《冷却水空调系统安全与节能运行研究》课件

1、2012年11月26日项目名称：冷却水空调系统安全与节能运行研究2012年11月26日项目名称：冷却水空调系统安全与节能运行一. 课题目标实现情况目 录二、主要研究成果（整合后）一. 课题目标实现情况目 录二、主要研究成果（整合后）1.1 研究背景及意义通信网络规模的不断扩容，特别是通信机房单位面积设备功耗的不断增加，传统的单元式恒温恒湿空调系统运行出现的夏季制冷量衰减、高压告警频繁、能耗高，噪音扰民现象越来越严重。为了解决单元式空调的相关问题，通信运营商开始引入冷却水空调或冷冻水空调（合称水冷空调，特点是都有水系统）；但实际的运行表明，运营商对水冷空调的水系统管道路由备份及切换、安全配置等方

2、面缺少经验积累。同时空调水系统存在水管进机房的隐患，于是在上塘机楼引入冷却水空调系统。但随着系统的安装和运行，暴露出一些问题，集中体现为水管路由备份不足，系统监控信息不全，安全性差；自动化程度低，不利于节能运行。因素通风不良环境温度高建筑设计冷凝器脏影响空调报警（高压）能耗增加设备老化快服务成本高1.1 研究背景及意义通信网络规模的不断扩容，特别是通信机房1.2 课题研究目标1、提高闭式冷却水系统的供水可靠性，从水源、管路、末端切换等角度实施优化，使水系统达到电源专业的双源双路由等级。2、优化闭式冷却水空调系统的集中控制系统，通过创新式的混合式控制模式（实现一点集中监控，集控故障时亦可分控）使

3、冷却水空调系统所有设备可监可控，将闭式冷却水空调系统安全可靠地应用于通信机房，并降低通信机房PUE。3、有效解决风冷型机房空调在大型枢纽楼安装较为集中式散热问题，利用水冷系统解决部分因建筑原因无法安装风冷型室外机的解决方案。1.2 课题研究目标1、提高闭式冷却水系统的供水可靠性，从水1.3 主要研究内容一、主要研究内容：1、现状调查。主要包括现有问题的整理，并参考通信电源标准，提出设计、维护应该达到的标准；研究相关国家和国际标准，吸收已有先进经验。2、研究供水可靠性方案。从安全角度，对冷却水空调的水源、路由、冷却塔、水泵、壳管式冷凝器、水路切换装置等关键点提出技术要求。3、研究风冷空调增设冷却

4、水系统的方案及一种基于双冷源空调改造的软件控制系统。4、研究节能方案。从节能角度，对冷却水空调的冷却塔、水泵运作模式提出技术要求。5、研究冷却水空调集中智能控制系统技术与安装要求。1.3 主要研究内容一、主要研究内容：1.3 主要研究内容二、项目难点及解决方案：1、冷却水空调节能型集中控制系统的专业需求个性化强。通信行业对电源监控、节能的研究深入，要实现闭式冷却水空调系统的节能化集中监控，需要介入的单位多。解决办法:暖通、弱电、电源等各专业应协助厂家，开展PLC程序编制。初步计划为：冷却水空调系统每台闭式冷却塔对应配置一套独立的变频配电柜，控制柜按冷却塔、冷却水循环泵一对一配置，对各设备进行集

5、中控制和分控。 2、水路与电路存在差异，要使水路达到电路的双电源双路由等级，实现上存在不确定性，特别是部分器件没有现成品。 解决办法:（1）联合电源、暖通、给排水等专业，发挥设计院的优势；（2）对非现成品进行发明创造。3、水冷技术应用的难点是如何在后期改造中添加的设备与机房空调实现“一体化运行”，保证空调设备良好运行。 解决办法:开发出一种基于双冷源空调改造的软件控制系统。1.3 主要研究内容二、项目难点及解决方案：1.3 主要研究内容三、总体研究思路： 1、浙江移动石桥通信枢纽楼已运用了冷却水空调系统，因此结合该项目对不同装机量下的空调动态负荷进行模拟计算，综合分析冷却水空调系统动态运行节能

