Armstrong超高效集成式冷冻机房.doc

Armstrong超高效集成式冷冻机房介绍艾蒙斯特朗流体系统（上海）有限公司1 概述 中央空调水系统经历了一次定流量，一次定流量/二次变流量和一次变流量的方式。一次定流量系统最简单，初投资最小，在早期能源充沛，价格便宜的年代被广泛使用，但随着能源价格的上涨和对能源依赖性的增加，设计和工程人员除了注重开发高效产品外，也开始考虑从系统配置方面来考虑提升能效，这时候暖通空调行业开始逐渐采用一次定流量/二次变流量系统的结构形式，这种方式被大部分人接受，并且作为一种标准形式在教科书(HVAC Textbook, McQuiston et al. 2000)里和设计手册（ASHRAE 2000）里介绍。相比于一次泵定流量系统，一次定流量/二次变流量系统效率虽然有所提高，但是有它自身无法克服的缺点。例如，初投资增加，需要更大的机房面积，对于一些机房面积小的改造项目无法采用。还有在负荷很小的时候，由于有两套水泵在运行，经济性也很难保证。由于设计、使用、维护和一些控制方面的问题，很多实际在使用的项目出现所谓的“小温差综合症”，造成能源的浪费。温差越小，整个系统的效率就越低，现在的很多所谓“效率很高”的系统，仍然以高出所需冷量的2530%的能耗在运行，不幸的是，针对这种形式的系统，没有好的方法去解决它。有些人（Kirsner 1996, Avery 2001）认为对于这种结构的系统，这是不可避免的，应该允许它的发生。从换热的角度看，冷水机组蒸发侧和冷凝器侧允许在一定的范围内变水流量运行，但是传统的认识认为，冷水机组的蒸发器或/和冷凝器应该保持定流量，随着冷水机组的控制技术的提高，直到上个世纪90年代中期，冷水机组制造商才正式出版资料允许冷水机组变流量运行。后来，有些人（Avery 2001, Hartman 2001）提出一次变流量系统可以解决一次定流量/二次变流量系统出现的问题，它可以根据负荷的需求实时调节系统中的各设备的运行，让整个系统运行的更加有效。由美国空调和制冷技术研究院（ARTI）专门立项并资助， William P. Bahnfleth等人专门研究了一次变流量系统的好处和应用问题1。 圣地亚哥能源办公室的Ben Erpelding耗费6年时间，调查了300多个冷冻站，得出的结论是全变频冷冻站是当前最节能的一种系统（图1） 2图1 冷冻机房效率图2 Armstrong超高效集成式冷冻机房介绍Armstrong全变频超高效集成式冷冻机房（图2）打破传统的工程概念，作为一款高效产品展现在设计师和用户面前。为了实现整个冷冻站的效率最佳，占地面积最小，投资最经济，责任单一，能耗可记录可量化等目标，Armstrong充分考虑了系统的形式、系统中设备的选型、设备的使用、高效稳定的控制系统和数据的可测量可验证性。图2：Armstrong工厂预制的超高效集成式冷冻机房2.1 系统的形式一个好的集成冷冻站必须有一个先进的符合负荷特性的系统结构形式，这是一个系统能否实现最优化的基础，如果这一步不能实现，系统的最优化只是一句空话。Armstrong根据建筑特点和负荷的需求特性采用全变频的系统形式，即采用高效变频冷水机组、变频冷冻水泵、变频冷却水泵和变频冷却塔。在冷冻水侧的系统结构方面采用一次变流量系统或一次变流量/二次变流量系统的形式（对于一些大型系统）。在管路设计上，Armstrong通过对立式管道泵、入口导流器和出口多功能阀的应用，以3D的形式合理的布置管路和优化管路，不但可以节省管路长度及系统附件，节省占地面积，而且还可以减少系统的阻力损失，减少水泵的扬程。2.2 系统中设备的选型在一个好的系统框架下，我们需要符合系统特性的设备，由于空调系统中的设备选型是根据建筑物设计负荷进行的，而绝大多数空调系统实际上很少运行在设计工况下（图3），所以Armstrong在设备选型时，更注重部分负荷的效率。例如，在Armstrong中央集成式冷冻机房中，我们选择设备的依据并不是设计点效率的最佳, 而是在实际空调使用的条件下的最高效率最高（图4-1和图4-2），近年来各大厂商纷纷投入人力、物力和财力来研发推广变频机组，就是因为变频机组的性能更符合实际的空调的使用，即空调绝大部分时间都是运行在部分负荷下，所以选择部分负荷效率高的机组更节能（图5）。同样对于水泵的选型，我们也是去选择那些部分负荷下的效率高的泵型。