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2019年，南京某項(xiàng)目被選作高效機(jī)房試點(diǎn)項(xiàng)目之一，利用新加坡先進(jìn)高效機(jī)房運(yùn)營案例的成熟經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)優(yōu)化措施進(jìn)行設(shè)計(jì)，項(xiàng)目的ＥＥＲａ （制冷機(jī)房系統(tǒng)綜合能效比）可達(dá)到高效機(jī)房水平。本文介紹該項(xiàng)目高效機(jī)房的精細(xì)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 南京某商業(yè)項(xiàng)目總建筑面積約１３．７萬ｍ２，建筑高２１ｍ。其中地上４層（局 部 為２、３層），建筑面積約７萬ｍ２，主要業(yè)態(tài)為商業(yè)；地下２層，建筑面積約６．７萬 ｍ２，主要為商業(yè)、汽車庫及人防工程。該項(xiàng)目室外計(jì)算參數(shù)見表１，主要空調(diào)區(qū)域室 內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)見表２。
采用ｅＱＵＥＳＴ計(jì)算負(fù)荷，以全年８７６０ｈ動(dòng)態(tài) 負(fù)荷結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)備選型。模擬中設(shè)置冷水機(jī)組運(yùn)行時(shí)間為５月１日至１０月３１日，其余時(shí)段 內(nèi)區(qū)的冷負(fù)荷由新風(fēng)承擔(dān)。圖１為該項(xiàng)目的建筑模型。 負(fù)荷計(jì)算結(jié)果見圖２。
項(xiàng)目峰值冷負(fù)荷為１２６３２ｋＷ，單位空調(diào)面積冷負(fù)荷指標(biāo)為１９３Ｗ／ｍ２。根據(jù)圖３全年負(fù)荷率分布特點(diǎn)，同時(shí)考慮冷水機(jī)組７５％的備用率及變頻冷水機(jī)組的數(shù)量，選擇冷水機(jī)組４種配置方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選，進(jìn)而確定最佳的冷水機(jī)組配置方案。冷水機(jī)組４種配置方案（４臺(tái)冷水機(jī)組，單臺(tái)制冷量為３１６５ｋＷ）分別為：
方案１，４臺(tái)機(jī)組均變頻機(jī)組；方案２，３臺(tái)機(jī)組為變頻機(jī)組，１臺(tái)機(jī)組為定頻機(jī)組；方案３，２臺(tái)機(jī)組為變頻機(jī)組，２臺(tái)為定頻機(jī)組；方案４，１臺(tái)機(jī)組為變頻機(jī)組，３臺(tái)機(jī)組為定頻機(jī)組。采用ｅＱＵＥＳＴ計(jì)算４種冷水機(jī)組方案的耗電量。計(jì)算前確定各方案冷水泵、冷卻水泵及冷卻塔參數(shù)。以方案４的初投資為基準(zhǔn)（見表３），方案１的ＥＥＲａ最高，為５．９７，投資回收期為５ａ；方案２的ＥＥＲａ為５．８６，初投資比方案１少１７萬元，投資回收期為３ａ。綜合考慮ＥＥＲａ及投資的性價(jià)比，最終采用方案２，即３臺(tái)制冷量３１６５ｋＷ變頻＋１臺(tái) 制冷量３１６５ｋＷ定頻低壓離心式冷水機(jī)組。不同負(fù)荷率的機(jī)組運(yùn)行策略見表４。由表４可以 看 出：負(fù)荷率≥７５％時(shí)，４臺(tái)冷水機(jī)組同時(shí)開啟；負(fù)荷率＜７５％時(shí)，優(yōu)先開啟變頻冷水機(jī)組，并根據(jù)設(shè)備性能曲線控制設(shè)備運(yùn)行臺(tái)數(shù)，保證設(shè)備運(yùn)行在５０％～１００％高效區(qū)間內(nèi)。
從ＥＥＲａ、年運(yùn)行費(fèi)、初投資及投資回收期等多方面對(duì)４種冷水供／回水溫度方式（方式１：７℃／１２℃；方式２：８℃／１４℃，方式３：８℃／１５℃，方式４：１０ ℃／１６ ℃）進(jìn)行比較，結(jié)果見表５。