6、技术，寻找提高空调系统运行策略的方法，在系统节能研究中做有益的尝试。同时，对冷却水空调系统采用最优化的控制手段，对冷却水系统设备进行集中监控和管理，使各子系统设备始终处于有条不紊、协同一致和高效、有序的状态下运行，降低各系统运行费用，尽量节省能耗和日常管理的各项费用，保证系统充分运行。2、宁波鄞州生产中心与杭州湾项目有意向引入冷冻水空调系统，因此结合两个项目的设计研讨、厂家技术交流，获得空调水系统在安全性、节能型上的相关资讯，整理出电信级的空调水系统技术方案。3、结合水冷机房空调在河南地区风冷机房空调的改造应用，总结出冷却系统中冷却塔、阀门、冷凝器及循环泵等关键部件的技术要求。 1.3 主要研

7、究内容三、总体研究思路：1.4 主要技术方案和关键技术1、水路的双源双路优化方案。实现水路由的冗余备份，便于设施的维护更换。2、冷却水空调循环泵及冷却塔风机的变频配置方案3、冷却塔风机、冷却水外循环泵的控制逻辑模型，主要实现最大程度的节能运行。建立冷却水空调集中监控系统，实现所有关键点可监可控。4、风冷空调增设水冷却系统的改造模型。5、一种基于双冷源空调改造的软件控制系统。6、新型器件、冷媒的探索。1.4 主要技术方案和关键技术1、水路的双源双路优化方案。实1.5 目标完成情况总结本课题完成的目标主要包括：1、结合实际工程，分析了额定工况下不同装机容量下的通信机房空调冷却水系统的设备全年能耗趋

8、势和不同工况下满装机容量下空调设备的能耗数据。通过数据分析，得到额定工况下通信机房空调的主要能耗是恒温恒湿空调设备产生的，在这一点的基础上分析了不同工况下满装机容量下空调设备的能耗，得到冷却却塔供水温度保持在21度的时候，空调系统的设备总能耗最小，在21度-27度，空调系统的设备总能耗上升保持在8%以内。2、结合实际工程对冷却水空调系统所采用的集中控制系统进行分析，通过对比空调系统在不同运行模式下的总的功耗，得出合理的冷却水空调系统集中控制模式。3、结合了单元式空调、冷却水型空调、冷冻水型空调的特点，给出了7种典型的空调配比方案。4、根据水管的特点，给出了经典常用的冷却水、冷冻水、水源、内机的

9、双路由方案。 5、运用水冷技术较好地解决了通信枢纽楼因风冷空调室外机过于集中而产生的高压报警的问题，大大提高了空调运行的可靠性。 1.5 目标完成情况总结本课题完成的目标主要包括：1、结合1.3 目标完成情况总结项目研究产出产出成果承担单位研究成果：包括研究报告、形成的软硬件平台输出报告冷却水空调系统节能与集中监控研究空调水系统双源与双路由安全研究运用水冷技术解决枢纽楼风冷空调室外机集中散热的技术研究浙江公司河南公司标准成果：形成的企业标准及标准化组织成果1、拟将运用冷却集中控制系统技术运用到新建通信枢纽楼中作为现有节能技术进行推广2、拟将运用水冷技术解决枢纽楼风冷空调室外机集中散热的技术作为

10、现有节能技术进行推广浙江公司河南公司专利成果：专利情况正在申请中浙江公司河南公司试验成果：开展的相关试验室及外场测试工作中形成的试验报告1、在浙江进行相关测试并形成试验报告2、在郑州进行相关测试并形成试验报告浙江公司河南公司1.3 目标完成情况总结项目研究产出产出成果承担单位研究成果项目对企业绩效贡献的量化路径图1.4 项目企业绩效贡献和特征指标项目特征指标（PAV）指标名称项目应用前指标现状值：PAVc项目应用1年后指标预期值：PAVe1此项目带来的指标变动量：PAV空调系统耗电量7920万度7470万度- 450万度监控完整度809010空调水系统可靠性缺少统计双源双路由安全性达到通信电源

