超高效中央空调制冷机房设计研究
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总结
广东地区建筑节能的现状
广东省建筑节能基本情况
广东省“十二五”（2011-2015）节能任务是单位GDP能 耗下降18%；到2015年，全省建筑设计和施工节能标准执 行率达到100%。
以广州市为例，自2014年起，广州市范围内新建、改建、 扩建的单体面积超过2万平方米的机场、车站、宾馆、饭 店、商场、写字楼等大型公共建筑全面执行绿色建筑标准 。
新加坡部分高效制冷机房系统运行能效比
红字为制冷机房实际运行
能效比
5.50
5.67 5.77
5.25 5.41
6.17 6.28
5.96 6.17
项 目 名 称
“超高效”的能效水平
目前实际运行的制冷机房年平均能效比大多数不超过3.0
机房1_EER 机房2_EER 2比1节能%
3.0
5.0
40%
3.5
输配系统优化
降低局部阻力，调整管路比摩阻，优化管 路布置
输配系统优化
一般设计情况：冷冻水泵、冷却水泵扬程均≥30m ，甚至≥ 40m 优化结果：冷冻水泵扬程≤24m
冷却水泵扬程≤20m
末端系统与控制策略
空调末端系统的设计情况能适应水系统变 流量运行
设计院给出相关的控制策略，以满足高效 机房的控制和节能运行
一般而言，广东地区大型公共建筑中，约50%的建筑 能耗为空调能耗
现有宾馆和商场类企业能耗限额值
企业类型
宾馆
五星级 四星级 三星级 其它
商场
单位面积综合能耗（kgce/m2·a） 限额水平 35 31 27 27 41
备注：家具建材商场能耗限额值不 得高于本限额值的0.8倍。
新建宾馆和商场类企业能耗准入值
监测系统的示意图
监测的精度要求
监测涉及众多变量；由于间接测量造成误 差叠加，各个测量器件的精度极其重要
举例如下：
冷冻水供 冷冻水
水温度， 回水温
℃
度，℃
实际 7.00 12.56
供回水 温差， ℃
5.56
冷冻水 流量， L/s
151.4
冷量 ，冷 吨
电量 能效， 能效比 ，kW kW/ton EER
40
30
20
10
6.1
0 COP
离心机优化前后对比表
80
80
原设计 优化
蒸发器水阻力（Kpa） 冷凝器水阻（Kpa）
100
80
60
40
20 6.7
0 iplv
螺杆机优化前后对比表
80
80
原设计 优化
蒸发器水阻力（Kpa） 冷凝器水阻（Kpa）
注：原设计指不考虑超高效机房优化、已考虑小流量大温差系统的设计情况
5.0
30%
4.0
5.0
20%
以空调能耗占建筑能耗50%，制冷机房能耗占空调能耗70%计算，制冷机 房能效比从3.0提升到5.0，建筑能耗降低14%
可见，制冷机房能效提高在广东地区建筑节能的重要性
超高效制冷机房的空调系统
下面结合广州市设计院正在设计的白天鹅 宾馆改造工程进行介绍。白天鹅宾馆改造 工程的设计目标是制冷机房系统能效比不 低于5.40。
1. 技术整合——建筑千差万别，节能技术在于整
合和优化，最大限度实现机电设备系统的行为 节能。
▪ 例如，设备参数优化、开停时间优化 ▪ 例如，智能化系统应能符合建筑实际情况
2. 空调节能——广东地区，大型公共建筑能耗最
大的是空调系统，节能潜力最大的也是空调系 统。 ▪ 指标：制冷机房能效比
超高效制冷机房的能效比
最大计算冷负荷为2100 冷吨
3台离心机+2台螺杆机 一次泵变流量系统 冷冻水供回水温度为
7/15℃ 冷却水供回水温度为
32/37℃
超高效制冷机房的冷水机组
冷水机组的性能优化：
▪ 能效比高 ▪ 蒸发器、冷凝器的水阻低
▪ 流量变化范围大，变化率高，能适应变水量工 况运行
