高效机房对冷水机组的控制要求

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一、高效制冷机房设计要点1.0

高效制冷机房设计要点，旨在实现空调系统节能目标，在国家双碳战略下显得尤为重要。本文围绕高效制冷机房设计要点展开，旨在提供全面、科学的指导。

一、前言

在夏季用电负荷高峰期，城市面临拉闸限电问题，高效制冷机房设计成为解决能源问题的关键。国家推动能源开源节流，高效制冷机房设计应运而生，旨在通过优化设计与管理，实现系统高能效运行。

二、国家及地方相关政策

国家与地方出台相关政策与标准，推动高效制冷机房技术发展与应用。

三、高效机房的定义及行业标准

高效制冷机房定义为兼顾能效与系统运行的机房，通过科学设计、合理管理，实现高能效运行。行业标准包括技术规程、评价标准与能效检测标准，为高效制冷机房建设提供依据。

四、行业趋势

未来建筑电气化趋势明显，高效制冷机房设计与应用将迎来新的发展机遇。电动压缩式冷水机组成为新建项目首选，为实现能源节约与高效利用奠定基础。

五、高效机房的能效要求

高效制冷机房划分为不同等级，以能效比作为评价指标。一至三星级等级递增，对应能效水平逐步提高，确保系统在不同气候分区下达到高效运行。

六、实现高效机房的方法

从冷却塔、设备选型、循环水泵、系统管路等关键环节入手，采用强化换热、优化设备配置、降低阻力等措施，确保制冷机房在不同工况下高效运行。

1.冷却塔与设备配置：优化冷却塔设计，采用高效设备，合理配置冷水机组，实现高效运行。

2.循环水泵：优化管路设计，采用变频技术，降低系统能耗。

3.系统管路：合理布局，采用低阻力阀门与管件，减小阻力，提高效率。

4.冷却水系统：优化冷却水温度与水质处理，确保高效换热。

5.设备性能：优选低阻力设备，提高能效。

结论

二、制冷机房的布置的要求

制冷机房的布置要求涉及到多个方面，以确保其高效、安全运行。小型制冷机房通常位于建筑地下室，而规模较大的制冷机房，特别是氨制冷机房，则需单独建造。

在布置上，制冷机与冷冻、冷却水泵的重量大、振动及噪音需重点考虑。对于带有群房的高层建筑，制冷机房适宜设置在裙房地下室，并采取有效措施，如消声隔振，尤其注意水泵与冷冻、冷却水管支吊架的减振。在要求不高的场所，这些要求可根据实际情况灵活调整。

制冷机房内部的送排风设备应配备，以及时排除余热，补充新鲜空气。室内温度需控制在≤36℃，并设置人工照明，确保控制开关和操作仪表周围有足够的照度。

在用电方面，制冷机及其配套设备是建筑中的用电大户，其位置应尽量靠近负荷中心，与低压配电间互换，最好设置在电梯附近，以优化电力供应。

吊装冷冻、冷却水管等设备的楼板需具备足够的承载力，并处理好消声隔振问题。冷水机组的基础应高出机房地面150至200㎜，基础周围及基础上应设置排水沟与集水坑或地漏相连，以防漏水和油污。

对于消防措施，制冷机房需符合国家防火规范，特别是冷水机组等设备的体积和重量要求。在设备进出、更换时应有便捷措施，确保设备安装控制孔在更换机电设备时能顺利开启。

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高效机房冷水机组选型要求

冷水机组作为高效机房的主要设备，其性能指标对高效机房的性能和综合能效起到举足轻重的作用，因此冷水机组的性能和选型就显得尤为重要。

1.稳定性强

冷水机组的稳定性具有两个层面的意思，一是要求机组低故障率，无论是舒适性空调系统，还是工业制程用冷水系统，都不容许冷水机组经常发生故障，特别是工业制程冷水系统，一旦系统备份能力不够，冷水机组发生故障将会对工业生产造成巨大的损失。二是运行参数要稳定，比如对温、湿度控制精度要求较高的净化空调系统，要求冷水机组出水温度恒定，这样有利于空气侧温、湿度控制。

