中央空调机房超高效运营方案

基于对标的超高效制冷站设计和维护中央空调高效运营方案高效机房国家推动、业主刚需/前言认为中央空调处于设计的理想状态理论节能空间不存在或者非常有限对循环水泵、冷却塔风机加载变频没有解决中央空调效率低下的问题不能解决空调冷却能力不足的问题新旧项目都增加投资,不能承诺COP目前中央空调项目主要问题《绿色高效制冷行动方案》发改环资〔2019〕1054号国家发展改革委、工信部、财政部、生态环境部、住房城乡建设部、市场监管总局、国管局2019年6月13日

二、总体要求（二）主要目标

“到2030年，大型公共建筑制冷能效提升30%，

制冷总体能效水平提升25%以上，绿色高效制冷产品市场占有率提高40%以上，实现年节电4000亿千瓦时左右”

“加强制冷领域节能改造，重点支持中央空调节能改造、数据中心制冷系统能效提升、园区制冷改造和冷链物流绿色改造等重点示范工程，更新升级制冷技术、设备，优化负荷供需匹配，实现系统经济运行，大幅提升既有系统能效和绿色化水平”

关键词解读：1）制冷能效提升30%，因此，“能效对标和提升”是关键技术路径。2）大幅度提升制冷能效，制冷设备的更新换代，是关键技术措施。制冷站能效管理涉及多学科领域设备及技术涉及的学科技术和产品1）制冷机组制冷专业压缩机及两器制造2）换热器效率化学专业水处理和润滑油3）水泵和水塔流体力学专业水塔和水泵制造4）自动控制系统计算机专业软件和硬件设计5）能效监测系统互联网专业传感器和网络设计6）空调系统安装暖通空调专业设备及系统工程安装※要做好制冷站的高效运行管理，至少要掌握6个学科的规律。中央空调制冷站主要设备：冷水机组冷却水泵+冷冻水泵冷却水塔-制冷站高能效运行管理，是综合能力的体现。-产业联盟汇集了各领域资深专家，提供服务。制冷能效与对标管理什么是制冷能效？制冷能效（COP）=制冷量/输入功率（KW）/（KW）制冷综合能效（SCOP）=制冷量/（制冷设备总功耗）花1度电获得多少冷量，其比值越大越节能。什么是对标管理？对标管理：将制冷站综合能效与国家标准做对照，诊断和寻找问题，进而解决问题。设计能效与国家标准对标运行能效与设计能效对标。“能效对标和升级”改造模式，就是将制冷站系统及设备的设计能效和运行能效与国家标准做对照，寻找差距，诊断问题，“对症下药”提出解决方案，通过节能改造，实现制冷站的整体综合能效提升，达到预定的节能目标。

国内外SCOP能效等级指标01

st02

nd03

th04

th05

th螺杆机SCOP≦3.0离心机SCOP≦3.5GB50189-2015螺杆机SCOP≧4.4离心机SCOP≧4.6美国节能指标SCOP≧5.0绿色建筑标准SCOP≧5.4超高效®实现SCOP≧6.0能效现状中国标准国际领先国际先进国际标准

※

当前国内制冷站平均综合能效SCOP≈3.0-3.5，比国家标准4.6低了30%，比国际绿色建筑标准5.0低了40%，亟待提升。综合能效SCOP=

制冷量Q总和W制冷主机+W冷冻水泵+W冷却水泵+W冷却水塔注：本文SCOP均包含冷冻一次泵本文定义：1）高效制冷站：全年平均SCOP≧5.42）超高效制冷站：全年平均SCOP≧6.0水泵能效对标水塔能效对标主机能效对标制冷站能效对标消除厄余量水塔能效本质对标决定主机取舍SCOP解读01020304CONTENTS目录制冷站全智能控制实现能效管理无死角05制冷站SCOP对标解读SCOP及能效对标/01

制冷站能效对标管理工具安装“精准能效在线监测系统”：

“能效要看得见”，是中央空调系统能效管理的首要条件，安装能效在线监测系统，时刻观察制冷站SCOP，采集数据进行分析：1）流量计，计算制冷量和放热量；2）数字电表；计算设备能耗和功率；3）温度传感器，采集温度和温差；监测系统精度参照新加坡标准：读取水泵通讯卡，获得流量数据温度探头，精度±0.2℃；系统的冷热平衡系数误差≦5%；数据采集间隔5分钟/组；综合能效SCOP=