90
80
70
60
50
超高效制冷机房的投资回收
计算结果如下： 投资：一般800万，超高效1200万 年运行费用：一般567万，超高效315万
▪ 超高效机房年节省约252万
静态投资回收期约1.6年
总结
总结
空调系统节能是南方地区建筑节能的关键； 以超高效制冷机房能效为衡量标准进行空调 设计、施工和运行应该是南方地区公共建筑 实现绿色建筑的重点。
使用中央空调系统的新建非居住建筑
绿色建 筑标志
认证
冷负荷峰值(RT)
<500
>=500
最小制冷机房系统能效比EER
4.40
5.00
Hale Waihona Puke Baidu
金
4.40
5.00
金+
5.00
5.41
白金
5.00
5.41
注：新加坡目前建筑面积大于5000平方米的新建建筑必须是绿色建筑；故目 前新建建筑制冷机房能效均不小于4.4
“超高效”的能效水平
目前，国家尚未出台宾馆、商场等领域的能耗限额标准， 广东省将要推出《广东省宾馆和商场能耗限额》（试行） 。
广东省建筑节能基本情况
1、 能耗分析与建筑节能现状
政府机关办公建筑和大型公共建筑单位面积年耗电 量达到70～300度，为普通居民住宅的10～20倍，占 全国城镇总耗电量的22%（来源：建设主管部门统计 数据）
制冷机房能效定义（1）
电制冷式中央空调的组成：
▪ 水冷式：水冷冷水机组、冷却塔、冷却水泵、 冷冻水泵、空调末端
▪ 风冷式：风冷冷水机组、冷冻水泵、空调末端
制冷机房系统：包括空调末端以外的中央 空调系统
制冷机房能效定义（2）
定义制冷机房能效比
制冷机房能效比EER（以水冷式冷水机组为例） =∑Q/ ∑N =总冷量/制冷机房总电量 =总冷量/ (冷水机组+冷冻水泵+冷却水泵+冷却塔)耗电量 ——衡量制冷机房实际运行情况
1000 800 0.800 4.40
误差 -0.50 +0.50
显示 6.50 13.06 6.56 151.4 1180 800 0.678 5.19
误差达到15%！
超高效制冷机房的经济性分析
超高效制冷机房的经济性分析
计算条件如下：
一般的制冷机房工程造价为4000元/冷吨，超高效 的制冷机房工程造价为6000元/冷吨（以上均含冷机 、水泵、冷却塔及各类辅助设备和控制设备以及施 工安装费） 一般的制冷机房能效比为2.3~3.0（按3.0计算）， 超高效制冷机房能效比按5.4计算 制冷机房安装容量为2000冷吨（即7034kW），年 供冷量为1700万kWh 电价为1元/kWh（广州市商业电价为96.78分/kWh 或99.28分/kWh）
监测测量内容
制冷机房能效比EER（以水冷式冷水机组为 例）=总冷量/ (冷水机组+冷冻水泵+冷却水 泵+冷却塔)耗电量
测量变量主要包括：冷冻水总供回水温度、冷
冻水供水压头和流量、各台冷机供回水温度、冷 却水供回水温度、冷却水供水压头和流量、冷却 水压头和流量、冷水机组耗电量、冷冻水泵耗电 量、冷却水泵耗电量、冷却塔耗电量等
能耗的重要组成部分 适用技术：
▪ 推广绿色建筑的理念，做好建筑物规划和布置，尽量采用 自然通风、采光、做好建筑遮阳及隔热，减少空调设备的 使用时间。
▪ 提高建筑机电设备系统的能效。 ▪ 根据建筑楼宇设备的使用情况、使用特点“采用个性化”
的控制技术，实现机电设备系统的行为节能。
广东地区建筑节能关键技术
控制策略的特点：适应天气、使用情况的 变化而调整，满足变工况下高效运行的要 求
超高效制冷机房的能效监测系统
进行制冷机房监测的意义
对业主而言：掌握制冷机房运行情况，发现 节能潜力 对物业管理而言：方便维护和管理 对设计而言：能真实了解项目运行情况，提 高设计水平 对施工而言：增加施工范围和内容 对政府而言：进一步推进广东地区的建筑节 能降耗工作 与监控整个空调系统用电相比，接线更简单
