新加坡绿能环球高效机房中央空调冷却塔控制策略

290
295
300
Chiller Cost (US$)
109,564 109,564 116,229 121,518 126,377 134,203
SHINWA
Cooling Tower Fan kW
Cost (US$)
22.5
19.6
16.8
13.9
11
11
22,000 20,250 18,500 16,750 15,000 15,000
Chiller Full Lod Tonnage Chiller Full Load Efficiency (kW/Ton)
Chiller Performance with Different EWT
不同冷却水进水温度下的冷冻机组运行效率
600
0.7
Chiller Full Load Tonnage
Chiller 1 Chiller 2 Chiller 3 Chiller 4 Chiller 5 Chiller 6 Chiller 7
Tonnage
500
500
500
500
500
500
500
Delta T Deg C ***
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
Impeller Eff ***
85.0% 85.0% 85.0% 82.0% 82.0% 82.0% 82.0%
新加坡新建楼宇一般机房效率的设计标准
新加坡绿标机房效率门槛
高效机房标准
超高效机房标准
千瓦每冷吨 (kW/RT) COP 千瓦每冷吨 (kW/RT) COP 千瓦每冷吨 (kW/RT) COP
主机效率
0.55
0.5
0.42
冷冻水泵效率
0.05
0.035
0.03
冷却水泵效率
0.04
0.035
0.03
冷却塔效率
10.6%
10%
Occurrence
8%
6.9%
6%
4%
4.9% 4.9% 4.8%
4.7% 4.3%
4.4% 4.5%
4.5%
3.6%
3.9%
3.8%
3.4%
2.5%
2.8% 2.3%
2%
0.7%
1.3%
1.5%
1.1%
0.8%
1.2%
1.6%
0.3%
0%
0.5% 0.0% 0.0% 0.0%
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 More
7.5
Pump kW Evap.
4.089
4.089
3.524
2.626
2.227
1.695
Pump kW Cond.
7.812
7.812
6.524
5.444
4.530
3.117
Chiller Kw/Ton
0.55
0.562
0.57
0.58
0.59
0.6
Chiller input kW
275
281
285
0.04
0.03
0.02
机房效率
0.68
5.17
0.6
5.86
0.5
7.03
冷却水塔
冷却水泵
冷冻水泵
水冷主机
冷冻机组:
1. 通过系统配置，确保设备运行绝大多数时间在最佳的能效区间 2. 设计中应允许维持水在管道内形成湍流的最低的压力损失作为设定值 3. 设计参数应通过调节水流量，设法降低压缩机的压头，提高蒸发器的
2. 通常冷却水的进水温度取决于外界空气的湿球温度，虽然有时湿球温度 会比较高，但冷却水塔的设计出水温度依旧建议为30oC。因为一旦按高 的出水温度进行冷却水塔的设计，其设备往往小于按低出水温度设计的 设备
3. 当采用较高的冷却水进水温度，冷冻机组会要求配备较大的冷凝器、压 缩机和马达。这不但会增加期初的设备投资成本，而且在运行中也会增 加喘振的可能性以及运行成本
Chiller Full Load Capacity
Chiller Efficiency 500
0.598
0.588
0.578
机组运行效率
0.568
0.56
0.7
0.6 0.552
0.5
Chiller Full Tonnage Chiller Full Load Efficiency (kW/Ton)
4. 进水温度低的冷却水会提高机组的运行效率。一般总是建议运行尽可能 多的冷却水塔，控制冷却水塔风扇的运行速度以降低能耗，同时产生温 度低的冷却水以提高机组运行效率
Guangzhou Annual Wet Bulb Temp (Mar 2017 to Feb 2018)
16%
14.2%
14%
12%
Head (m)***
32 26.45 22.22 18.93 16.33 14.22 12.50
Head (ft)
104.99 86.77 72.91 62.12 53.56 46.66 41.01
Absorb Power
33.36 25.06 19.31 15.91 12.74 10.36
8.53
3. 当冷冻水的出水温度设定提高1oC时，冷冻机组的运行能效可以 相应提高2%。冷冻水的出水温度设计可以通过手动或微处理器控 制装置自动设定
Chiller Performance vs Difference LCWT
不同冷冻水出水温度下的冷冻机组运行效率
700
0.632
0.624
0.611
0.6
600
0.61
0.608
0.604
0.606 0.604
0.602 1680
0.6
0.598
0.596
0.594
0 50%
60%
70%
80%
90%
100%
110%
Percentage of Designed Flowrate
120%
130%
140%
0.592
Chilled Water Pumps
Performance
kW/RT***
0.0667 0.0501 0.0386 0.0318 0.0255 0.0207 0.0171
GPM/RT
2.667 2.424 2.222 2.051 1.905 1.778 1.667
l/s per kW
0.0478 0.0435 0.0399 0.0368 0.0342 0.0319 0.0299
3. 每制造1冷吨的冷量，推荐的冷冻水流量为每分钟2.4加仑；管道水流 的速度建议控制在每秒1米至3.3米 （参照 ARI标准）
不同冷冻水流量下的冷冻机组运行效率
Chiller Efficiency Vs Different CHW Flowrate
Flowrate (GPM) Chiller Full Load Efficiency (kW/Ton)
机组运行效率