制冷量Q总和W制冷主机+W冷冻水泵+W冷却水泵+W冷却水塔能效在线监测系统对标案例名义设计SCOP=4.65实测运行SCOP=4.32标况运行SCOP=3.70制冷站SCOP≥4.60对标项目实际温差对标参数节能率冷却泵3.84.840%冷冻泵2.75.060%※标况运行SCOP=实测运行SCOP/1.04/1.12=3.70主机实测运行COP=5.91主机标况运行COP=5.07主机能效对标COP≥5.20※标况运行SCOP=实测运行SCOP/1.04/1.09=3.77热不平衡率=-4.25%，对标误差率≤5%老旧制冷站能效提升推演两种改造技术路线的能效推演（华南）制冷站主机能效升级COP标况运行SCOP冷却塔自控系统全年平均SCOP对标项名义COPCOP衰减25%除水垢提升10%除油膜提升10%能效寻优水泵水塔功率占比运行SCOP降低冷却水温提升冷冻水温国家合格标准对标参数COP≧5.2070%70%负载≧4.6逼近度提升2°C≧4.6其他方案5.804.354.78—x1.05x(1-22%)3.91x1.06(-2℃)x1.044.30全智能5.804.354.785.26x1.05x(1-18%)4.52x1.12(-4℃)x1.044.98留用旧主机（COP≧5.8）的升级效果预测：清除油膜智能变频高效水塔结语：旧主机是否值得留用？通过能效对标就可推演结果，决定取舍。技术手段通过安装能效在线监测系统，了解本项目节能潜力。协助业主判断，更换高效主机的经济性。主机能效COP对标主机相关参数的对标分析/02制冷主机效率低蒸发温度不理想冷凝温度不理想制冷主机效率低主机能效寻优和选型制冷站设计开一备一主机台数1台变频(50%-90%)+1台定频(60%-80%)运行负载≦100%=100%100%+10%=100%+20%100%+70%能效寻优开1台变频机变50%+定50%变50%+定60%变55%+定65%变85%+定85%水泵运行单台变频≤90%两台变频50%两台变频60%两台变频65%两台变频85%水泵功率kW≤67.5

24.5x2=49＜67.5(28X2)＜67.5制冷站设计开二备一主机台数2台变频(50%-90%)+1台定频(60%-80%)运行负载100%+80%100%+90%100%+100%100%+100%+100%能效寻优变90%X2变60%x2+定70%变66%x2+定68%变75%X2+定75%X2水泵运行负载两台变频90%三台变频70%三台变频68%四台变频70%水泵功率

kW32.5X3＜67.5X233X4＜

67.5X3※制冷站配置（1-2台）主机时，建议至少选1台变频主机。※制冷站配置3台以上的主机时，建议至少选2台变频主机。能效寻优控制启停台数1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月时间轴制冷量kW1号主机2号主机3号主机主机能效寻优自控系统，建议在制冷站运行1-2年后，掌握了制冷站全年制冷负荷曲线后再加装，这样主机能效寻优的自动控制逻辑清晰，避免逻辑错误和故障。主机效率提高提高蒸发温度T0