超高效制冷机房的空调系统特征
前提：正确的负荷计算 冷水机组高效 水泵扬程合理，工作点运行高效 冷却、冷冻水管路阻力优化，减小不必要
的阻力损失 控制策略合理，能满足不同工况下的运行
需求 末端能适应变负荷运行要求 必要时采用小流量大温差的设计策略
白天鹅宾馆项目空调情况
项目为改造工程，空调 面积接近10万平米
建筑节能的关键在于技术整合，选择适用技 术，达到较高的性价比。
冷水机组优化、输配系统优化、合理的控制 和监测是实现超高效制冷机房的主要手段。
实践证明，通过合理技术手段进行超高效制 冷机房建设是可行的、经济的。
新建宾馆和商场类企业能耗准限额值
建筑类型
宾馆 饭店
五星级 四星级 三星级 其它
商场
单位面积综合能耗（kgce/m2·a） 限额水平 32.0 28.0 24.0 24.0 37.0
备注：家具建材商场能耗限额准入值不得高 于本准入值的0.8倍。
广东省建筑节能基本情况
2、 南方地区建筑节能特点和适用技术 能耗特征：冬季基本不采暖，夏季漫长，空调制冷是建筑物
根据不同单位的实测结果，目前我国实际 运行的制冷机房年平均能效比大多不超过 3.0
“超高效”的能效水平
国外制冷机房系统的能效水平
美国ASHRAE研究
极佳
良好 一般 需要改进
报告：
制冷机房系统能效
比低于3.5需要改进 ；优秀的制冷机房
系统能效比应高于
5.0
“超高效”的能效水平
新加坡的制冷机房系统能效情况
广东省暖通空调年会技术交流活动 2013年11月22日
超高效中央空调制冷机房设计研究
屈国伦 副总工程师 广州市设计院
报告内容
广东地区建筑节能的现状 广东地区建筑节能的关键技术分析 超高效制冷机房技术
▪ 制冷机房能效比 ▪ 超高效制冷机房的空调系统 ▪ 超高效制冷机房的监测系统 ▪ 超高效制冷机房的经济性
广东地区建筑节能的现状
广东省建筑节能基本情况
广东省“十二五”（2011-2015）节能任务是单位GDP能 耗下降18%；到2015年，全省建筑设计和施工节能标准执 行率达到100%。
以广州市为例，自2014年起，广州市范围内新建、改建、 扩建的单体面积超过2万平方米的机场、车站、宾馆、饭 店、商场、写字楼等大型公共建筑全面执行绿色建筑标准 。
新加坡部分高效制冷机房系统运行能效比
红字为制冷机房实际运行
能效比
5.50
5.67 5.77
5.25 5.41
6.17 6.28
5.96 6.17
项 目 名 称
“超高效”的能效水平
目前实际运行的制冷机房年平均能效比大多数不超过3.0
机房1_EER 机房2_EER 2比1节能%
3.0
5.0
40%
3.5
输配系统优化
降低局部阻力，调整管路比摩阻，优化管 路布置
输配系统优化
一般设计情况：冷冻水泵、冷却水泵扬程均≥30m ，甚至≥ 40m 优化结果：冷冻水泵扬程≤24m
冷却水泵扬程≤20m
末端系统与控制策略
空调末端系统的设计情况能适应水系统变 流量运行
设计院给出相关的控制策略，以满足高效 机房的控制和节能运行
一般而言，广东地区大型公共建筑中，约50%的建筑 能耗为空调能耗
现有宾馆和商场类企业能耗限额值
企业类型
宾馆
五星级 四星级 三星级 其它
商场
单位面积综合能耗（kgce/m2·a） 限额水平 35 31 27 27 41
备注：家具建材商场能耗限额值不 得高于本限额值的0.8倍。
新建宾馆和商场类企业能耗准入值
监测系统的示意图
监测的精度要求
监测涉及众多变量；由于间接测量造成误 差叠加，各个测量器件的精度极其重要
举例如下：
冷冻水供 冷冻水
水温度， 回水温
℃
度，℃