11、供电水平企业特征指标网络及生产类（EAV-PS）指标名称项目应用前指标现状值（EAVc）项目应用1年后指标预期值（EAVe）此项目应用带来的指标变动量（EAV）空调电耗7920万度7470万度450万度企业特征指标市场及财务类（EAV-MF）指标名称项目应用前指标现状值（EAVc）项目应用1年后指标预期值（EAVe）此项目应用带来的指标变动量（EAV）电费7920万元7470万元450万元企业绩效指标（EPV）指标名称项目应用前指标现状值：EAVc项目应用1年后指标预期值：EAVe此项目应用带来的指标变动量：EAV营运收入营运支出电费7920万元7470万元450万元资本开支项目对企业绩效贡献

12、的量化路径图1.4 项目企业绩效贡献和特征1.4 项目企业绩效贡献和特征指标项目特征指标的年度预期数值表项目特征指标（PAV）的名称：空调系统每年节电监控完整度空调水系统可靠性项目应用前指标现状值：PAVc450万度80%缺少统计项目应用1年后指标预期值：PAVe1450万度90%提高项目应用2年后指标预期值：PAVe2450万度95%提高项目应用3年后指标预期值：PAVe3450万度100%提高项目应用4年后指标预期值：PAVe4450万度100%提高项目应用5年后指标预期值：PAVe5450万度100%提高项目应用6年后指标预期值：PAVe6450万度100%提高项目应用7年后指标预期值：

13、PAVe7450万度100%提高项目应用8年后指标预期值：PAVe8450万度100%提高项目应用9年后指标预期值：PAVe9450万度100%提高项目应用10年后指标预期值：PAVe10450万度100%提高1.4 项目企业绩效贡献和特征指标项目特征指标的年度预期数值一. 课题目标实现情况目 录二、主要研究成果（整合后）一. 课题目标实现情况目 录二、主要研究成果（整合后）2.1 水冷空调的特点研究1、各类空调系统的特点：单元式风冷空调冷却水型空调系统冷冻水型空调系统能效比低中高快速启动好好差内机噪音高高低（主机高）外机噪音高低低冗余性好差差2.1 水冷空调的特点研究1、各类空调系统的特点：

14、单元式风冷2.2 水冷空调的配比方案1、冗余性再分析 通信机房的空调，冗余性一般做到N+X（X=1N），即在有单元故障或有计划维修条件下，不影响机房的制冷效果。因此从各类空调的特点来看，单元式风冷空调之间相互关联少，体积小，相互之间的备份容易实现。而冷却水空调，其冷却水为总管形式，一旦水管失效，内机将全部失效，因此冷却水管的冗余量X至少做到1。同样道理，冷冻水空调系统中既有冷却水总管，又有冷冻水总管，其水管冗余量也至少做到1。2、水冷空调的容量配比要求当一个机房的热负荷为Q时，可容忍任一部件故障。一般有以下几种方案：方案号单元式空调冷却水空调1冷却水空调2冷冻水空调1冷冻水空调2总配置冷量特点

15、比较优选1#1.0Q+q 1.0Q+q能效比E，启动A,防水A2#0.5Q0.5Q0.5Q1.8Q能效比D，启动A,防水B3#0.5Q 0.5Q0.5Q1.5Q能效比B+，启动D,防水C4#0.5Q0.5Q 0.5Q1.5Q能效比C，启动B,防水C5#1.0Q1.2Q2.0Q能效比C，启动A,防水B,总配量大6#1.0Q1.0Q2.0Q能效比B，启动C,防水D,总配量大7#1.0Q1.0Q2.0Q能效比A，启动E,防水E,总配量大注：指标A到D排序为好到， q为单台单元式空调冷量。2.2 水冷空调的配比方案1、冗余性再分析方案号单元式空调冷2.3 空调水系统管道路由方案 1、冷却水空调系统：任

