暖通冷热源高效机房技术研究

暖通冷热源高效机房技术研究

丁银行,王耐,江思润

中国建筑第八工程局有限公司华中建设有限公司，安徽省阜阳市，236000

  摘要：近年来，国家对于绿色节能提出了越来越高的要求，尤其是对大型公共建筑绿色高效制冷（制热）产品有了明确的规定。本文将从公共建筑暖通空调系统绿色节能的现状切入，分析暖通空调系统的组成结构，设备选型，管路设计及控制策略等方面，得出暖通冷热源机房如何实现高效节能，使暖通空调系统在建筑绿色节能方面满足国家要求，促进国家经济的可持续发展。

关键词：暖通、冷热源、高效机房

前言：随着社会对能源和环境问题的关注日益增加，建筑行业的节能减排成为了一个重要的议题。暖通系统作为建筑能源消耗的主要来源之一，其节能减排技术的研发和应用显得尤为重要。暖通冷热源高效机房技术作为一种能够提高暖通系统能源效率的技术，逐渐受到了业内的关注。本文将深入研究暖通冷热源高效机房的组成及相关技术措施，以期为相关领域的研究和实践提供有价值的参考。

一、暖通冷热源机房现状

2019年6月，国家有关部分联合发布了《绿色高效制冷行动方案》。方案中明确指出，“到 2022 年，家用空调、多联机等制冷产品的市场能效水平提升 30% 以上，绿色高效制冷产品市场占有率提高 20%，年节电约 1 000 亿 kWh ；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，年节电 4 000 亿 kWh 左右”。“冷热源高效机房”成为暖通行业的热点话题。“高效”一般是针对制冷机房的能效比 EER 而言的，是对制冷（制热）机房实际耗能情况的评价。EER 值是机房总制冷量与制冷（制热）机房总耗电量的比值，即 EER= 总冷量／（冷水机组 + 冷冻循环水泵 + 冷却循环水泵 + 冷却塔）耗电量。EER 的数值越高，就代表制冷机房越高效。根据国际相关标准，高效的制冷机房系统能效比应高于5.0，能效比低于3.5时，制冷（制热）机房系统就需要改进。而目前国内的制冷机房实测能效比EER大多数低于3.5，冷热源机房的能效严重偏低。主要原因为以下几个方面：1.机组选型过大，长期处于低负荷状态下运行，且调试、保养不到位。导致实际运行能效达不到标准要求。2.循环水泵选型过大，设计阶段各系统划分不合理，造成空调水系统水力平衡失调。3.系统运行集成化、自控化程度较低，导致系统各部位运行未在最佳合理区间，导致资源浪费或分布不均。因此要想实现制冷机房的高效运行，不仅要更换更加高效的机组、水泵等设备，还要全面统筹机房系统设计、安装、运维等全过程。

二、暖通冷热源高效机房组成及设计

暖通冷热源高效机房根据制冷制热工况可分为以下两套组成方式：1.制冷工况包括冷水机组，冷冻循环水泵，冷却循环水泵，冷却塔，自控系统等；2.制热工况包括热水锅炉，热水循环泵，冷冻水循环水泵，自控系统等。

暖通冷热源高效机房的设计主要包括冷热负荷的设计，主要设备的设计选型，连接管路的设计及自动控制系统的设计。

1.冷热负荷的设计

房间的冷热负荷是空调系统设备选型的重要依据。负荷的大小与制冷机组及锅炉的耗能成正相关。建筑冷热负荷的设计与建筑功能、规模、建筑节能措施、当地气候条件等多方面因素都有关系，在设计时应在综合考虑各方面因素的前提下，尽可能降低冷热负荷，进而减少系统能耗。