实际 7.00 12.56
供回水 温差， ℃
5.56
冷冻水 流量， L/s
151.4
冷量 ，冷 吨
电量 能效， 能效比 ，kW kW/ton EER
40
30
20
10
6.1
0 COP
离心机优化前后对比表
80
80
原设计 优化
蒸发器水阻力（Kpa） 冷凝器水阻（Kpa）
100
80
60
40
20 6.7
0 iplv
螺杆机优化前后对比表
80
80
原设计 优化
蒸发器水阻力（Kpa） 冷凝器水阻（Kpa）
注：原设计指不考虑超高效机房优化、已考虑小流量大温差系统的设计情况
5.0
30%
4.0
5.0
20%
以空调能耗占建筑能耗50%，制冷机房能耗占空调能耗70%计算，制冷机 房能效比从3.0提升到5.0，建筑能耗降低14%
可见，制冷机房能效提高在广东地区建筑节能的重要性
超高效制冷机房的空调系统
下面结合广州市设计院正在设计的白天鹅 宾馆改造工程进行介绍。白天鹅宾馆改造 工程的设计目标是制冷机房系统能效比不 低于5.40。
1. 技术整合——建筑千差万别，节能技术在于整
合和优化，最大限度实现机电设备系统的行为 节能。
▪ 例如，设备参数优化、开停时间优化 ▪ 例如，智能化系统应能符合建筑实际情况
2. 空调节能——广东地区，大型公共建筑能耗最
大的是空调系统，节能潜力最大的也是空调系 统。 ▪ 指标：制冷机房能效比
超高效制冷机房的能效比
最大计算冷负荷为2100 冷吨
3台离心机+2台螺杆机 一次泵变流量系统 冷冻水供回水温度为
7/15℃ 冷却水供回水温度为
32/37℃
超高效制冷机房的冷水机组
冷水机组的性能优化：
▪ 能效比高 ▪ 蒸发器、冷凝器的水阻低
▪ 流量变化范围大，变化率高，能适应变水量工 况运行
90
80
70
60
50
超高效制冷机房的投资回收
计算结果如下： 投资：一般800万，超高效1200万 年运行费用：一般567万，超高效315万
▪ 超高效机房年节省约252万
静态投资回收期约1.6年
总结
总结
空调系统节能是南方地区建筑节能的关键； 以超高效制冷机房能效为衡量标准进行空调 设计、施工和运行应该是南方地区公共建筑 实现绿色建筑的重点。
使用中央空调系统的新建非居住建筑
绿色建 筑标志
认证
冷负荷峰值(RT)
<500
>=500
最小制冷机房系统能效比EER
4.40
5.00
Hale Waihona Puke Baidu
金
4.40
5.00
金+
5.00
5.41
白金
5.00
5.41
注：新加坡目前建筑面积大于5000平方米的新建建筑必须是绿色建筑；故目 前新建建筑制冷机房能效均不小于4.4
“超高效”的能效水平
目前，国家尚未出台宾馆、商场等领域的能耗限额标准， 广东省将要推出《广东省宾馆和商场能耗限额》（试行） 。
广东省建筑节能基本情况
1、 能耗分析与建筑节能现状
政府机关办公建筑和大型公共建筑单位面积年耗电 量达到70～300度，为普通居民住宅的10～20倍，占 全国城镇总耗电量的22%（来源：建设主管部门统计 数据）
制冷机房能效定义（1）
电制冷式中央空调的组成：
▪ 水冷式：水冷冷水机组、冷却塔、冷却水泵、 冷冻水泵、空调末端
▪ 风冷式：风冷冷水机组、冷冻水泵、空调末端
制冷机房系统：包括空调末端以外的中央 空调系统
制冷机房能效定义（2）
定义制冷机房能效比
制冷机房能效比EER（以水冷式冷水机组为例） =∑Q/ ∑N =总冷量/制冷机房总电量 =总冷量/ (冷水机组+冷冻水泵+冷却水泵+冷却塔)耗电量 ——衡量制冷机房实际运行情况
1000 800 0.800 4.40
误差 -0.50 +0.50
