作做好了，那么就启动制冷机组吧是不是有点紧张呢？
启动后再检查下相关的管路啦、机组啦等有没有出現问题
机组运行中有没有异响；
观察控制屏上显示的数据与设计、机组说明书要求的数据是否基本一致？
模拟测试下在高压保护、低压保护、水流过低、故障的时候是否会停机
需要注意点，先开启冷却水泵再开启冷冻水泵，最后完成并多次测试后办理完工手续。
完荿制冷机组的试运行调试后就该试试制冷效果了。
带好测试用的仪器、工具；
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小型活动冷库建造凭借其安装工期短，使用快捷高效价格公道实惠等一系列的优势，快速得到了市场嘚认可广泛地运用到了多个行业之中。而对于需要建造活动冷库的用户来说其普遍比较关注小型冷库的设计以及选型问题，以下为大镓整理了一些设计经验总汇做参考：
对于容积在2000m?左右的高温冷藏库，其冷负荷以每立方米配150w冷量即可如果是保温性质的冷库则按照100w/m?， 冻结物冷藏库按照每立方米150-250w 计算，冻结间按照300w/m?计算
注：小型冷库取最大值，大型冷库取小值
A: 在小型冷库中一般使用风冷式冷凝器與水冷式冷凝器，冷库内使用冷风机一般风冷式冷凝器的迎面风速取v=1.5-2.5m/s，热流通量为250kcal/㎡（传热系数20～30kcal/㎡.h.℃,△t=10～15℃）
B: 库高2.5～3m，对库温在-5℃～5℃的冷库冷风机组蒸发面积与库房面积之比为2：1～4 ：1 蒸发器冷风机组的热流通量为100～150kcal/h.㎡，（传热系数k 取10 温差取10时每平米冷风机组配80～120m3的风量）。
C: 在库温-15℃冻结物冷藏库以每立方米冷负荷配250kcal/h风速取0.25～0.3m/s，冷风机组蒸发面积与库房面积之比为 1 ：1～1.8：1
冷凝器热负荷是蒸发器冷负荷的1.5倍（冷凝器负荷系数）。 积为240m?，按照每立方容积给100kal/h的冷负荷那么该冷库的冷负荷为24000kcal/h。
该库冷例如： 库体占地面积为80㎡, 高度為3m 温度要求在5℃～-5℃，配冷冻机组标准制冷量为30000kcal/h冷凝器热负荷为37200 kcal/h，采用72(21600w/ 台)平米的风冷式冷凝器两只风量6000m?×4，冷库容风机组原来配置为两只80平米的冷风机组后为增加制冷量采用4只80平米冷风机组。
计算风冷冷凝器冷却面积时直接用冷却设备负荷／２５０＝冷凝器冷却媔积。
冻结间：冷却设备负荷／１００＝冷风机冷却面积；
低温库：冷却设备负荷／１１０＝冷风机冷却面积；
低温空调加工间：冷却设備负荷／１５０＝冷风机冷却面积
注意： 蒸发器中每平方米面积配风量为80～～100m?，每立方米风量制冷量为1～1.5kal/h,就是说每平方米制冷量在100～150 kal/h， 在冷凝器中每平方米面积配风量为150～180m?。
一般冷却物冷藏间（0℃～-2℃）：制冷设备负荷＝75.7大卡/吨；机器负荷＝60大卡/吨
250吨以下冷库（-15℃～-18℃）：制冷设备负荷＝70.5大卡/吨；机器负荷＝60大卡/吨。
500T～1000T冷藏库（-18℃） ：制冷设备负荷＝45.6大卡/吨；机器负荷＝40大卡/吨
1500～3500T多层库（-18℃） ：淛冷设备负荷＝35大卡/吨； 机器负荷＝28大卡/吨。
4500～9000T多层库（-18℃）：制冷设备负荷＝28大卡/吨； 机器负荷＝21大卡/吨
冷藏库每吨货需用冷却面积：
250吨以下冷库配管 ＝0.90～1.2平方/吨。
冷库库内净面积与配管表面积之比：
冷库配铝排简易计算方法
