|
2019年，南京某项目被选作高效机房试点项目之一，利用新加坡先进高效机房运营案例的成熟经验和相关优化措施进行设计，项目的ＥＥＲａ （制冷机房系统综合能效比）可达到高效机房水平。本文介绍该项目高效机房的精细化设计要点。 南京某商业项目总建筑面积约１３．７万ｍ２，建筑高２１ｍ。其中地上４层（局 部 为２、３层），建筑面积约７万ｍ２，主要业态为商业；地下２层，建筑面积约６．７万 ｍ２，主要为商业、汽车库及人防工程。该项目室外计算参数见表１，主要空调区域室 内设计参数见表２。
采用ｅＱＵＥＳＴ计算负荷，以全年８７６０ｈ动态 负荷结果为基础进行设备选型。模拟中设置冷水机组运行时间为５月１日至１０月３１日，其余时段 内区的冷负荷由新风承担。图１为该项目的建筑模型。 负荷计算结果见图２。
项目峰值冷负荷为１２６３２ｋＷ，单位空调面积冷负荷指标为１９３Ｗ／ｍ２。根据图３全年负荷率分布特点，同时考虑冷水机组７５％的备用率及变频冷水机组的数量，选择冷水机组４种配置方案进行经济技术比选，进而确定最佳的冷水机组配置方案。冷水机组４种配置方案（４台冷水机组，单台制冷量为３１６５ｋＷ）分别为：
以方案４的初投资为基准（见表３），方案１的ＥＥＲａ最高，为５．９７，投资回收期为５ａ；方案２的ＥＥＲａ为５．８６，初投资比方案１少１７万元，投资回收期为３ａ。综合考虑ＥＥＲａ及投资的性价比，最终采用方案２，即３台制冷量３１６５ｋＷ变频＋１台 制冷量３１６５ｋＷ定频低压离心式冷水机组。不同负荷率的机组运行策略见表４。由表４可以 看 出：负荷率≥７５％时，４台冷水机组同时开启；负荷率＜７５％时，优先开启变频冷水机组，并根据设备性能曲线控制设备运行台数，保证设备运行在５０％～１００％高效区间内。
从ＥＥＲａ、年运行费、初投资及投资回收期等多方面对４种冷水供／回水温度方式（方式１：７℃／１２℃；方式２：８℃／１４℃，方式３：８℃／１５℃，方式４：１０ ℃／１６ ℃）进行比较，结果见表５。
从表５可以看出：方式４初投资最高，但是年运行费最少，投资回收期仅１．１ａ，ＥＥＲａ达到了５．８６。因此，选用的冷水供／回水温度为１０ ℃／１６℃。 设备选用满足国标一级能效的冷水机组，选型时控制蒸发器侧的压降≤５０ｋＰａ，冷凝器侧的压降 ≤６０ｋＰａ。冷水机组蒸发器运行的冷水供／回水温 度为１０℃／１６℃，冷凝器运行的供／回水温度为３１℃／３６ ℃。 冷水泵选用５台双吸式变频水泵，四用一备，流量５４５ｍ３／ｈ，扬程３０ｍ，效率≥８０％。水泵电动 机功率与水泵计算轴功率匹配。１）放大冷却水主管管径，从ＤＮ７００调整成ＤＮ８００；２）冷却水管直接从制冷机房向上接至屋面冷却塔，减少不必要的管路和弯头；３）冷却塔各布水支管上设置水力稳压器，取消手动调节阀。冷却水泵选用５台双吸式变频水泵，四用一备，流量６５０ｍ３／ｈ，扬 程２５ｍ，效率≥８０％。在相同负荷率情况下，随着冷却水温度的降低，冷水机组的ＣＯＰ会逐渐增大。为尽可能提高冷却塔的散热能力，冷却塔的选型湿球温度按照夏季空调室外计算湿球温度２８℃考虑，逼近度为 ３ ℃，冷却塔进／出水温度为３６℃／３１ ℃。 冷却塔放置于无遮蔽区域，塔体与四周墙体距离大于２．５ｍ，同时冷却塔周围１５ｍ 范围内避免 布置排油烟设备，以保证其散热效果。冷却塔所有的风机变频控制，变频控制策略由群控自动实现。精确控制冷却塔出水温度，满足机房高效运行。采用水力稳压器实现一机对多塔的均匀布水，增加冷却塔开启台数。如图４所示，水力稳压器利用Ｕ形管原理，根据水压特性，使横流式冷却塔群的流量在３０％～１００％区间变化。