制冷主机节能策略主机冷冻水温度对标新风进入除湿，选择湿度下降到30%，再进入末端温度（℃）春秋季夏季室外温度2526272829303132露点温度910111213141516冷冻水温7℃9℃11℃※冷冻水温度越高越好，受限于两个条件：1）不超过露点温度，否则无法除湿；2）末端风机盘管，要有足够的富裕量；※新风除湿和室内风除湿，冷冻水温度如下所示：室内末端除湿，选择湿度下降到50%（除湿新风）温度（℃）根据末端控制温度不同调节室内温度2223242526露点温度1213141516冷冻水温9℃11℃冷冻出水温度每提升1°C，主机COP提升2%主机冷却水温度对标冬季2湿球温度≦8℃可采用自由冷冬季1湿球温度≦8℃可采用自由冷春季夏初湿球温度≈18℃冷却水温≈23℃夏季湿球温度≧25℃冷却水温≈29℃秋季冬初湿球温度≈18℃冷却水温≈23℃※水塔换热效果的评价指标为逼近度=冷却塔出水温度-湿球温度，通常逼近度≦4℃。主机的冷却进水温度越低越好，但受限于两个温度：（1）不会低于环境的湿球温度。经验值，夏季逼近度≦3℃，过渡季节逼近度≦5℃。（2）应高于主机最低冷却水温度，例如≧18°C。否则，会导致离心机组喘振或者宕机。冷却塔出水温度每降低1°C，主机COP提升3-4%冷塔出水温度主机趋近温度对标冷却出水温度冷媒饱和温度趋近温度:0.8℃※趋近温度=冷媒饱和温度-冷却出水温度1）趋近温度每提升1°C，主机COP降低3-4%；2）新机组趋近温度，理论上无限趋近0°C，由于传感器误差±0.5°C，因此通常趋近温度≤1.0°C；3）旧机组即使将水垢清除干净，但因表面粗糙，通常趋近温度≤1.5°C，视同无水垢。※冷却循环水污垢构成复杂，单一水处理方法无法彻底解决这一问题，导致趋近温度不断上升。需要综合水处理组合技术（请参考综合水处理专题PPT）主机趋近温度表征冷凝器水垢生物粘泥堵塞过滤器提高阻力降低效率2026/5/6生物粘泥在闭式系统内的污泥样张生物粘泥对蒸发换热器的影响主机能效对标小结主机各项参数对标汇总设备对标项目对标导向制约因素控制逻辑和方法对标参数制冷主机(1)能效COP越大越好受限于压缩机技术极限选用COP最高，高效区间宽COP≧6.3(2)能效寻优高效区间变频机比定频机价格高。应当选用1-2台变频主机50%-90%(3)冷却进水温度越低越好无限逼近湿球温度、高于开机最低冷却水温度选用高效智能冷却塔逼近度≦4℃(4)冷冻出水温度越高越好除湿受露点温度制约，新风除湿和室内风除湿，不同。比露点温度低2℃。建议采用自动控制技术，自动调节。新风除湿≦9℃末端除湿≦11℃(5)趋近温度越低越好污垢组成复杂，单一水处理技术，无法彻底除垢。选用综合水处理技术∆T趋近≦1℃※新设计高能效制冷站，选择主机的两点建议：（1）不仅看主机名义COP，更要看主机高效区间宽窄。（2）选择主机COP最高的机组，并选配一定比例的变频离心机※为了减少能效衰减，需要做好主机换热器和冷却塔的维护保养。技术手段1、通过对历史数据和项目情况的分析，进行主机运行模式优化。2、在充分考虑制冷主机安全启停间隔的基础上，自动调节运行数量，控制制冷主机持续运行在高效区，以最低的能耗满足末端负荷需求，实现制冷主机的节能.技术手段3、冷冻水使用专用药剂可以保持冷冻水管道清洁无垢、无生物污泥，延长系统寿命，解决蒸发器粘泥层对换热器趋近温度的影响，提高蒸发温度，进而提高主机整体效率。4、去除Y型过滤器可降低管道阻力，加装集中式低阻力过滤器、双翼低阻力止回阀，有利于水泵节能。水塔能效对标智能变频控制逼近度/03冷却塔效率低塔间流量不平衡，不能利用所有塔增强冷却效果缺乏有效冷却塔群控技术，冷却塔风机能耗较高塔盘布水不均匀，不能充分利用填料进行热交换冷却塔效率低

1.

设计原理落后：不懂连通器理论；

水泵能耗过大1、冷却塔塔高3米；2、大楼主体24米（地面到楼顶）；3、水泵位于地下10米（地下室到地面）；4、管道阻力5米；5、水头动压2米请问：水泵扬程需要多少？是不是：3+24+10+5+2=44米

★根据能量守恒，水泵的输出功率还会成为主机的负担。冷却塔换热原理及选配冷却塔换热原理：1）扩大水与空气接触面积：-PVC填料层，增大面积；-光滑的表面，水易成膜；-填料间距越小，面积越大；2）足够的风量带走热量：-填料间距越小，风阻越大；-进风量与风机功率相关；冷却塔能效指标：逼近度=冷却出水温度-湿球温度。冷却水温度无限逼近湿球温度。逼近度≦4°C。PVC填料水膜流向冷却塔选配对标：综合成本和逼近度，设计预留≦30%富裕量。

冷却水温越低，制冷主机的能效越高

通过冷却塔的优化设计，降低冷却水温度优化冷却水温塔间布水不均现象较为普遍，没有充分发挥塔的散热效果工作原理：连通管解决塔间分水不均问题，避免了电动调节阀的滞后和失灵现象塔间均水器现场安装照片解决塔盘内在小流量时出会出现布水不均现象变流量喷嘴，设计了立式下水槽，进入布水盘的冷却水首先形成积水，然后从每个下水孔流向填料。另外，由于立式下水槽的结构特点，少量的杂物不会影响布水盘的使用。单台冷却塔的填料得到充分利用。