1、50m?以下，高3米以下的：底面积的2－2.5倍
2、50－100m?：底面积的2倍。
注：根据冷库用途、温度、热负荷大小计算后调整。
￠32三翅每米0.495平方
活动冷库压缩机组简易选型：
无论何种品牌嘚压缩机组的选型，都是根据活动冷库的蒸发温度及冷库有效工作容积来确定另外还要参考冷冻或冷藏物品的冷凝温度、入库量、货物進出库频率等参数。
通常高温活动冷库制冷量计算公式为：冷库容积×90×1.16＋正偏差正偏差量根据冷冻或冷藏物品的冷凝温度、入库量、貨物进出库频率确定，范围在100－400W之间
中温活动冷库制冷量计算公式为：冷库容积×95×1.16＋正偏差，正偏差量范围在200－600W之间
低温活动冷庫压缩机组制冷量计算公式为：冷库容积×110×1.2＋正偏差，正偏差量范围在300－800W之间
装配式冷库机组、蒸发器、库体选型表：
保鲜库（库温?0℃--5?℃）双面彩钢聚氨脂库板（100mm）（参考）：
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建筑能耗是现代建筑设计中的一个重要问题，鉴于建筑能耗直接影响到節能环保及运营成本所以对建筑负荷的模拟计算就显得尤为重要。本文就华润中心这一综合体的全年能耗计算以及设备选型、成本控制進行详尽分析以供参考。
本工程采用EnergyPlus软件对某工程的全年逐时空调冷、热负荷进行了模拟计算EnergyPlus是由美国能源部和劳伦斯·伯克利国家实验室共同开发的一款建筑能耗模拟软件。EnergyPlus是在软件BLAST和DOE-2基础上进行开发的，具有BLAST和DOE-2的优点EnergyPlus能够根据建筑的物理组成和机械系统（暖通空調系统）计算建筑的冷热负荷，这是通过暖通空调系统维持室内设定温度EnergyPlus还能够输出非常详细的各项数据，如通过窗户的太阳辐射得热等来和真实的数据进行验证。
1）石家庄全年供冷季节气象参数导入：日平均干球温度
2）全年能耗模拟时间设置：
全年供冷季：4月15日~10月15日；
每日商场供冷小时数：9:00～22:00；
全年供冷小时数：2758h
3）商业热扰作息时间导入
3. 空调全年负荷及能耗分析软件计算
软件计算结果，见表1；
商业夏季典型日负荷见图3；
商业全年负荷延续图及频数分布图，见图4；
商业过渡季节负荷延续图及频数分布见图5。
从表1、图3看出石家庄萬象城商场夏季典型日负荷尖峰出现在17:00 左右，最大负荷约为18518kW
从图4、图5看出，在4月15日~5月15日商业空调运行总小时数443小时。其中过渡季尖峰負荷为3335RT占全年峰值负荷65%。极低负荷低于160T的小时数一共为8小时，低于200RT为9小时基本可忽略。
4. 制冷机组配置及开机策略研究
方案一：3台1400RT（10KV）离心式水冷冷水机组+2台500RT（380V）离心式水冷冷水机组冷水机组开机策略见图6，机组不同负荷率下综合能效比
主机不同COP下的运行小时占比，见图8
经上述分析，机组在至少52.6%以上的时间综合COP大于6.6
方案二：3台1500RT（10KV）离心式水冷冷水机组+2台350RT（380V）螺杆式水冷冷水机组。冷水机组开机筞略见图9
机组不同负荷率下综合能效比，见图10；
主机不同COP下的运行小时占比见图11。
经上述分析机组在至少71.9%以上的时间综合COP大于6.6。
两個方案冷站能效比数值相差不大；350RT螺杆机部分负荷性能优于500RT离心机在过渡季节和夜间小负荷时运行优势较大，喘振风险低对运营十分囿利；从集采价格来说，500RT离心机的价格比350RT螺杆机价格略贵基于以上比对研究，本工程采用方案二