16、一冷却水设施故障，都可以保证用户管路有冷却水供应；用户可以是冷冻机、壳管式冷凝器。 一般冷冻机可以单管供应。但区域性壳管式冷凝器，在无其它形式空调备份下，应在该区域考虑双管供应。图2.1 水系统管道路由示意图一2.3 空调水系统管道路由方案 1、冷却水空调系统：任2.3 空调水系统管道路由方案 2、冷冻水空调系统：任一冷冻水设施故障，都可以保证用户管路有冷冻水供应；用户一般是盘管型内机。 区域性盘管型内机，在无其它形式空调备份下，应在该区域考虑双管供应。图2.2 水系统管道路由示意图二2.3 空调水系统管道路由方案 2、冷冻水空调系统：任一冷冻2.4 水系统的补水水源供给方案 市政进水一般只有

17、1路，因此一般加蓄水池。 补水系统也是双回路方案。A路由蓄水池或市政水直供； B路由蓄水池或应急加水供应。 补水用的蓄水池最好单独设置。在混用的条件下，出水口低于生活或消防的出水口，高低差应能满足最小需求水量。图2.3 水系统补水管道路由示意图2.4 水系统的补水水源供给方案 市政进水一般只有1路2.5 空调负荷计算结果 根据设计中的围护结构、灯光、人员、不同装机设备功率参数，模拟出的机房动态空调负荷如下图。图2.4 10%-50%装机设备时全年逐时空调负荷值 图2.5 60%-100%装机设备时全年逐时空调负荷值2.5 空调负荷计算结果 根据设计中的围护结构、灯光、人员2.6 不同装机容量下

18、的冷却水空调系统分析1、水泵的能耗不同装机设备容量下的空调负荷是不一样的，故冷却水泵的流量，能耗也是动态变化。图2.6 冷却水泵运行能耗2.6 不同装机容量下的冷却水空调系统分析1、水泵的能耗图22.7 不同装机容量下的冷却水空调系统分析2、冷却塔风机能耗图2.7 10%-50%装机设备时全年逐时冷却塔风机能耗2.7 不同装机容量下的冷却水空调系统分析2、冷却塔风机能耗2.7 不同装机容量下的冷却水空调系统分析图2.8 60%-100%装机设备时全年逐时冷却塔风机能耗2.7 不同装机容量下的冷却水空调系统分析图2.8 602.7 不同装机容量下的冷却水空调系统分析图2.9 10%-50%装机设

19、备时全年逐时恒温恒湿空调能耗3、恒温恒湿空调的能耗2.7 不同装机容量下的冷却水空调系统分析图2.9 102.7 不同装机容量下的冷却水空调系统分析图2.10 60%-100%装机设备时全年逐时恒温恒湿空调能耗2.7 不同装机容量下的冷却水空调系统分析图2.10 602.7 不同装机容量下的冷却水空调系统分析由图可知，在不同装机容量下，恒温恒湿空调能耗占据了系统总能耗的大部分，冷却塔的能耗份额最小。因此在适当增加冷却塔能耗的情况下，最大限度的减少恒温恒湿空调的能耗，是系统的节能降耗的关键点。4、不同装机量下空调设备能耗分析图2.11 装机设备时空调设备总能耗2.7 不同装机容量下的冷却水空调系