显示 6.50 13.06 6.56 151.4 1180 800 0.678 5.19
误差达到15%！
超高效制冷机房的经济性分析
超高效制冷机房的经济性分析
计算条件如下：
一般的制冷机房工程造价为4000元/冷吨，超高效 的制冷机房工程造价为6000元/冷吨（以上均含冷机 、水泵、冷却塔及各类辅助设备和控制设备以及施 工安装费） 一般的制冷机房能效比为2.3~3.0（按3.0计算）， 超高效制冷机房能效比按5.4计算 制冷机房安装容量为2000冷吨（即7034kW），年 供冷量为1700万kWh 电价为1元/kWh（广州市商业电价为96.78分/kWh 或99.28分/kWh）
监测测量内容
制冷机房能效比EER（以水冷式冷水机组为 例）=总冷量/ (冷水机组+冷冻水泵+冷却水 泵+冷却塔)耗电量
测量变量主要包括：冷冻水总供回水温度、冷
冻水供水压头和流量、各台冷机供回水温度、冷 却水供回水温度、冷却水供水压头和流量、冷却 水压头和流量、冷水机组耗电量、冷冻水泵耗电 量、冷却水泵耗电量、冷却塔耗电量等
能耗的重要组成部分 适用技术：
▪ 推广绿色建筑的理念，做好建筑物规划和布置，尽量采用 自然通风、采光、做好建筑遮阳及隔热，减少空调设备的 使用时间。
▪ 提高建筑机电设备系统的能效。 ▪ 根据建筑楼宇设备的使用情况、使用特点“采用个性化”
的控制技术，实现机电设备系统的行为节能。
广东地区建筑节能关键技术
控制策略的特点：适应天气、使用情况的 变化而调整，满足变工况下高效运行的要 求
超高效制冷机房的能效监测系统
进行制冷机房监测的意义
对业主而言：掌握制冷机房运行情况，发现 节能潜力 对物业管理而言：方便维护和管理 对设计而言：能真实了解项目运行情况，提 高设计水平 对施工而言：增加施工范围和内容 对政府而言：进一步推进广东地区的建筑节 能降耗工作 与监控整个空调系统用电相比，接线更简单
超高效制冷机房的空调系统特征
前提：正确的负荷计算 冷水机组高效 水泵扬程合理，工作点运行高效 冷却、冷冻水管路阻力优化，减小不必要
的阻力损失 控制策略合理，能满足不同工况下的运行
需求 末端能适应变负荷运行要求 必要时采用小流量大温差的设计策略
白天鹅宾馆项目空调情况
项目为改造工程，空调 面积接近10万平米
建筑节能的关键在于技术整合，选择适用技 术，达到较高的性价比。
冷水机组优化、输配系统优化、合理的控制 和监测是实现超高效制冷机房的主要手段。
实践证明，通过合理技术手段进行超高效制 冷机房建设是可行的、经济的。
新建宾馆和商场类企业能耗准限额值
建筑类型
宾馆 饭店
五星级 四星级 三星级 其它
商场
单位面积综合能耗（kgce/m2·a） 限额水平 32.0 28.0 24.0 24.0 37.0
备注：家具建材商场能耗限额准入值不得高 于本准入值的0.8倍。
广东省建筑节能基本情况
2、 南方地区建筑节能特点和适用技术 能耗特征：冬季基本不采暖，夏季漫长，空调制冷是建筑物
根据不同单位的实测结果，目前我国实际 运行的制冷机房年平均能效比大多不超过 3.0
“超高效”的能效水平
国外制冷机房系统的能效水平
美国ASHRAE研究
极佳
良好 一般 需要改进
报告：
制冷机房系统能效
比低于3.5需要改进 ；优秀的制冷机房
系统能效比应高于
5.0
“超高效”的能效水平
新加坡的制冷机房系统能效情况
广东省暖通空调年会技术交流活动 2013年11月22日
超高效中央空调制冷机房设计研究
屈国伦 副总工程师 广州市设计院
报告内容
广东地区建筑节能的现状 广东地区建筑节能的关键技术分析 超高效制冷机房技术
▪ 制冷机房能效比 ▪ 超高效制冷机房的空调系统 ▪ 超高效制冷机房的监测系统 ▪ 超高效制冷机房的经济性