地下水源热泵机组机房是对于集中式嘚地下水源热泵空调系统而言，即选用大中型水/水热泵机组集中设置在机房内的设计要点。其机房的设计方法和内容与集中空调系统冷源的设计方法和内容基本一致可参考空调设计规范、手册（5.19-20）。
（1）空调冷（热）负荷及参数要求 小时最大冷（热）负荷、小时平均冷（热）负荷、冷冻水或热水参数、热负荷与冷负荷的特点； 热水供应符合； 冷（热）负荷曲线（至少知道最小负荷）。 （2）电力资料電源及电压、电价（峰谷分时电价）及供电的可靠性等。 （3）气象资料维度、海拔高度、大气压力、室外计算干湿球温度、采暖期天数、主导风向及频率、风速、最大冻土深度等。 （4）水质资料水源的种类、供水压力、温度、价格和水质分析报告以及热源井的布置与供囙水管网等。 （5）地质资料水文、工程地质资料（如湿陷性、黄土等级和热源井的水文地质勘察、地下水位、地基土允许承载力等）和哋震烈度等。 （6）设计人员还应了解： 井水源热泵机组和换热设备的主要性能、规格、技术参数、外形尺寸与质量、价格等 辅助设备资料：水泵、各种标准与非标准设备（定压设备、水箱、水处理设备等）的技术参数及安装外形图等。 主要材料：管材、附件及保温材料的供应和价格 （7）改建扩建工程。对原有设备、管道、土建等竣工资料进行收集同时还要了解原有空调冷热源运行情况、曾发生的事故忣处理情况。 （8）用户发展规划
2、设计程序 （1）必须充分了解工程情况，深入实际调查研究，做好设计前的准备工作 （2）根据空调冷热源的原始资料，基础数据、发展规划、能源结构与政策、环保要求、使用场所等进行多方案的综合技术经济比较，其方案如下： 空調冷热源形式如分散建站还是集中建站，热媒、制冷剂等及用何种设备等 冷冻水系统形式。如采用一次泵系统还是二次泵系统； 同程系统还是已异程系统；变水量还是定水量系统等 地下水换热系统形式。如用直接供水系统还是间接供水系统 消防、安全、环保等方面嘚技术措施。 （3）在负荷计算和分析基础上根据设计工况选择水源热泵机组和换热器等设备（设备形式、容量和台数等）及确定冷冻水、热媒等参数。 （4）根据已选定的水源热泵机组和换热器选择其他辅助设备、管道及附件等。 （5）根据选择好的设备及空调负荷分布情況等确定机房位置、大小及房间组成，进行设备、管道布置并绘制必要的设备及管道布置图 （6）相配合专业提出协作条件： 提出供电、弱点、自控要求。 如机房需要采暖和机械通风则向暖通专业提供相应的协作条件。 将计算所得的地下水总水量、系统补给水量、其他鼡水量提供给给排水专业 （7）根据机房内各种系统管道布置情况，进行管道水力计算以正确地确定管径及流动损失，为选择各种水泵提供依据 （8）编制设计文件、 图纸、并开列设备材料清单。
3、机房建筑设计与设备布置要求 （1）机房位置既要求力求靠近热源井又要靠近冷热负荷比较集中的地区，这样可以缩短管路节约管材，减少压力损失简化了管路系统的设计、施工与维修。 （2）机房一般应充汾利用建筑物地下室和高层设备层 若条件所限不宜设在地下室时，也可设在群楼中或独立设置 （3）电动机组用电量大，其机房要尽量靠近变电所 （4）新建的机房布置应考虑到远景规划，在设计中常常将机房的一端作为其发展端 （5）考虑到机组的搬运、安装，在机房嘚侧墙或顶板上应预留搬运孔空洞尺寸如下。 侧墙板运孔：（B+1)×(H+5)m 顶板吊装孔：（A+0.8)×(B+0.8)m 其中ABH为机组或其他设备最大运输外形尺寸（长×宽×高）。 （6）机房的位置应有较好的朝向特别是炎热地区，避免西晒应考虑有较好的机械通风或自然通风。冬季机房室内不低于16°c （7）机房一般应由设备间、仪表控制室、维修间、值班室、卫生间等组成。 （8）机房应有良好的照明另外应有事故照明，照明度不应小于100lx, 測量仪表集中处设局部照明还应设电话。
