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1、面向全工况高效运行的制冷机房设计、调试、运行方法与案例研究汇报:邓杰文,助理教授,华中科技大学指导:魏庆芃,副教授,清华大学2023年4月2023年中国制冷展专题研讨会高效机房22.能源安全问题:石油、天然气对外依存度高1.全球变暖问题严峻,绿色低碳发展需求迫切:2030年碳排放达峰,2060年实现碳中和3.大气污染问题零碳能源愿景 公共建筑实际运行能耗高,特别是空调系统能耗高,对于高档写字楼、商业综合体,空调系统能耗占据半壁江山;Energy Efficiency 提高空调系统运行性能是公共建筑实现零碳发展的重要环节“优化区域经济布局,促进区域协调发展”“推动绿色发展,促进人与自然和谐共生”
2、3建筑机电/能源系统从设计到运行存在漏斗效应传统流程 一环一环问题相扣每个环节 专业人员保驾护航若不重视任何一个环节,都会导致最终建筑运行性能不佳,功亏一篑施工:工人施工:工人验收:开业验收:开业运行运行设计:设计院设计:设计院战略和方案:大师战略和方案:大师4 面向实际用能需求,以运行能耗、效率为目标,打造供冷季全工况高效运行的制冷机房 贯穿设计、施工调试、长期运行调控的全过程“技术+管理”创新与工程落地5高效机房实现路径全年负荷模拟系统优化运行模拟经济分析冷热源设备选型水系统优化风系统优化精确计量智能控制重要前提:贴近实际运行的全年逐时负荷计算冷水机组:多方案比选,方案合理、设备高效输配系
3、统:注重水力平衡、减少不必要的阻力损失,降低管路S值;水泵选型合理、运行高效冷却塔:散热环境良好、散热面积足够,并联控制策略:设计能满足不同工况下需求的策略无差实现:避免招采、安装、调试过程的损失精准计量:全面且精准的采集数据,实时监测,可以反馈运行控制算法,未来反馈设计 采用运行能耗/成本等反过来优化设计方案的理念,对设备选型进行精准能耗预测与比选,并在设计阶段就考虑和预留调适条件,规避普通项目常规的风险6大型商业综合体,包括商场、4座SOHO公寓、办公楼及街区商业。本次高效制冷机房针对购物中心:建筑面积13.6万,其中空调面积10.4万湖北省武汉市,夏季气温高、相对湿度大,供冷需求高;过渡
4、季节相对凉爽,供冷季负荷变化大2022年初投入使用,第一个供冷季冷水机组:4定1变等容量冷机并联运行,总装机容量5000RT冷水泵:一次泵变流量系统,水泵等容量,变频,5用1备冷却水泵:水泵等容量,变频,5用1备冷却塔:5台等容量并联运行,风机变频,适合武汉气候7 输入最贴近实际运行的参数,进行8760h逐时负荷模拟:气象参数、人员设备密度、人员设备作息;如何贴近实际需求:细分功能房间+明确室内设计参数,同类项目调研、最新的标准规范、“十二、十三五”国家重点研发计划最新研究成果;充分考虑太阳辐射得热、围护结构传热、人员、灯光、设备产热等因素动态变化,模拟计算贴近未来实际运行情况的全年8760小
5、时供冷负荷;计算全年逐时太阳辐射得热8 冷源方案设计的重要基础是精准的全年8760h逐时冷负荷模拟,据此开展的冷源方案设计才能够贴近实际运行情况;不仅仅是尖峰工况够不够,更重要的是供冷季全负荷区间运行性能高不高;无论选择何种形式的冷机,都需要结合逐时负荷与冷机性能曲线,进行冷机全年运行工况的模拟;应进行多种选型的方案比选,尽量涵盖不同形式的组合(例如高压与低压冷机,大小机搭配、变频冷机与定频冷机,螺杆机与离心机),给出全年用电量、电费、初投资、15年生命周期成本的计算结果,方可确定最终的选型。02000400060008000400079157235
6、362570378937852263234752653273128092887冷负荷延续图9 外因分析:关键是“精确”掌握需求,通过新的观测方法和更多数据,实现对外因进行定量地精确识别和描述;全年逐时供冷负荷、室外气温(影响冷却效果)内因分析:关键是“准确”,准确测量和把握研究对象(水泵、阀门、末端)现实的、固有的技术参数或能力;冷水机组、水泵、冷却塔变工况性能曲线 内外协同:是指在精确掌握研究对象外部需求和外部条件,又
7、准确了解研究对象内部固有技术特征和能力的前提下,精准匹配、协同内外的持续调适过程;冷源选型多方案比选1010压焓图变频离心机曲线实测数据制冷剂流量比相对压缩比喘振线堵塞线 外部效率,逆卡诺循环外部效率,逆卡诺循环COPCOP,反,反应运行工况应运行工况 内部效率:反应机组自身性能内部效率:反应机组自身性能 7 7供水和供水和1212供水直接对比供水直接对比COPCOP合理吗合理吗?=冷水机组运行冷水机组运行COPCOP:(蒸发、冷凝温度决定)11 基于冷水机组样本参数或实际运行数据,回归冷水机组变工况运行性能预测模型11冷机内部设备模型蒸发器&冷凝器ICOP=,=2 121=2 1=,1+27