20、统分析由图可知，在不同装2.7 不同装机容量下的冷却水空调系统分析由上图可知，在冷却水供水水温较低的情况下，恒温恒湿空调的能耗是降低，尤其是27度以上降低的较为显著。同时，为了制取较低温度的冷却水，冷却塔的能耗上升的较快，尤其是在24以下冷却塔的能耗显著上升。根据计算得到，冷却塔供水温度保持在21度的时候，空调系统的设备总能耗最小，在21度-27度，空调系统的设备总能耗上升保持在8%以内。5、 不同设定温度下的冷却水空调系统分析图2.12 不同工况下下的空调设备能耗2.7 不同装机容量下的冷却水空调系统分析由上图可知，在冷却2.8 冷却水空调系统的自动控制系统2.8.1自动控制系统组成1、闭式

21、冷却塔的集中控制 保持冷却水进水温度(ECDWT)最低、控制变速（VSD）风机保证冷却水进水温度最低，提高水冷空调机组的效率。图2.13 冷却塔出水温度与室外湿球温度关系图2.8 冷却水空调系统的自动控制系统2.8.1自动控制系统组2.8 冷却水空调系统的自动控制系统2、冷却循环水泵的集中控制 通常水泵变速控制方法主要分温差控制法、压差控制法。1）温差控制法 温差控制方法是当系统中末端的冷却负荷降低时，此时系统的干管回水的温度就会低于设定值，供回水温差变小，系统通过温差控制装置控制水泵减速运行，减少水流量，使T增大到设定的供回水温差。反之则控制水泵增速运行，使T减小到设定的供回水温差。2）压差

22、控制法 压差控制法从控制空调系统供回水压力差角度来考虑的。当负荷变化时，用户侧供回水管道之间的供回水作用压差会发生改变，因此通过分析供回水管道之间的供回水作用压差的变化情况就可以控制水泵的变频调节。2.8 冷却水空调系统的自动控制系统2、冷却循环水泵的集中控2.8 冷却水空调系统的自动控制系统3、冷却水空调机组的控制 根据机房内温度通过专用空调与壳管冷凝器之间连接的信号线来控制水冷壳管冷凝器回水管上电动两通阀，下图是由机房内温度控制二通电动阀的启或闭，当室内温度高/低于设定值时，通过信号线控制电动二通阀开启度的大小，从而调节流经壳管冷凝器水量而改变空调机组的供冷量。图2.14 机房专用空调及水

23、冷壳管冷凝器控制示意图2.8 冷却水空调系统的自动控制系统3、冷却水空调机组的控制2.8 冷却水空调系统的自动控制系统2.8 冷却水空调系统的自动控制系统2.8 冷却水空调系统的自动控制系统2.8 冷却水空调系统的自动控制系统2.8 冷却水空调系统的自动控制系统2.8.2、冷却塔、水泵控制要求1 、控制信号采集点的设置要求1）室外冷却水供水总管直管段上设置流量计装置，具体要求为流量计前面不小于10倍管径的直管段，流量计后面不小于5倍管径的直管段。2）连接分水器和集水器供回水总管上各设置一只温度传感器和压力传感器，具体要求为于室内供、回水总管长度大于1.5m的直管段上安装。3）供水立管和回水立管

24、最末端之间设置一套压差传感器装置。2.8 冷却水空调系统的自动控制系统2.8.2、冷却塔、水泵2.9 冷却水空调系统应用分析1、冷却水泵控制方案： 通过变频控制系统，由变频器来调节冷却水循环泵的转速，即改变冷却水泵的流量，从而保持最不利冷却水供回水管之间的压差恒定。每台水泵配一只变频配电柜，控制柜均独立设置。压差控制系统主要由压差传感器、变频控制器、冷却水泵及其管路等组成，它要求空调系统中空调末端装置的回水管上必须设有能随空调负荷变化而调节流量的二通阀，如电动阀、电磁阀等，其闭环控制方框图如图2.16所示。图2.15 压差闭环控制方框图2.9 冷却水空调系统应用分析1、冷却水泵控制方案：图2.12.9 冷却水空调系统应用分析图2.16 冷却水控制系统示意图2