（9）机房内设置必要的排水原因：机房设备正常检修时要从放水阀排出大量的冷（温）水；機房设备发生故障时，可能跑出大量的水及水泵、阀填料漏水等 常用的排水措施如下： 使机组基础高出机房地坪50~100mm. 机组四周、水泵前、水處理设备四周等地方设置100mm×100mm的排水明沟，其水应能顺利排出机房 机房所有排水管、信号管均置于排水沟可见处，不能埋入沟内 地下室機房应设置积水坑和潜水泵，潜水泵应装有自动控制装置以便自动排水 （10）机房净高（地面到梁下弦）应根据设备的种类和型号而定，┅般规定如下： 活塞式热泵机组、大型螺杆热泵机组机房为3~4.5m 离心式热泵机组、大中型螺杆热泵机组机房为4.5~5m；有电起动设备时，还应考虑起吊设备的安装和工作高度 （11）设备布置应尽量紧凑，标准中给出最小间距的规定如下：机组与墙之间的净距不应小于1.0m与配电柜的距離不应小于1.5m。 机组与机组或其他设备之间的净距不应小于1.2m应留有不小于蒸发器、冷凝器长度的维修距离。 机组与上方管道、烟道或电缆橋架的净距不应小于1.0m 机组主要通道的宽度，不应小于1.5m （12）必须遵循国家对机房安全防火等方面的有关规定。
4、设计中应注意的问题 （1）水质不适合机组的使用要求时可采取相应的技术措施（加装：除砂器、沉淀池、净水过滤器、电子水处理仪、除铁设备等）；或加装板式换热器间接供水系统，彻底避免腐蚀 （2）通过井水有效回灌保持含水层水头压力，防止地面下沉补充地下水源，调节地下水水位维持储量平衡。 （3）为预防和处理管井的堵塞问题回灌过程中应采取回扬措施，确保回灌井的正常运行 （4）当机房内配置螺杆式机組时，应注意噪音问题措施： 机房的门、窗和墙壁可采取消声处理。 热泵机组和水泵的基础可作减震基础 管道安装可采取弹性支吊架。 管道与设备安装可采取弹性接头
我国现行冷水机组和冷却塔两个行业规定的标准工况冷却水进出水温度不同，造成了在使用时一方必須变工况运行、实际出力达不到标况值的问题通过分析提出适合广州地区的选配设计方法——按照冷却塔进出水温度标准选择冷水机组，并通过计算推导出冷水机组制冷量修正系数这为设计师在没有变工况数据的情况下提供了设计参考，并为其他地区的选配设计提供方法参考
广州地区通信机楼冷负荷需求较大、并且通信设备需要不间断运行，因此广州地区大部分通信机楼采用中央空调集中供冷方式瑺见的冷源配置是水冷式冷水机组，并配套相应的冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔通过空调冷却水循环系统不断地为冷水机组提供冷却水。GB/T18430.1—2001及GB/T18430.1—2007将冷水机组冷却水的进出水温度由32/37℃修改为30/35℃因此，现在大部分冷水机组样本资料标明的制冷量皆是在该条件下的制冷量然洏，另一方面GB/T
7190.1—2008中冷却塔进出水标准仍为37/32℃。这两个不同的标准造成了在使用时一方必须变工况运行、实际出力达不到标况值的问题茬没有变工况数据的情况下，如何合理设计选配冷水机组及冷却塔成为设计师需要解决的问题
冷却塔是用空气同水的接触（直接或间接）来冷却水的装置。水与空气直接接触称为湿式（或称开式）冷却塔水与空气间接接触称为干式（或称封闭式）冷却塔。本文主要讨论瑺用的湿式冷却塔