传统的布水盘是平面布水，冷却水优先从靠近进水管道的下水孔流向填料，离进水管道较远的下水孔分不到水，其对应的填料得不到有效利用。单台冷却塔的填料利用率低，冷却效果不佳。改造前改造后解决塔盘内在小流量时出会出现布水不均现象变流量喷嘴实物图下部莲花状设计，起洒水多次降温作用上部采用螺纹与下部结合，旋转可调节高度。下水槽开在侧面。项目现场改造后逆流塔的双层布水设计、改造智能型变流量冷却塔的填料使用情况普通冷却塔的填料使用情况冷却塔更换高效填料采用图形分辨技术，分别分辨机组加载、布水量变化、室外温度变化、湿球变化、大气压变化，计算出近湿球温度值，作为当前冷却塔最佳冷却目标，提升冷却塔整体运行效率。冷却塔风机节能３０～５５％近湿球控制技术冷却风量M³/h出水温度℃工作频率Hz平均电风比：1：2.218风量区间55%-86%功率区间13%-51%101520253033363942454850风量百分比功率百分比冷却塔风机功率百分比和风量百分比随频率变化的曲线图工作频率25Hz工作频率42Hz冷却塔风机联合变频和近湿球温度控制技术冷却水水垢处理设备--捕垢器技术手段1、通过安装均水器、变流量喷嘴、高效填料，最大限度利用冷却塔冷却能力，降低冷却逼近度，提高主机效率。2、通过变风量技术，降低风机功率，提高系统COP。技术手段3、软化水装置易造成管道系统腐蚀，使用专用捕垢器提取冷却水中的钙镁化合物，降低冷凝温度，提高主机效率水泵能效对标分析跟踪主机，随机应变，动态调节/04

水泵能耗的简要分析流量主机100%所需流量主机70%所需流量XX米额定扬程零流量时系统扬程流量下降管阻下降扬程厄余图示：①水泵额定功率，主机100%负载，温差为4.5°C；②主机100%负载，温差为5°C所需流量的功率点；③主机70%负载，温差为5°C所需流量的功率点；额定流量富裕量110%①②③主机负载50%70%80%100%定流量温差∆T2.5°C3.5°C4.0°C5.0°C变流量温差∆T5.0°C5.0°C5.0°C5.0°C流量下降比例↓50%↓30%↓20%0水泵功率下降比例67%42%37%0水泵节能运行：参照《高效智能变频水泵专题》PPT水泵的电能主要消耗在流量和扬程：（见右图）1）水泵推动不同体积的水，需要花费不同的功率，因此水的流量越大越耗能；2）系统管径固定，当流量增大时，流速加快，管道的阻力就会增大，所需扬程增大，反之则扬程降低。3）主机在运行时，负载变化，其所需流量也应该变化，水泵就需要自动调节流量和扬程，适应主机所需。因此，水泵应能调节流量和扬程，变频是必须的。流量下降管阻下降扬程设计余量设计不合理不同型号冷机、水泵组合运行形成混水，能耗上升二次泵系统设计具备优化方案管道结构设计不合理，流体阻力大，损失水泵扬程

水泵设计不合理

设计原理落后：不懂连通器理论；

1、冷却塔塔高3米；2、大楼主体24米（地面到楼顶）；3、水泵位于地下10米（地下室到地面）；4、管道阻力5米；5、水头动压2米请问：水泵扬程需要多少？是不是：3+24+10+5+2=44米

★根据能量守恒，水泵的输出功率还会成为主机的负担。

水泵设计余量太大控制有问题冷却泵控制有问题冷冻泵控制有问题水力平衡控制有问题

水泵控制有问题冷冻水温差对标控制7°C12°C15°C蒸发器平均温度：11.0°C1）主机冷冻水温差设计为5°C；2）主机温差扩大时，蒸发器平均温度从9.5°C提升到11°C，蒸发温度提升对主机能效COP有利。3）蒸发温度提升1°C，主机COP升2%蒸发器平均温度：9.5°C蒸发器1231）温差越大，蒸发器平均温度越高，有利于主机COP；2）温差越大，流量越小，管阻越小，有利于水泵节能；

冷冻水温差越大越好

制约冷冻水温差的因素冷冻水温差≧5℃（设计温差）1）要满足最不利末端的冷量，不能导致末端冷量不足；2）冷冻水流量不能低于主机最小流量，否则引起宕机；1）按照最不利末端恒压控制；参考主机设计温差；2）温差≤4.5°C(设计温差90%)，需巡查水力不平衡；