8、3.15传热公式水侧能量守恒辅助关系=,计算还需换热系数KF,对于既定设备,和均为常量,KF为两侧流体流速的函数,用制冷量表征制冷剂流速。利用历史运行数据回归拟合关键系数,定量刻画两器换热KF=12+1+12+1+1+1板 换 式蒸发器 1 1 1 1 1 1 R2 6.095-12.89-9.897 10.78 59.14 4.255 0.9566 板 换 式冷凝器 2 2 2 2 2 2 R2-17.44 48.83-60.58 34.91 113.4 2.995 0.9374 冷机内部设备模型压缩机DCOP=,=12+12+1 +1+1+1举例:定频冷机DCOP为DT(冷凝-蒸发饱和温度
9、)和PLR(负荷率)的函数采用历史运行数据拟合二元二次模型各项系数;12 冷水系统输送系数(WTF)表示单位泵耗输送的冷量,常用于评价冷水系统运行性能,WTF 越高表明系统运行性能越好 在供冷量确定后,影响冷却水系统的关键参数:系统供回水温差,K 末端阻力系数,mH2O/(m6/h2)水泵效率,%输配优化设计方案设备性能优化末端水力平衡变频设备高效水泵减小系统阻力供回水温差13 供冷空调:供冷季全工况高效低能耗的冷源及供冷输配系统(2022年夏季初步实现)全年冷源和供冷输配系统效率 EER 5.2 全年冷源和供冷输配系统电耗强度 26的时间 1.5%确定4定+1变等容量冷机组合,总装机容量50
10、00RT14原则以保障热舒适度及节能为目的,控制系统应遵循简单,实用,可靠的原则基于经济性可靠性普适性,综合考虑现有主流厂商及控制技术并根据运营需求优化或调整控制策略基于现有物业及节能管理水平,人员状况,制定简单,可靠,逻辑明确的控制策略。降低对传感器和执行器的过分依赖,结合反馈调节+前馈控制监控系统应确保数据采集,管理,存储的全面,安全和持续性,未来可扩展性对整个系统进行持续的节能诊断和调适,不断的发掘节能潜力15 1精准计量系统控制策略系统控制优化冷机自适应控制冷冻泵变频控制冷却泵变频控制冷却塔变频控制设备开关连锁控制冷冻水温设定冷冻水温差/压差设定冷却水温差设定冷却水温度设定设备开机台数
11、设备策略系统策略KPI+决策精准能效/负荷性能预测模型设定值重设室外气象参数16送回风温差是否过小(风量是否过大)扬程是否过高效率是否过低空调风系统空调水系统冷水机组外部效率,逆卡诺循环外部效率,逆卡诺循环COPCOP,反应运行工况,反应运行工况内部效率:反应机组自身性能内部效率:反应机组自身性能17设计成果及目标在施工阶段转化18 依据招投标要求,协助设备进场管理 按施工图纸和现行规范编制质量检查体系,依据国标及规范制定考核标准,使用看、摸、敲、照、靠、吊、量、套等八种检查方法 补充检查后期测试调节的预留条件 避免开业后整改,当场指出解决方案,减小不良影响设备进场技术文件检查符合招标文件和国
12、家标准规范要求签字确认,并将技术文件整理存档是投标方按要求提交技术文件否设备安装投标方配合安装单位进行技术交底,由招标方签字确认安装施工安装完成后,投标方检查每台设备的施工质量,并提交提交安装质量检查报告符合招标文件和国家标准规范要求是由招标方、投标方、安装单位共同签字确认,完成安装交付否试运行投标方检查试运行条件满足设备试运行要求开始试运行是否提交试运行申请,由招标方签字确符合招标文件和国家标准规范要求由招标方、投标方共同签字确认,完成试运行交付是故障排除否满足设备试运行要求投标方提交设备试运行报告按要求整改试运行准备工作完善123设备进场管理施工质量检查预留条件检查19冷机供水温度设定值根
13、据室外湿球温度再设定冷机台数控制最佳负荷率区间根据运行数据自学习冷却塔出水温度设定值根据室外湿球温度再设定冷冻水温差根据最不利点供冷效果再设定冷却水温差根据室外湿球温度再设定 冷源群控系统从自动运行进一步实现智慧运行,效果预测检验与自学习的控制水泵根据压差/温差设定值自动调节运行台数与频率冷机自动加减机冷却塔根据出水温度设定值自动调节运行台数与频率20212223 供冷季逐时负荷是变化的,冷水机组、水泵、冷却塔不同工况下的运行性能是变化的;传统设计、施工验收调试、设备样本参数,重点关注尖峰工况或者额定工况够不够(跳高思维);但空调系统在实际长期运行过程中更重要的在于多工况高效运行(跳远思维),重点在变;从设计、调试到长期运行,追求系统变工况运行下的性能实时最优!还 请 批 评 指 正!汇报:邓杰文,助理教授,华中科技大学指导:魏庆芃,副教授,清华大学2023年4月2023年中国制冷展专题研讨会高效机房