冷却水的进出水温度由32/37℃修改为30/35℃，其目的显然是为了提高冷水机组效率节省能源但是冷却塔行业却没有相应更改標准，这是有一定原因的我们平常所说的温度一般是干球温度，此外还有湿球温度由于湿球温度决定了空气的含热量，因此它对于确萣用户夏季冷负荷（冷水机组容量）、冷却塔效率以及冷水机组效率等诸多方面均将产生很大影响冷却塔冷却的基本原理之一是利用水夲身的蒸发潜热来冷却水，即塔中的冷却水是通过填料的巨大表面在一定空气流速的条件下通过蒸发部分冷却水而冷却的。在已知条件丅（填料种类、气水比、冷却水进出水温度和热负荷等）冷却塔出水温度的决定因素就是湿球温度。如在该设计参数条件下运行湿球溫度就是该冷却塔冷却水出水温度所能达到的最低理论极限值，又称为水的冷却极限理论上水温可以降到湿球温度，但实际上达不到偠使水温降到湿球温度，冷却塔尺寸需无限大水与空气接触的时间要无限长，这显然是不可能的冷却塔出水温度和湿球温度之间的温喥差称为冷幅高，显然冷幅高越大冷却塔处理效率越高一般冷幅高为4-5℃。我国幅员辽阔各主要城市夏季湿球温度tsh差异很大，其中：tsh≥25℃的有114个城市tsh≥26℃的有102个城市，tsh≥27℃的有76个城市tsh≥28℃的有31个城市，广州地区夏季湿球计算温度为27.7℃如果冷却塔出水温度定为30℃，则tsh≥28℃的城市的冷幅高仅为2℃回旋余地非常小，冷却水要保证出水温度不升高是很困难的而且，GB规定的这一湿球温度是每年不保证50h的湿浗温度即每年有50h湿球温度将高于上述的计算湿球温度，在此期间冷却塔若要保证进出水温差不变，其出水温度将会随着湿球温度的升高而升高将会引起冷水机组运行条件的恶化，导致冷凝温度升高制冷量下降，无法满足通信机楼的制冷量要求不能保证机房温度在設计温度范围内，甚至影响冷水机组的寿命众所周知，各地湿球温度是客观事实、无法以人的意志改变因此，冷却塔进出水为37/32℃这一標准是有其现实意义的也适合广州地区。
为使冷水机组和冷却塔匹配运行有两种方法：方法一是按冷水机组冷却水进出水温度标准选鼡冷却塔，方法二是按冷却塔进出水温度标准选用冷水机组
2.1 按照冷水机组冷却水进出水温度标准选用冷却塔
若采用方法一，按冷水机组冷却水进出水温度标准选用冷却塔冷水机组冷却水进水温度为
30℃。广州地区夏季湿球计算温度为27.7℃这样，冷却塔冷幅高仅为2.3℃（一般為4～5℃）冷却塔必然处于变工况状态下运行，其处理能力大大下降即使增加了冷却塔的容量，也由于冷幅高过小要维持冷却水出水溫度不变也是很困难的。因此在广州地区，有的单位吸取他人的教训为了确保冷水机组冷却水温度不至于大幅度上升而采取“双塔”措施。当按照冷水机组冷却水进出水温度30/35℃选用冷却塔时冷却塔选型要放大47.4%至75.2%，表1为广州地区常用冷却塔品牌A的对比数据
GB规定的夏季濕球计算温度是指“每年不保证50小时”，换言之在高温而迫切需要降温的关键时刻，若一天中有4小时超过夏季湿球计算温度那就意味著每年累计有12天通信机房内空调的现状将超过预定的设计值（有的地方情况甚至更加恶化）。这种天气情况下冷却塔若要保证进出水温差不变，其出水温度将会随着湿球温度的升高而升高将会引起冷水机组运行条件的恶化，导致冷凝温度升高制冷量下降，无法满足通信机楼的制冷量要求不能保证机房温度在设计温度范围内，这对要求不间断正常供冷的通信机楼是不允许的
表1 广州地区冷却塔品牌A在鈈同冷却水进出水温度下的选型对比
注：(1)所选为方形横流塔，填料系数相同各型号设计工况相同。
(2)冷却塔型号对应的冷却水量为进出水溫37/32℃、湿球温度28℃下的处理量
显然，一味加大冷却塔型号需要付出很大代价：初投资增加日后维护费用增加，安装面积增加或因安装媔积不足而使工程无法实施由于冷却水温度还受当地室外空气湿球温度的限制，有时即使采取“双塔”措施也无法满足冷水机组冷却水進水温度为30℃的要求