Chiller Full Load Efficiency 550
0.613
0.624
0.634
0.644 0.65
0.6
0.59
0.586
0.6
0.58
0.572
0.562
500 500
500
500
500
500
500
497.5
0.55
487.5
477.6
467.5 0.5
450
0.45
400
460
0.5
440 0.45
420
400 1050
1200
1350
1500wrate 冷冻水流量
1950
2100
0.4 2250
不同的冷冻水出水温度
1. 冷冻水的出水温度一般是根据与之相关的空调风柜的冷冻盘管属 性和在最恶劣的情况下，依旧满足供冷需求而设定的
2. 在正常的使用工况下，建筑的冷量负荷往往低于设计的最恶劣形 况。因此，以特定工况为基础的低出水温度，会增加能耗。
1800 1600
0.608
Flowrate Chiller Efficiency
1400
0.604
机组运行效率
1200
1000
800
冷冻水流量
0.6
600
400
840
720
600
200
0.598 960
0.598 1080
0.6 1200
0.602 1320
0.602 1440
0.602 1560
通过机组的冷却水流量过高
1. 虽然增加冷却水的流量可以稍微提高机组的运行能效，但当流量过 高时，与蒸发器一样，会造成冷凝器内的管道侵蚀，从而影响设备 的使用寿命
2. 过高的冷却水流量同时会造成额外的冷却水泵运行能耗但会提高主 机的效率
通过机组的冷却水流量过低
1. 强烈建议冷却水的流量可以不得低于每1冷吨，冷却水流量为 每分钟3加仑（参照 AHRI标准）
通过机组的冷冻水流量过低
1. 当冷冻水的供水量与设计值比过低时，会提高管道冻结的风险，这会 造成机组运行电量和出水温度的起伏变化，也使得出水温度的控制无 法稳定
2. 每个型号的蒸发器都有其推荐的最小流量。由于设计的管道水流速度 不同，因此每个蒸发器都有各自最低的流量要求。如果管道的水流速 度高，就具备较大的空间降低水流量
Outdoor Wet Bulb Temp (Deg C)
Outdoor Wet Bulb vs Cooling Tower Leaving Temp
40
35
30
Cooling Tower Leaving Water Temp (Deg C)
25
20
15
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Ourdoor Wet Buld (Deg C)
0.4
80F
81F
82F
83F
84F
85F
86F
87F
88F
89F
冷却水进水温度
Entering Condenser Water Temperature
Condenser Leaving (F)
95
96
97
98
99
100
Condenser Entering (F)
85
86
87
88
89
90
500TR Chiller Model
不同冷却水流量下的冷冻机组运行效率
0.622 488.7
0.611 499
机组运行效率
0.6 0.59
500
500
0.584 500
Tonnage Efficiency
0.594
0.59
500
500
0.65
0.588
0.6
500
0.55
Chiller Tonnage Chiller Full Load Efficiency
1. 很多情况下冷冻水泵的选型过大（扬程太高），造成冷冻水流量过高 2. 当水流量超出机组设计标准时，不但机组在要求的满负荷运行时无法
达到预定的设计出水温度，而且过高流量也会造成管道的侵蚀，从而 影响设备的使用寿命 3. 利用现今的技术革新，在设备的设计中，往往通过强化接触表面以制 造湍流，增加换热效果。而一旦水流量过高，会损害管道的接触面， 从长久运行的角度上影响能效 4. 设计过程中的过高冷冻水流量同时会造成额外的冷冻水泵运行能耗
400
0.4
300
0.3
454
471
489.3
500
500
500
500
500
500
500
200
0.2
100
0.1
0
0
41F
42F
43F
44F
45F
46F
47F
48F
49F
50F
5C
Leaving Chilled Water Temperature 冷冻水出水温度
10C
不同的冷却水进水温度
1. 强烈建议在设计中考虑尽创造尽可能低的冷却水进水温度
YTJ3C2E25CMJ YTJ3C2E25CMJ YTK1C3E25CMJ YTK3C4E25CMJ YTL1D1E25CMJ YTL3D3E25CMJ
PD Evaporator (ft)
12.3
12.3
10.6
7.9
6.7
5.1
PD Condenser (ft)
18.8
18.8
15.7
13.1
10.9
Motor Eff ***
93.0% 93.0% 93.0% 92.0% 92.0% 92.0% 92.0%
Flowrate (USGPM) 1333.3 1212.1 1111.1 1025.6 952.4 888.9 833.3
L/s
84.13 76.48 70.11 64.72 60.10 56.09 52.58
2. 当冷却水流量过低时，会影响机组的运行效率，降低机组的制 冷能力，提高压缩机的压头造成喘振以及颤动，对机组的使用 寿命带来极大影响
0.635 540
520
500
480
475.9
Chiller Performance With Different Condenser Water Flowrate
饱和温度/压力，从而提高冷冻机运行能效并防止管道冻结 4. 针对非高峰时段，机组应具备调节能力以面对负荷的起伏，同时维持
最佳的运行能效 5. 拓展混合系统 （不同品牌和制冷剂） 6. 在机组冷凝器端安装管道自动清洗设备，以保证机组的运行能效 7. 机组设备必须具备高效的马达及功率因素
机组的冷冻水流量过高或设计温差太小
Total kW Total Cost (US$)
309.40 131,564
PUMP kW =
312.50 311.85 311.97 312.76 315.81
129,814 134,729 138,268 141,377 149,203
GPM x P (ft)
x 0.746
3960 x pump eff. x motor eff.