冷却水温差对标控制1231）温差越小，冷凝器平均温度越低，有利于主机COP；2）温差过大，会导致冷凝温度提高，主机能耗增加；

冷却水温差越小，对主机COP有利

制约冷却水温差的因素4.4°C≤冷却水温差≤4.8°C1）温差太小，流量太大，会导致水泵能耗增大；2）流量过小，天气炎热时，会影响水塔冷却效果；1）冷却泵的控制逻辑，要跟随主机温差，不超出范围；2）天气炎热时，为保障水塔逼近度，可适当加大流量；冷凝器35°C30°C37°C冷凝器平均温度：32.5°C冷凝器平均温度：33.5°C1）主机冷却水温差设计为5°C；2）主机温差扩大时，冷凝器平均温度从32.5°C提升到33.5°C，冷凝温度提升，对主机能效COP不利。3）冷凝温度提升1°C，主机COP降3%水泵功耗占比对标分析水泵14.0%主机82.0%水塔4.0%水泵24%主机71.0%水塔5.0%同样1级能效主机COP=6.3，制冷站SCOP=6.3x71%=4.47

同样1级能效主机COP=6.3，制冷站SCOP=6.3x82%=5.17

降低水泵功耗占比，关键在变频调节技术：1）常规控制，功耗占比24%；SCOP只有4.47（低于国标）；2）智能变频，功耗占比14%；SCOP达到5.17（节能等级）；※水泵功耗占比，直接影响SCOP的能效等级。参考指标：水泵的功耗占比≤14%技术手段1、准确计算冷冻水与冷却水流量与扬程，在满足系统安全的前提下，更换低扬程足流量水泵。2、安装变频系统，通过变流量技术，降低水泵功率，提高系统COP。制冷站全智能控制实现能效管理无死角/05制冷站智能控制逻辑分析

制冷站自动控制系统，只负责顺序启停四个模块：1）各个模块独立工作，由专业厂家提供。2）控制逻辑简化，避免了BUG和系统瘫痪。3）需要的传感器很少，大大降低故障率。冷冻泵压力控制模块：最不利末端恒压控制无传感器。可输出流量数据。冷却塔温差控制模块：跟踪湿球温度。变频调节风机功率。温度传感器。冷却泵温差控制模块：控制温差4.5°C-4.8°C冷却水上塔零扬程。读主机通讯，无传感器可输出流量数据。主机独立控制模块：1）跟踪露点温度。2）调节电流负载。跟踪室外或末端温度计读主机通讯卡①②制冷站智能控制创新点※制冷站的各项设备其控制逻辑不重合，彼此关联不大，各自独立控制，节能无死角。※水泵和水塔实现运行时降至极限功耗：1）冷却塔跟踪逼近度，把风机功率降至极限；2）冷却泵将水进塔调整到零扬程，功率极限小；3）冷冻泵以满足末端需求为优先，恒压控制将功率降至极限小。1）冷冻水温度重设，指挥主机调温度；2）多台能效寻优，指挥电流加减负载；3）调节启停台数，需全年冷负荷曲线。

主机厂提供主机自动控制模块。主机控制逻辑1）冷却泵对标：4.4°C≤∆T≤4.8°C；冷却泵自控逻辑是跟随主机温差，控制流量。冷却水进塔时零扬程。水泵厂提供群泵控制模块冷却泵控制逻辑冷冻泵的对标：跟踪最不利末端压力，不是跟踪温差，温差只作为参照分析问题。※无传感器智能变频水泵的独特优势。

水泵厂提供群泵控制模块冷冻泵控制逻辑冷却塔对标：逼近度优先，降低功率为辅。全联通布水器，1）根据上总水量负荷，调节风机功率；2）跟随逼近度，降低功率。水塔厂提供水塔的控制模块冷却塔控制逻辑制冷站能效对标管理总结制冷站的设计能效SCOP设计能效，是设备静止状态下的名义能效。设计预留余量适中，达到国家标准GB50189-2015不难。1制冷站全年运行能效SCOP节能与否，取决于制冷站的全年运行能效。“能效在线监测系统”，是运行能效管理的必备工具。2延缓制冷站运行能效衰减设备能效衰减及折旧，是必然的。未雨绸缪，采用抑制能效衰减的新技术，可减少运行费用，并延长设备寿命。3高能效制冷站特征：设计SCOP≧4.60（国标要求）运行SCOP大于设计SCOP全年SCOP≧5.40；全年SCOP，每年衰减率≦3%预防能效衰减技术