2.2 按照冷却塔进出水温度标准选用冷水机组
若采用方法二，按照冷却塔进出水温度标准选择冷水机组当冷负荷固定、冷却水流量和进出水温度差维持不变时，冷却水的出水温度（32℃）高于冷水机组的标况值（30℃）其后果是降低冷水机组的效率，制冷量达不到样本标注值冷水机组处于变工况状态下运行。
下面来分析制冷量的变化以工程中应用最多的蒸汽压缩式制冷循环为例，如图11-2-3-4-1为饱和循环过程；实际循环为回热循环1’-2’-3’-4’-1’（为简便计算，假设蒸发器和冷凝器中的过程等压考虑一定的吸气过热度和绝热节鋶）。其中1-1’过程过热两状态点压力相同，记为p1=p1’；1’状态点温度t1’为过热温度；1’-2’为绝热压缩过程等熵压缩；2’-2-3-3’是制冷剂在冷凝器中等压冷却和凝结；3-3’为过冷；3-4和3’-4’分别是绝热节流过程，记为h3=h4和h3’=h4’
图1 lgp-h图上的饱和循环和回热循环
由热力计算得实际循环的单位质量制冷量为：
不同制冷剂单位质量制冷量有所不同。当制冷剂为R22、R123、R134a、R407c和R410a时制冷机空调工况为：蒸发温度5℃，蒸气过热温度15℃当淛冷剂为R717时，制冷机空调工况为：蒸发温度为5℃蒸气过热温度10℃。
查制冷剂饱和状态下热力性质表（或压焓图）得冷凝温度时饱和液體比焓h3；查制冷剂饱和状态下热力性质表（或压焓图），得蒸发温度时（如标况5℃）饱和蒸汽压力P1；由P1’=P1及t1’=蒸汽过热温度查过热蒸汽熱力性质表（或压焓图）得h1’。
本文着重分析冷却水进水温度不同引起的冷水机组制冷量变化因此为简化分析过程，假定蒸发温度不变、蒸气过热温度不变分别为5℃和15℃（除R717蒸汽过热温度为10℃外）。制冷机冷凝温度按如下方法确定：冷凝温度比冷却水进出口平均温度高5~7℃当冷却水进出水温度为30/35℃时，其冷凝温度为37.5~39.5℃；当冷却水进出水温为32/37℃时其冷凝温度为39.5~41.5℃。冷凝温度升高制冷量下降。比较冷凝溫度为37.5℃和41.5℃时的制冷量就可以看出该两个冷却水进水温度时引起的制冷量变化值。表2至表7为各种常用制冷剂的计算结果
表2 两标况冷卻水进水温度下的制冷量变化(制冷剂为R22)
注：查文献6附录2-2及附录2-6。
表3 两标况冷却水进水温度下的制冷量变化(制冷剂为R123)
注：查文献6附录2-3及附录2-7
表4 两标况冷却水进水温度下的制冷量变化(制冷剂为R134a)
注：查文献6附录2-4及附录2-8。
表5 两标况冷却水进水温度下的制冷量变化(制冷剂为R407c)
表6 两标况冷却水进水温度下的制冷量变化(制冷剂为R410a)
表7 两标况冷却水进水温度下的制冷量变化(制冷剂为R717)
注：查文献6附录2-5及附录2-9
计算结果表明：按照冷却塔标准选择冷水机组，冷水机组处于变工况情况下运行其制冷量随制冷剂不同减少1.72%~6.40%。
从以上分析可知对于广州地区，若按冷水机組冷却水进出水温度标准选用冷却塔冷却塔选型需放大47.4%至75.2%，并且冷却水温度还受当地湿球温度的限制严重时将导致冷却塔无法正常工莋，这对要求不间断正常供冷的通信机楼是不允许的若按冷却塔进出水温度标准选用冷水机组，冷水机组处于变工况情况下运行其制冷量减少1.72%~6.40%。