2.能效比高

冷水机组的能效比，特别是IPLV值将会对整个机房系统综合能效比产生决定性的影响。所以，在经济合理的前提下，高COP及IPLV值的变频机组将会是高效机房的不二选择。

尤其适用于北方地区未设置自然冷却的电子净化、生物制药、新能源、数据中心、化学工业等全年运行的工业制程冷水系统。特别值得一提的是，对于数据中心和电子厂房等冷水机组全年运行且机组出水温度较高的场合，过渡季节冷水和冷却水之间的温差较小，压比也较小，比较适合采用磁悬浮变频离心机组。

机组可以在低环温、高冷冻水温下稳定高效运行，可以省略系统设计上的复杂冷却水旁通设计，同时充分利用机组的高蒸发温度、低冷凝温度的优势提升机组能效，部分负荷COP最高可达50左右，在某种程度上，可以替代自然冷却系统。

3.能量调节范围宽

对于有内区冬天需要制冷的空调系统，如大型写字楼、购物中心（有局部餐饮店面）等舒适性空调系统，考虑到冬天需要提供较低比例的制冷量，“几大一小”的冷水机组组合方案被广泛选用。

该类型组合方式，存在水力平衡难以控制、低负荷运行时系统能效比低等问题。因此，高效机房采用同冷量的离心机组或者螺杆机组+磁悬浮变频离心机组的组合方式，既能避免系统水力不平衡问题，又能实现高效机房在低负荷条件下安全、高效运行。

4.水侧阻力低

冷水机组两器（蒸发器和冷凝器）水侧阻力是水泵需要克服的阻力的主要组成部分，其阻力大小将会对水泵的功耗产生较大的影响。因此，应用于高效机房的冷水机组尽可能采用两器流程数少、阻力不大于50kPa的冷水机组。

5.适应变流量系统

变流量是高效机房的基本特征。应用于高效机房的冷水机组应允许水流量变化范围大、适应冷水流量快速变化（允许流量变化率大）、具有减小出水温度波动控制功能。

一般要求冷水机组能够承受额定流量的30%-130%，流量的下限以小于50%额定流量为宜。同时，压缩机对流量的变化反应足够快，应能承受每分钟30-50%的流量变化率。

6.维护工作量小

高效机房的本质是为用户降低全生命期成本。高效机房全生命期成本包括初投资、运行费用、人员管理费用、维修费用、维护保养费用等。冷水机组的维护保养费用在整个机房系统的维保费用中占据最大比例，因此应尽量降低冷水机组的维保费用。

磁悬浮变频离心机组不含冷冻油，无需常规冷水机组的定期油检和部件更换(包括油质测试、油过滤器降压检测、油泵检测、润滑油更换、油过滤器更换、油冷却器清洗等)，极大简化了机组的维护保养工作，能给客户节省高达50%左右的维护保养费用。

另外，高效机房还要求冷水机组应具有通讯稳定、数据全面、低噪音、低振动、采用环保冷媒、冷媒充注量少、能够快速启动等特点，在此不再赘述。

7.冷水机组的容量确定

对于服务于舒适性空调系统的高效冷水机房，在确定冷水机组装机容量时，可以根据全年逐时冷负荷计算结果酌情剔除一定数量的高峰负荷来确定，一般来说，如果累计不超过一定小时数（建议为48h以下），用户可以接受。

这样选型具有如下优势：

1）可以满足空调制冷的正常使用要求；

2）可以节省制冷设备的投资成本，如冷水机组、水泵、冷却塔、系统管路、阀门阀件等；

3）可以减少机房设备的配电功率，节省配电和电缆成本；

4）可以保持机组等设备始终在高效区域运行，提高系统能效。

对于为工业制程提供冷源的高效机房，在确定冷水机组装机容量时，应综合分析空调系统的功能、生产工艺、生产时间分布、产品特性等诸多因素。

8.冷水机组的类型选择

磁悬浮机组和其它变频机组被广泛应用于高效机房中。磁悬浮机组相比于普通离心式和螺杆式冷水机组、变频机组相比于定频机组，都具有较高的IPLV值之优势，但是前者的价格都要高于后者。

