结合案例总结高效机房建设的误区与建议
有爱心的灌汤包
2023年12月05日 11:07:49
来自于中央空调
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当前建设高效机房 (High Efficient Chiller Plant) 是个热点,高效机房运行对于节能降耗十分显著,但是我们需要避免一些误区,结合目前的几个实际案例,大致总结如下: #1 空调末端舒适性需保障 冷冻泵依据供回水压差来或温差来调节转速 (频率),但设定值是很小的压差(如:50kPa)或很高的温差(如:8℃),这样会使冷冻泵大多数情况运行在小流量(低频),水泵的功率很小。同时由于流量小,冷机的制冷量也小,冷却水温升也小,冷却泵也可以降频(所以冷却泵的功率也小),从而使整个机房的能耗低,机房效率会很高。但忽视(或称牺牲)了供水流量品质,很有可能会影响空调末端的供冷能力;


当前建设高效机房 (High Efficient Chiller Plant) 是个热点,高效机房运行对于节能降耗十分显著,但是我们需要避免一些误区,结合目前的几个实际案例,大致总结如下:

#1 空调末端舒适性需保障

冷冻泵依据供回水压差来或温差来调节转速 (频率),但设定值是很小的压差(如:50kPa)或很高的温差(如:8℃),这样会使冷冻泵大多数情况运行在小流量(低频),水泵的功率很小。同时由于流量小,冷机的制冷量也小,冷却水温升也小,冷却泵也可以降频(所以冷却泵的功率也小),从而使整个机房的能耗低,机房效率会很高。但忽视(或称牺牲)了供水流量品质,很有可能会影响空调末端的供冷能力;

冷冻水供水温度设定过高 。提高冷冻水供水温度每提高1℃可有2~4%的冷机效率提高,但较高的供水温度会使空调末端的换热能力急剧下降,尤其是在高负荷天气。因此冷冻水供水温度可以在部分负荷时升高些,但一定要节制,避免末端供冷能力不足。

建议:

小流量大温差可以提高水泵的输冷效率,但建议要有合理的变流量判断(判断末端供空调能力是否能够得到满足)。大流量小温差,水泵输冷效率虽然较低,但可最大程度上满足末端的空调水需求(在某些行业这点是最重要的)。

冷冻水的供水温度可以小范围的变化,取决于空调负荷(或室外温度)。不建议12℃以上的供水温度,否则会降低供冷品质,较大影响末端的换热能力。

冷冻水供水流量、温度的改变必须要观察对全部空调末端的影响,它们是一个系统,不能分而治之。

#2 水系统设计需合适

目前不少民用建筑空调冷源系统设计为一次泵变流量系统。相比较以前的一次泵定流量系统,对于水泵的节能很有帮助。

但是,并不是所有的建筑都适宜一次泵变流量系统。如有建筑是多个立管分区的,每个分区的业态是不一样的(营运时间、负荷变化都有较大的不同),采用一次泵变流量系统就不合适。

原因是水泵的变流量调节依据压差或温差都不能完全满足每个区域(立管)的需求。举例如下图:

该截图是广州某项目的14个区域的回水温度,该项目采用的是一次泵变流量系统(供水8.3℃)。有的区域回水竟达20.8℃,空调末端的换热能力很差。由于是一次泵系统,无法对每个区域进行流量输配调节,就会造成这种结果。

 

建议:

一次泵变流量系统容易实现“高效”,因为冷冻水泵运行数量少(对比一、二次泵系统),能耗低。但是否适合所有的建筑类型,需要客观的评价,而不能是为了机房的高效数值,特意去如此设计。

#3 供冷品质、连续性需保障

机房供冷品质是指冷冻水供水流量和温度,目的是为了满足空调末端的换热需求。

关于流量品质,由压差或温差来调节冷冻水泵的流量(转速),在第1节已提及。关于供水温度需要再强调一下,正常运行的空调系统希望供水温度是稳定的,在有些行业甚至希望是恒定的。因此供水温度的稳定性应该是评判机房运行是否正常的重要指标之一。

我们在不少项目中看到供水温度跳跃性很严重,一天内可以从7℃供水温度在多个时段跳跃到13、14℃,这说明冷机的加减机是有问题的,供水温度不稳定会严重影响末端的空调效果,这是我们不愿看到的,因此供水温度的稳定性更重要,其重要性应超过追求机房高效的重要性。

