某公司办公区中央空调冷热源系统节能改造

文章编号：CAR043
某公司办公区中央空调冷热源系统节能改造
张群杰
（中国石油大连石化公司，大连116032 ）
摘 要通过对某公司办公区中央空调系统运行现状及存在问题的分析，提出其冷源系统夏季运行的节能策略，设计了冷媒水和冷却水系统实施变频改造的方案，经效益分析，每年可节省运行费用15万元。

关键词冷热源冷媒水冷却水变频节能
THE REFORM OF COLD/HEAT SOURCE OF CENTRAL AIR-CONDITIONING OF A COMPANY IN OFFICE DISTRICT
Zhang Qunjie
(Petrochina Dalian Petrochemical Company,Dalian 116032)
Abstract By analysing the system operation status and problems of the cold/heat source of central air- conditioning system of a company office district , give a energy consumption strategy in summer and design a frequency conversion plan for chill water and cooling water system.By analysing the operation benefit, it can save operation cost $150,000.
Keywords cold/heat source chill water cooling water frequency conversion energy consumption
0 前言
众所周知，中央空调耗能较大，在该系统中，冷热源部分的能耗约占总能耗的60%，因此控制好冷热源的能耗是中央空调节能的重要工作。

大连石化公司办公区中央空调系统建于2003年，由冷热源、和办公区用户组成，空调建筑面积28000㎡。

冷热源系统主要由制冷机，冷媒水系统，冷却水系统和热水机组组成，详见图1办公区中央空调的冷热源系统流程图和表1冷热源系统现有主要设备名称及型号。

图1 办公区中央空调的冷热源系统流程图
由于大连石化公司有丰富、廉价的低温热（石油炼制过程中产生），所以冷热源系统的制冷机采用单效热水型溴化锂吸收式制冷机，因此这部分没有什么节能潜力。

对热水机组来说，由于冬季供热的热媒水温差大，流量小，所以其能耗也比较合理。

对冷媒水系统和冷却水系统来说，由于其流量大，并且随空调负荷而变化，因此这部分运行的节能潜力很大，因此本次改造也主要是针对冷媒水系统和冷却水系统。

表1 冷热源系统现有主要设备名称及型号
设 备 名 称型 号数量
（台）
功率
（KW）
热水型溴化锂制冷机 RXZ（90/80）-145D（30/36） 2
角型横流式冷却塔 CTA-800UFWH 2
板式换热器 M10—MFGL（1.6/150） 2
冷媒水循环泵 200RK280-40 3
冷媒水泵配用电机 Y280M-4 3 55 冷却水循环泵 250RK630-32 3
冷却水泵配用电机 Y280M-4 3 90 系统补水泵 40LG12-15-5 2
系统补水泵配用电机 Y132S1-2B5 2
热水循环泵 ISG125—160E 3
热水循环泵配用电机 Y180M-2B5 3 22
表2 2007年夏季空调负荷时间频数%
负荷率 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90
100
时间频数12.2 6.5 23.6 16.5 14.9 10.1 7.3 4.7 2.9 1.0 0.3 累计频数12.2 18.7 42.3 58.8 73.7 83.8 91.1 95.8 98.7 99.7 100
运行时数341 182 660 462 417 282 204 132 81.2 28 8.4
1 冷热源系统运行现状
办公区中央空调系统于2003年7月建成并投用。

由于当时建设期紧，且资金有限，其中冷热源系统的节能和控制部分的功能没被考虑，经过三年多的运行使用，我们认为有必要对此部分的功能加以完善，主要原因如下：
1.冷媒水系统：
由于空调负荷根据天气的状况需采用变流量运行；而冷媒水循环泵目前是采用定流量、定扬程运行，这样在部分负荷的情况下，势必会有许多功率消耗在供、回水组立缸之间的旁通阀或冷媒水循环泵出口的阀门上，由此造成了很大的电能浪费。