從表５可以看出：方式４初投資最高，但是年運(yùn)行費(fèi)最少，投資回收期僅１．１ａ，ＥＥＲａ達(dá)到了５．８６。因此，選用的冷水供／回水溫度為１０ ℃／１６℃。 設(shè)備選用滿足國標(biāo)一級(jí)能效的冷水機(jī)組，選型時(shí)控制蒸發(fā)器側(cè)的壓降≤５０ｋＰａ，冷凝器側(cè)的壓降 ≤６０ｋＰａ。冷水機(jī)組蒸發(fā)器運(yùn)行的冷水供／回水溫 度為１０℃／１６℃，冷凝器運(yùn)行的供／回水溫度為３１℃／３６ ℃。 冷水泵選用５臺(tái)雙吸式變頻水泵，四用一備，流量５４５ｍ３／ｈ，揚(yáng)程３０ｍ，效率≥８０％。水泵電動(dòng) 機(jī)功率與水泵計(jì)算軸功率匹配。１）放大冷卻水主管管徑，從ＤＮ７００調(diào)整成ＤＮ８００；２）冷卻水管直接從制冷機(jī)房向上接至屋面冷卻塔，減少不必要的管路和彎頭；３）冷卻塔各布水支管上設(shè)置水力穩(wěn)壓器，取消手動(dòng)調(diào)節(jié)閥。冷卻水泵選用５臺(tái)雙吸式變頻水泵，四用一備，流量６５０ｍ３／ｈ，揚(yáng) 程２５ｍ，效率≥８０％。該項(xiàng)目冷卻塔的優(yōu)化措施主要有：在相同負(fù)荷率情況下，隨著冷卻水溫度的降低，冷水機(jī)組的ＣＯＰ會(huì)逐漸增大。為盡可能提高冷卻塔的散熱能力，冷卻塔的選型濕球溫度按照夏季空調(diào)室外計(jì)算濕球溫度２８℃考慮，逼近度為 ３ ℃，冷卻塔進(jìn)／出水溫度為３６℃／３１ ℃。 冷卻塔放置于無遮蔽區(qū)域，塔體與四周墻體距離大于２．５ｍ，同時(shí)冷卻塔周圍１５ｍ 范圍內(nèi)避免 布置排油煙設(shè)備，以保證其散熱效果。冷卻塔所有的風(fēng)機(jī)變頻控制，變頻控制策略由群控自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。精確控制冷卻塔出水溫度，滿足機(jī)房高效運(yùn)行。采用水力穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)一機(jī)對(duì)多塔的均勻布水，增加冷卻塔開啟臺(tái)數(shù)。如圖４所示，水力穩(wěn)壓器利用Ｕ形管原理，根據(jù)水壓特性，使橫流式冷卻塔群的流量在３０％～１００％區(qū)間變化。
一方面可以實(shí)現(xiàn)布水盤間的均勻布水，提高冷卻塔群的填料利用率，使冷卻水得到充分冷卻；另一方面，因?yàn)槔鋮s塔整體散熱面積被充分利用了，在較低負(fù)荷時(shí)，冷卻塔可實(shí)現(xiàn)自然冷卻，風(fēng)扇可不開或低頻率運(yùn)行，從而降低冷卻塔風(fēng)機(jī)功率。選用４臺(tái)單臺(tái)流量為６６０ｍ３／ｈ的橫流超低噪聲冷卻塔。冷卻塔配置變頻電動(dòng)機(jī)及高效換熱填料擋水板，以配合系統(tǒng)在不同工況下的運(yùn)行要求。 對(duì)于空氣處理機(jī)組，按照地下１層、１層及頂層公共區(qū)通廊采用８排管，其他層不少于６排管選型。設(shè)計(jì)選型時(shí)控制盤管迎面風(fēng)速不大于２．５ｍ／ｓ，水阻力控制在２０～５０ｋＰａ。主要通過控制出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)使全空氣處理機(jī)組出風(fēng)干球溫度 ≤ １４℃，新風(fēng)空氣處理機(jī)組處理至室內(nèi)等比焓點(diǎn)的方法來滿足選型要求，重點(diǎn)關(guān)注頂層區(qū)域空氣處 理機(jī)組冷量。 對(duì)于風(fēng)機(jī)盤管，采用增加盤管排數(shù)的方式，保證盤管在進(jìn)／出水溫度１０℃／１６℃狀態(tài)下的制冷能力及除濕能力達(dá)到７℃／１２℃下的要求。
如表 ６、７所示，通過對(duì)各主流廠家各型號(hào)３排、４排盤管的風(fēng)機(jī)盤管逐一選型校核，得出了各廠家中的最小制冷量，并控制選型風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)干球溫度 ≤１５℃，以保證除濕效果。如采用３排盤管，按各廠家中擋風(fēng)速下的最小制冷量為基準(zhǔn)，確定商鋪所需風(fēng)機(jī)盤管數(shù)量；如采用４排盤管，則按高擋風(fēng)速下相關(guān)參數(shù)選擇。4、空調(diào)水輸配管網(wǎng)設(shè)計(jì)對(duì)空調(diào)水輸配管網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要體現(xiàn)在以下方面： １）將供回水主干路由優(yōu)化設(shè)計(jì)為環(huán)狀管網(wǎng)（如圖５所示）。