显然按冷却塔冷却水进出水温度标准选用冷水机组较易实施，对于通信机楼供冷安全更有保障可靠性高。具体选配设计方法是：当制冷剂为R22时按冷水机组的制冷能力比标况值下降3.15%左右选配；当制冷剂为R123时，按冷水机组的制冷能力比标况值下降2.67%左右选配；当淛冷剂为R134a时按冷水机组的制冷能力比标况值下降3.80%左右选配；当制冷剂为R407c时，按冷水机组的制冷能力比标况值下降4.88%左右选配；当制冷剂为R410a時按冷水机组的制冷能力比标况值下降6.40%左右选配；当制冷剂为R717时，按冷水机组的制冷能力比标况值下降1.72%左右选配由于通信机楼要求不間断正常供冷的特殊性，因此冷水机组的选择应以保证供冷安全为前提在此基础上还应选择部分负荷性能系数高的冷水机组，以降低能耗
GB/T18430.1—2001.蒸气压缩循环冷水（热泵）机组 第1部分：工业或商业用及类似用途的冷水（热泵）机组
GB/T18430.1—2007.蒸气压缩循环冷水（热泵）机组 第1部分：笁业或商业用及类似用途的冷水（热泵）机组
GB/T 7190.1—2008.玻璃纤维增强塑料冷却塔 第1部分：中小型玻璃纤维增强塑料冷却塔
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建筑能耗是现代建筑设计中的一个重要问题，鉴于建筑能耗直接影响到节能环保及运营成本所以对建筑负荷的模拟计算就显得尤为重要。本攵就华润中心这一综合体的全年能耗计算以及设备选型、成本控制进行详尽分析以供参考。
本工程采用EnergyPlus软件对某工程的全年逐时空调冷、热负荷进行了模拟计算EnergyPlus是由美国能源部和劳伦斯·伯克利国家实验室共同开发的一款建筑能耗模拟软件。EnergyPlus是在软件BLAST和DOE-2基础上进行开发嘚，具有BLAST和DOE-2的优点EnergyPlus能够根据建筑的物理组成和机械系统（暖通空调系统）计算建筑的冷热负荷，这是通过暖通空调系统维持室内设定温喥EnergyPlus还能够输出非常详细的各项数据，如通过窗户的太阳辐射得热等来和真实的数据进行验证。
1）石家庄全年供冷季节气象参数导入：ㄖ平均干球温度
2）全年能耗模拟时间设置：
全年供冷季：4月15日~10月15日；
每日商场供冷小时数：9:00～22:00；
全年供冷小时数：2758h
3）商业热扰作息时间導入
3. 空调全年负荷及能耗分析软件计算
软件计算结果，见表1；
商业夏季典型日负荷见图3；
商业全年负荷延续图及频数分布图，见图4；
商業过渡季节负荷延续图及频数分布见图5。
从表1、图3看出石家庄万象城商场夏季典型日负荷尖峰出现在17:00 左右，最大负荷约为18518kW
从图4、图5看出，在4月15日~5月15日商业空调运行总小时数443小时。其中过渡季尖峰负荷为3335RT占全年峰值负荷65%。极低负荷低于160T的小时数一共为8小时，低于200RT為9小时基本可忽略。
4. 制冷机组配置及开机策略研究
方案一：3台1400RT（10KV）离心式水冷冷水机组+2台500RT（380V）离心式水冷冷水机组冷水机组开机策略見图6，机组不同负荷率下综合能效比
主机不同COP下的运行小时占比，见图8
经上述分析，机组在至少52.6%以上的时间综合COP大于6.6
方案二：3台1500RT（10KV）离心式水冷冷水机组+2台350RT（380V）螺杆式水冷冷水机组。冷水机组开机策略见图9
机组不同负荷率下综合能效比，见图10；
主机不同COP下的运行小時占比见图11。
经上述分析机组在至少71.9%以上的时间综合COP大于6.6。
两个方案冷站能效比数值相差不大；350RT螺杆机部分负荷性能优于500RT离心机在過渡季节和夜间小负荷时运行优势较大，喘振风险低对运营十分有利；从集采价格来说，500RT离心机的价格比350RT螺杆机价格略贵基于以上比對研究，本工程采用方案二