2.冷却水系统：
同冷媒水系统一样，由于冷却负荷随冷负荷的变化而变化，冷却水量亦应随冷却负荷的变化而变化。

目前，也是靠冷却水泵出口阀门节流来实现变水量运行的，这同样造成了电能的浪费。

3.运行管理方面：
由于采用人工调节，加之来自二蒸馏装置的加热水温度、压力变化较大，故办公区中央空调系统压力也波动较大，特别是在冷负荷较小时，空调系统的工况特别不稳定，常常是无原因自动停机，由于办公区是大连石化公司生产管理的核心部门，应保证其中央空调的安全、可靠运行，因此有必要提高这部分运行的自动化程度。

另外，对办公区中央空调的冷热源系统实行必要的监控，是我公司热力输送系统计算机监控的一部分，这也应是大连石化公司提高生产辅助系统管理水平的要求。

2 冷热源系统节能改造方案
根据上述分析，为达到冷热源系统节能和安全运行的目的，有必要实施相应的改造，因为这是一个投资少、见效快的改造项目（详见下文：冷热源系统节能改造效益分析）。

其核心是在二用一备的冷媒水泵中和二用一备的冷却水泵中各上一台变频器（可以利旧），用温度调节变频器来改变水
泵电机的转速，从而使水泵的流量根据冷负荷的变化而变化。

具体方案详见图2冷媒水系统控制结构、图3冷却水系统控制结构和图4冷热源系统控制结构：
图2 冷媒水系统控制结构
图3 冷却水系统控制结构
图4 冷热源系统控制结构
3 冷热源系统节能改造效益分析
按2007年夏季运行情况为计算依据（详见表2
2003年夏季空调负荷时间频数）。

全年运行小时数
2800小时。

3.1 当采用定水量运行时
全年水泵运行电耗（kWh/a）为
P0 = N×T (1)
式中 N——水泵电动机功率，kW；
T----水泵工作时间，h。

冷媒水泵全年耗电量为：
P0(LM) = 55×2800 = 154000 kWh
冷却水泵全年耗电量为：
P0(LQ) = 90×2800 = 252000 kWh
3.2 当采用变水量运行时,即采用冷媒水循
环泵变频调节加回水温度控制方法时
全年水泵运行电耗（kWh/a）为
P = N×∑T*（Q’/Q）3
式中 N——水泵电动机功率，kW；
T----水泵工作时间，h。

Q’—某一工况下水流量,t/h。

Q —设计工况下水流量,t/h。

冷媒水泵全年耗电量为：
P(LM) = N×∑T*（Q’/Q）= 55×[2344*（0.5）
3+204*(0.6)3+
132*(0.7)3+81.2*(0.8)3+28*(0.9)3+8.4*(1.00)3]=
24904 kWh
冷却水泵全年耗电量为：
P(LQ) = N×∑T*（Q’/Q）= 90×[2344*（0.5）
3+204*(0.6)3+
132*(0.7)3+81.2*(0.8)3+28*(0.9)3+8.4*(1.00)3]=
40752 kWh
每年节电量为：
ΔP =（P0(LM)+ P0(LQ)）-（P(LM)+ P(LQ)）=
（154000+252000）-（24904+40752）=340344 kWh
工业电按0.45元/度计算，则每年可节约动力
费用：
M = 340344×0.45 =153155 元
上面计算中，变水量最小负荷按50%考虑，是
因为通过溴化锂制冷机的冷媒量当小于50%时有
冻坏蒸发器的危险，所以，尽管水泵的变频调节可
以达到更低的转速，但在这种情况下，不能低于额
定转速的50%。

4 结论
综上所述，对办公区中央空调的冷热源系统实
施节能改造可获得很好的经济效益。

根据中国石油
集团工程设计有限责任公司大连分公司对该方案的投资估算，在主要设备如变频器，低压开关柜等利旧的前提下，完成此次改造需16.87万元（包括固定资产投资费用和预备费）。

显而易见，只需要一个制冷季节即可收回投资，因此说，这是一个投资少，见效快的项目。

目前，该项目通过设计审查，已进入正式实施阶段。

参考文献
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