机房供冷的连续性也应该是评判机房运行是否正常的重要指标之一。

大型冷机(尤其是离心机)有各类保护,冷冻/冷却水流量、水质、制冷负荷、流量变化率、室外工况都可能触发冷机保护停机,在第一时间待命冷机能立即启动(通过自控),及时保障供冷的连续性也非常重要,尤其是一些微电子、数据中心行业、生物制药、化学/化工行业。

#4 效率测量精度需保证

机房效率计算精度取决于冷冻水温度、流量和各设备有功功率测量精度。偏差率总体计算可根据以下公式:

 

根据我们的实践经验,当前热敏电阻式水温传感器的偏差在±0.2℃,以通常设计供回水温差在Δ5℃范围计算,±0.2℃偏差在该范围内,其偏差率达4%;

流量偏差率,由于目前项目中基本都是采用对夹式超声波流量计,其精度基本小于3%(管道振动、耦合剂、水中气泡、安装方式等影响);

有功功率,目前项目中对大型设备的电力测量基本都用智能电表,精度一般为0.5%(当然电流互感器的精度应该大于0.5%)。

按以上偏差率,代入公式(认为2个水温度传感器都为正向偏差率,故仅计算1个水温度传感器的偏差率),可计算出目前这种测量方式的误差率:(0.042+0.032+0.0052)0.5=5%

如一个机房的准确效率为4.5,但通过目前大多数的这样的测量仪表及方式,测量值可能是4.275~4.725。这样的误差率还是很大的,举个极端例子:对机房没有做任何整改,仅是更换了测量仪表,也许也可以从原先的测量值4.275提升显示为4.725,给人以机房效率显著提升的错觉。

建议:

水温度传感器必须选择高精度的插入式传感器,精度在±0.1℃(即使这样,在Δ5℃范围内,偏差率也有2%),而且:1、必须选择供水、回水温度传感器同时为正偏差或负偏差的相同类型;2、必须校核精度(用高精度±0.1℃玻璃管式温度计、沸腾水、冰水混合物校核);

流量计建议采用管道对夹法兰式电磁流量计,这种流量计精度可达0.2%,安装要求低、不受管道振动等影响,可长期使用精度不减;

智能电表,要求精度至少在0.5%,电压、电流互感器的精度需在0.25%。

按以上精度选择的测量仪表,其总体精度为:2.1%。仍按机房效率4.5计算,其测量值将为4.4~4.6,这样就较为真实的表示了机房的准确效率了。

其它的一些思考:

#5 关键性能指标建议

 

#6 合理的机房效能

中央空调系统可以划分为两个子系统:空调冷热源系统和空调风(末端)系统。

 空调冷源系统的主要能耗就是制冷机房中设备(包括冷却塔);

 空调风(末端)系统的主要能耗就是风机能耗。

制冷机房中一些设备的设计或运行,会影响空调风系统的能耗。例如:

 较高的供水温度可以改善冷机的运行工况,从而提升机房效率节能,但为了不影响室内的舒适性,可能需要设计更大的空调末端风量,从而导致空调风系统的能耗上升;

较大的冷冻水供回水温差设计或运行,输送水量会降低,从而可以减少水泵的输送能耗,但可能需要增加空调末端换热盘管的数量或面积,从而导致初投资成本的增加。

也就是说:机房能耗与空调风系统的能耗是有联系的,不能为了追求极致机房效率而导致空调末端能耗的大幅增加或初投资的大幅增加。

#7 高效机房的实现手段

 制冷机房中合理、先进的空调冷源系统设计;

 正确、优化的机房设备安装;

 机房设备及水系统的科学调试;

 机房值班人员的日常正确操控。

#8 聘用独立第三方作为高效机房的顾问团队

作为独立的第三方单位(非机电顾问、设计院、施工方、设备供应商)负责高效机房设计和调试有如下优点:

可以较方便的获取冷机生产厂商的产品资料和数据,冷机厂商没有抵触情绪;

 高效机房的设计及控制对于客户是透明的,不存在机密和“Black Box”;

 对于机房各负责单位是公平的,没有倾向性。谁的问题,谁就要解决;

对高效机房建设及成功与否付总责,是全面的把控,不会推诿其他方。知识和经验也是全面的,没有“短腿现象”。


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