所有空調(diào)冷水管徑按照６℃溫差設(shè)計(jì)，環(huán)管管徑為 ＤＮ４５０，主干路由不變徑。這樣運(yùn)行在６℃溫差工況下空調(diào)供水管網(wǎng)壓降最低，且能最大程度地實(shí)現(xiàn)自平衡。與管網(wǎng)優(yōu)化前比，冷水泵揚(yáng)程可減?。保?。２）取消分、集水器，減小機(jī)房內(nèi)管路阻力。３）如圖６、７所示，制冷機(jī)房采用了ＢＩＭ精細(xì)化設(shè)計(jì)。
機(jī)房內(nèi)管道布置采用順?biāo)?，４?/span>°彎頭避免水流對(duì)沖，使用低阻力過濾器等管件，ＢＩＭ模型用于指導(dǎo)制冷機(jī)房施工。 ４）冷水機(jī)組入口設(shè)置長行程、等百分比電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥。水泵出口處設(shè)低阻力止回閥，流動(dòng)阻力小于１０ｋＰａ。５）運(yùn)行中定期進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，減緩水垢形成速率。６）空氣處理機(jī)組與風(fēng)機(jī)盤管設(shè)計(jì)空調(diào)冷水立管，立管根部設(shè)置靜態(tài)平衡閥，支路于各層水平管分設(shè)，各層風(fēng)機(jī)盤管水平支路設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，以確保冷水系統(tǒng)整體溫差維持在６℃，保證供冷量和除濕量。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，管路阻力可顯著減小，水泵選用規(guī)格也相應(yīng)減小，既減少了初投資，又利于降低運(yùn)行費(fèi)用。 以冷水機(jī)組為核心，冷水泵、冷卻水泵、冷卻塔設(shè)備均自動(dòng)響應(yīng)冷水機(jī)組的需求。 在保證冷水機(jī)組安全運(yùn)行的前提下，根據(jù)各自的控 制目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)。根據(jù)超聲波流量計(jì)的測(cè)量信息計(jì)算當(dāng)前末端系統(tǒng)實(shí)際冷負(fù)荷，根據(jù)冷水機(jī)組當(dāng)前冷水供水溫度、冷卻水進(jìn)水溫度下的性能曲 線對(duì)系統(tǒng)實(shí)際冷負(fù)荷優(yōu)化再分配，從而確定運(yùn)行機(jī)組。一方面響應(yīng)冷水機(jī)組運(yùn)行的冷水側(cè)流量需求，保證冷水機(jī)組安全運(yùn)行的最小流量；另一方面根據(jù)冷水系統(tǒng)壓差設(shè)定值進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，滿足末端冷水需求。一方面響應(yīng)冷水機(jī)組運(yùn)行的冷卻側(cè)水量需求，保證冷水機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的最 小流量；另一方面根據(jù)冷卻側(cè)供回水溫差設(shè)定值進(jìn) 行優(yōu)化調(diào)節(jié)。遵循的基本原則為“冷卻塔均勻布水，風(fēng)機(jī)統(tǒng)一變頻”。充分利用冷卻塔免費(fèi)供冷，在保障均勻布水的前提下盡量多開啟冷卻塔水閥。基于全年變負(fù)荷工況系統(tǒng)能效論證該項(xiàng)目采用ｅＱＵＥＳＴ進(jìn)行建筑能耗模擬，計(jì)算時(shí)按照冷水供／回水溫度１０ ℃／１６℃、冷卻水供／回水溫度３１ ℃／３６ ℃及變冷卻水工況，對(duì)不同負(fù)荷率下的ＥＥＲａ進(jìn)行計(jì)算。表８為冷水機(jī)組廠家提供的３１６５ｋＷ低壓變頻離心冷水機(jī)組實(shí)際冷卻水溫度下的ＣＯＰ，將ＣＯＰ輸入到 ｅＱＵＥＳＴ中，得到該項(xiàng)目不同負(fù)荷率下高效制冷空調(diào)系統(tǒng)的能效值。 經(jīng)模擬，該項(xiàng)目ＥＥＲａ 為５．８６，全年用電量３０５１２１７ｋＷ·ｈ，按電費(fèi)０．６９ 元／（ｋＷ·ｈ）計(jì)算，制冷系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)為２１０萬元。
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