2.冷水机组（热水锅炉）设计

冷水机组台数及单机制冷量选择，应能适应负荷全年变化规律，满足季节及部分负荷要求。机组不宜少于两台，且同类型机组不宜超过 4台。机组宜采用变频机组，变频机组在部分负荷工况状态下，相较于定频机组有更高的运行效率。机组性能系数COP值与IPLV值需满足国家相关规范要求。

单台锅炉的设计容量应以保证其具有长时间较高运行效率的原则确定，实际运行负荷率不宜低于50%。在保证锅炉具有长时间较高运行效率的前提下，各台锅炉的容量宜相等。当供暖系统的设计回水温度小于或等于50℃时，宜采用冷凝式锅炉。

3.冷冻、冷却循环水泵设计

水泵的功率与流量，扬程成正比关系，在设计选型时流量通常按照 5°C温差计算，扬程设计容易偏大，实际运行过程中，水泵流量扬程工作曲线工作点向右偏移，容易造成水泵过流，功率偏大，甚至烧毁电机，因此选用合适水泵，至关重要。一要降低系统流量，对于冷冻水系统采用大温差，小流量，建议设计温差不低于 6C温差，采用大温差系统时，要充分校核末端设备处理能力及主机供冷能力，并且应能满足主机最小流量要求:而冷却水系统目前主流仍然采用 5C温差计算。二要优化管道系统设计，尽量减少系统沿程损失，如采用 45°弯头替代 90°弯头，采用直通式过滤器代替Y型过滤器。合理分配末端设备所需的制冷量（制热量），方便检修等。减少系统管路长度，提高系统运行效率。选择合适的管路材料及连接方式，合理确定各控制及调节阀门的位置。三要选用低阻力制冷主机，普通主机阻力通常为 8-10 米，低阻力主机为35 米，设计人员在设计时图纸中应注明参数，避免在实际采购中出现偏差。四要采用变频水泵，水泵功率与转速频率的三次方成反比关系，水泵转动频率根据空调未端需求实时变动，但需满足主机最小流量要求。

3.冷却塔参数设计

冷却塔的性能高低，配管设计是否合理，直接影响着制冷主机的耗电量冷凝温度每上升1℃，制冷主机主机耗电量增加约2%-3%。冷却塔在设计时，需要布置到通风良好的地方，避免出现散热不通畅导致设备停机，影响塔的处理能力。另外要避免发生出水与回水混流，导致冷却塔的出水温度降低。冷却塔的启停可根据室外湿球温度控制，未开启的冷却塔，其进水管道需关闭。三要选型要正确，很多设计院冷却塔的设计由给排水专业负责，容易造成冷却塔的选型偏小。冷却塔在选型时，应按照当地的湿球温度，并考虑 10%-20%的余量进行设计。

4.自控系统设计

自动控制需要实现两个作用，一是检测变量主要包括冷冻循环水、冷却循环水供回水温度，以及各循环系统的流量，压力，每台制冷主机的供回水温度，流量，及主机，水泵，冷却塔的实时耗电量，对耗电量进行记录，并形成定期的报表，进行同比和环比分析并实施计算出主机COP，及机房EER等参数值，方便使用方进行统计分析。二是根据预先设计的命令，实现系统设备的自动控制，根据系统当前运行所需的制冷量及制热量，以及末端设备的运行情况，自动调节管道流量，主机运行负荷，甚至控制设备自动停关机，达到空调系统的最优运行状态。

结束语：

通过以上优化措施，可以进一步提高暖通冷热源高效机房技术的系统设计和运行管理水平，实现暖通系统的节能减排目标。在实际应用过程中，应根据具体情况制定合适的优化方案，解决机房在设计、施工、运维等方面存在的诸多问题，并根据反馈信息和实际情况不断调整和完善。此外，加强与相关领域的交流合作，共同推进暖通冷热源高效机房技术的发展和应用，建设高效、绿色、节能的冷热源机房，也是实现建筑行业可持续发展的重要途径。

参考文献：

【1】《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015

【2】《解密高效机房系统》（机电信息2020-28）