因此，从节省投资成本的角度出发，高效机房的冷水机组一般采用磁悬浮冷水机组+（变频/定频）离心式/螺杆式冷水机组的搭配方式，同时需要根据项目体量大小、负荷变化特性、投资成本预算来合理配置磁悬浮/变频冷水机组的台数比例。

例如，对于负荷变化较大的舒适性空调系统，建议采用磁悬浮/变频冷水机组；对于负荷变化较小的工艺性空调系统，则可以采用定频冷水机组。

9.冷水机组的容量搭配

在高效制冷机房设计过程中，应尽量选用相同制冷量的机组组合方式。以南京某办公综合体项目为例，原设计制冷系统采用1台1450kW磁悬浮冷水机组（2机头）+1台3063kW定频离心式冷水机组。优化设计后采用1台2285kW磁悬浮冷水机组（4机头）+1台2285kW定频离心式冷水机组。

优化设计后的制冷系统具有如下优势：

1）主机制冷量相同，冷冻水、冷却水流量相同，水泵、水管和附属设备型号相同，输配系统水力平衡更容易实现；

2附属设备配置相同，标准化程度高，设计、采购更简单，造价更低，售后维护更方便；

3）磁悬浮机组有更宽的冷量调节范围，磁悬浮机组制冷量放大，系统部分负荷调节能力更强；

4）项目部分负荷运行时间长，磁悬浮机组有更高的部分负荷效率，部分负荷下运行更节能；

5）系统控制更容易实现。对于如下图所示的空调系统，在20%低负荷率运行时间较长，如果系统总装机容量较大，仍然可以采用上述多台同型号组合方式。如果总装机容量较少，则可以考虑配置一台磁悬浮机组以满足低负荷高效运行，甚至可以考虑单独设立一套冷水系统，供低负荷长期独立运行，以避免大马拉小车等情况。

10.冷水机组的温差设计

常规冷水机组的蒸发器、冷凝器进出水温差均为5℃，有些项目由于远距离输送或存在工艺制冷等低温供水需求而采用大温差设计以降低水流量，这样有利于减小水系统管道及阀部件尺寸、节省保温材料用量、节省建筑布管空间、降低水泵功耗、降低整体运行费用等。

但是大温差系统出水温度较低时，会降低冷水机组的COP。冷却水系统大温差设计会增大冷却塔选型，影响制冷系统的初投资，因此，大温差设计应结合项目实际需求，综合考虑初投资及运行费用等因素。

在大温差系统中，冷水机组应采用专门大温差设计的机组。如果采用普通机组进行制冷量修正时，将会导致换热器换热系数下降、冷凝器容易结垢、容易出现流量保护等问题。

另外，冷水机组采用大温差设计时，末端设备也应按照大温差进行设计。

11.冷水机组多点工况计算

选型阶段有必要利用选型软件对冷水机组的千点工况（即冷水机组在各种负荷率、冷水出水温度及温差、冷却水回水温度及温差、冷冻水和冷却水流量条件下的制冷量和输入功率）进行分析比较，搭建冷水机组的全工况性能模型，一方面可以在能效模拟阶段计算冷水机组8760h的逐时能耗以预测系统全年综合能效，另一方面在运行过程中控制系统可以根据当前的运行参数匹配运行数据库，实时寻找冷水机组运行的最佳工况点。因此，冷水机组的千点工况选型分析对能效预测和主动寻优控制都起着关键作用。

另外在冷水机组选型时，还要考虑并联机组两器水阻接近等因素，在此不再赘述。本次高效机房冷水机组选型探讨仅针对常规空调系统和冷水机组，未涉及热回收、冰蓄冷、水蓄冷、自然冷等工况。

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