图3世界典型城市的空调负荷统计数据图4-1 空调系统使用负荷率的统计图4-2 Armstrong DE智能变频泵性能特性 （以部分负荷效率高为选型优先依据）600冷吨机组的效率(kw/ton)变频冷水机组磁悬浮冷水机组高效区域图5 600冷吨 变频冷水机组和磁悬浮冷水机组的性能特性变频机组和定频机组的效率曲线 （更注重部分负荷效率高）2.3 设备的使用有了性能良好的设备，怎么去使用，是否能发挥设备真正的性能，让它为系统节能发挥其本身的特性。例如，选了一台部分负荷效率很高的高效离心机，让其运行在满负荷工况下，显然是没有很好的使用这个设备。Armstrong的方法就是让每个设备尽量运行在效率最佳点，从而使整个系统的效率达到最优。2.4 高效稳定的控制系统要想实现第三步的优化冷冻站的性能，了解设备和机房控制的特点是关键。在系统中，机房中的设备配置和控制策略要与其设计、负荷特性和设备运行结合起来。一套集成控制系统是获得整套系统的最佳可靠性和效率的核心。空调系统是一个动态变化的系统，各设备之间相互关联，传统的仅依靠人工操作，即使这个人是非常有经验的专家,也无法让冷冻机房的所有设备协调高效的工作。必须依靠智能控制系统，根据负荷的需求，主动实时的去调节冷冻站的所有设备，让整个冷冻站实现高效运行。Armstrong超高效冷冻机房自动控制系统IPC11550（图6），是Armstrong集成冷冻站的神经系统和大脑，它结合了先进的传感技术、电子技术、通信技术、网络技术和控制技术，实现了整个集成冷冻站的全自动运行，并且让整个系统运行在最佳状态。图6 Armstrong IPC 11550超高效冷冻机房自动控制系统2.5 数据可测量、可验证在以上步骤都得到严格执行后，另一个重要的指标是，系统里所有的实时参数必须能可测量，控制系统需要知道系统中各设备的运行状态，以便系统可以主动地去调节系统中的各运行设备，从而使整个系统达到最优化。同时最终通过控制系统计算出来的结果，可以通过数据分析来验证。Armstrong的IPC11550超高效冷冻机房自动控制系统，可以采集系统中所需的参数，并实时显示出系统中的设备运行状态（图7）和整个系统的能耗情况（图8）。图7 系统设备运行状态及参数 图8 系统总能耗及各部件能耗显示3 Armstrong超高效集成式冷冻机房的优势3Armstrong超高效集成式冷冻机房是革命性的高效产品，它采用了最为先进的一次变流量全变频系统形式，由Armstrong根据项目特点进行3D设计及优化，并在工厂分段预制，然后运至现场快速安装调试，交予客户使用，相比于现在传统的冷冻机房形式，它有诸多优点。序号Armstrong集成式冷冻机房优势说明1初投资经济低于传统的一次定流量/二次变流量系统 2现场安装周期短 系统工厂预装，分段运输，现场 2周完成拼装 3节约占地面积和空间 结构紧凑，相比于传统冷冻机房可节省面积5060%，相比于冰蓄冷系统冷冻机房可节省面积70%以上。4项目风险最小化，责任单一 厂家设计，工厂预制，整个冷冻机房由一个厂商作为产品提供5整个冷冻机房的效率高 最高可达年平均能耗 0.58kW/冷吨 （COP6.0）,节能3060%6维护成本低 全自动运行，变频磨损少，维护成本较传统冷冻机房低 50% 7控制系统高效稳定 最佳性能的 Hartman Loop 控制系统，设备运行稳定8舒适性更高 全变频冷冻机房，世界一流的性能 9对电网几乎无冲击由于是全变频系统，实现了真正的软启动10噪音小不同于传统的控制方法让少数设备以较高速度运行，Armstrong超高效集成式冷冻机房可减少设备磨损、噪音和振动11设备使用寿命延长 由于以较低速度运行，而且减少了设备的起/停循环，设备寿命得以延长4 经典案例上海大剧院1997年，艾蒙斯特朗为上海大剧院的建造提供了空调系统水泵。在过去的17年间，水泵始终高效稳定的运行。除定期更换机械密封外，没有其他的维修工作。这充分说明艾蒙斯特朗水泵质量的可持续性和技术的先进性。到2013年，上海大剧院进行节能改造，目标是在节能环保领域成为上海地标性建筑，除了再次采用艾蒙斯特朗的水泵外，上海大剧院还全面采用了艾蒙斯特朗IPC超高效冷冻机房自动控制系统以及3台变频离心机组，在机房总体能效上实现大幅度的提高。香港房屋总署艾蒙斯特朗参与的另外一个标志性的项目是位于香港英皇道1063号的房屋总署办公楼项目，该项目也是节能改造。在该项目中，艾蒙斯特朗提供了系统解决方案，即在3台制冷机上应用了磁悬浮技术，水泵采用DE智能变频泵并且采用了IPC超高效冷冻机房自动控制系统。这个项目已经于2013年夏天调试完毕，过去一年该系统的整个机房实测能效COP数值达到了7.0以上。在节能要求较为严格的香港，艾蒙斯特朗不仅中标该项目，更在香港地区冷冻机房能效COP上树立了新的标杆，得到了用户和行业的一致好评。5 结论从理论上