一方面可以实现布水盘间的均匀布水，提高冷却塔群的填料利用率，使冷却水得到充分冷却；另一方面，因为冷却塔整体散热面积被充分利用了，在较低负荷时，冷却塔可实现自然冷却，风扇可不开或低频率运行，从而降低冷却塔风机功率。选用４台单台流量为６６０ｍ３／ｈ的横流超低噪声冷却塔。冷却塔配置变频电动机及高效换热填料挡水板，以配合系统在不同工况下的运行要求。 对于空气处理机组，按照地下１层、１层及顶层公共区通廊采用８排管，其他层不少于６排管选型。设计选型时控制盘管迎面风速不大于２．５ｍ／ｓ，水阻力控制在２０～５０ｋＰａ。主要通过控制出风状态点使全空气处理机组出风干球温度 ≤ １４℃，新风空气处理机组处理至室内等比焓点的方法来满足选型要求，重点关注顶层区域空气处 理机组冷量。 对于风机盘管，采用增加盘管排数的方式，保证盘管在进／出水温度１０℃／１６℃状态下的制冷能力及除湿能力达到７℃／１２℃下的要求。
如表 ６、７所示，通过对各主流厂家各型号３排、４排盘管的风机盘管逐一选型校核，得出了各厂家中的最小制冷量，并控制选型风机盘管出风干球温度 ≤１５℃，以保证除湿效果。如采用３排盘管，按各厂家中挡风速下的最小制冷量为基准，确定商铺所需风机盘管数量；如采用４排盘管，则按高挡风速下相关参数选择。对空调水输配管网进行了优化设计，主要体现在以下方面： １）将供回水主干路由优化设计为环状管网（如图５所示）。
所有空调冷水管径按照６℃温差设计，环管管径为 ＤＮ４５０，主干路由不变径。这样运行在６℃温差工况下空调供水管网压降最低，且能最大程度地实现自平衡。与管网优化前比，冷水泵扬程可减小１ｍ。３）如图６、７所示，制冷机房采用了ＢＩＭ精细化设计。
机房内管道布置采用顺水三通，４５°弯头避免水流对冲，使用低阻力过滤器等管件，ＢＩＭ模型用于指导制冷机房施工。 ４）冷水机组入口设置长行程、等百分比电动调节蝶阀。水泵出口处设低阻力止回阀，流动阻力小于１０ｋＰａ。空调冷水立管，立管根部设置静态平衡阀，支路于各层水平管分设，各层风机盘管水平支路设置电动调节阀，以确保冷水系统整体温差维持在６℃，保证供冷量和除湿量。通过优化设计，管路阻力可显著减小，水泵选用规格也相应减小，既减少了初投资，又利于降低运行费用。 以冷水机组为核心，冷水泵、冷却水泵、冷却塔设备均自动响应冷水机组的需求。 在保证冷水机组安全运行的前提下，根据各自的控 制目标进行自动优化调节。根据超声波流量计的测量信息计算当前末端系统实际冷负荷，根据冷水机组当前冷水供水温度、冷却水进水温度下的性能曲 线对系统实际冷负荷优化再分配，从而确定运行机组。一方面响应冷水机组运行的冷水侧流量需求，保证冷水机组安全运行的最小流量；另一方面根据冷水系统压差设定值进行优化调节，满足末端冷水需求。一方面响应冷水机组运行的冷却侧水量需求，保证冷水机组安全稳定运行的最 小流量；另一方面根据冷却侧供回水温差设定值进 行优化调节。遵循的基本原则为“冷却塔均匀布水，风机统一变频”。充分利用冷却塔免费供冷，在保障均匀布水的前提下尽量多开启冷却塔水阀。基于全年变负荷工况系统能效论证该项目采用ｅＱＵＥＳＴ进行建筑能耗模拟，计算时按照冷水供／回水温度１０ ℃／１６℃、冷却水供／回水温度３１ ℃／３６ ℃及变冷却水工况，对不同负荷率下的ＥＥＲａ进行计算。表８为冷水机组厂家提供的３１６５ｋＷ低压变频离心冷水机组实际冷却水温度下的ＣＯＰ，将ＣＯＰ输入到 ｅＱＵＥＳＴ中，得到该项目不同负荷率下高效制冷空调系统的能效值。 经模拟，该项目ＥＥＲａ 为５．８６，全年用电量３０５１２１７ｋＷ·ｈ，按电费０．６９ 元／（ｋＷ·ｈ）计算，制冷系统年运行费为２１０万元。
|
