高效制冷机房技术要点

一、前言

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近些年在炎热的夏季，因为城市空调用电负荷过大，全国各大城市陆续出现拉闸限电的现象，这是城市之痛。

随着国家双碳战略的实施，减少碳排放实现能源的开源与节流变得越来越迫切。国家大力发展清洁能源、可再生能源，此谓之开源，而节约能源，降低各行各业的能耗则谓之节流。空调系统作为用能大户，节能潜力巨大，而空调系统的冷源部分，又是能实现节能潜力挖掘的宝藏之地。

因此，近年来高效制冷机房概念“甚嚣尘上”，越来越多的专家、学者以及工程技术人员投身于高效机房的技术研究之中，并取得了一些被行业认同的技术成果，并制定了一些技术标准。

二、国家及地方相关政策

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三、 高效机房的定义及行业标准

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定义：   在满足末端冷负荷需求的前提下，能综合考虑负荷匹配度、系统用能合理性等各方面因素，运用恰当的控制方式与人员管理制度，合理地控制系统中各设备及参数，以实现系统高能效运行的空调制冷机房。

注：可见，高效制冷机房不仅在于设计的高效，科学合理的调控，恰当的管理也是重要的因素。

         

行业标准：

《高效制冷机房技术规程》T/CECS 1012-2022

《高效空调制冷机房评价标准》T/CECS 1100-2022  

《空调冷源系统能效检测标准》 T/CECS 549-2018 2019  

《区域供冷供热系统技术规程》 T/CECS 666－2020 2020

四、行业趋势

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在双碳目标下，建筑逐渐实现电气化是今后的用能趋势，除了利用废热、余热且技术经济合理可采用吸收式冷水机组以外，其余情况下的新建项目宜采用电动压缩式冷水机组。

五、高效机房的能效要求

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本节内容摘自《高效空调制冷机房评价标准》T/CECS 1100-2022

高效空调制冷机房划分为一星级、二星级和三星级3个等级，其中三星级为最高等级。一星级制冷机房能效高于地区现有机房平均水平，二星级应为国内制冷行业较高水平，三星级应为国内外制冷行业的先进水平。

冷源系统季节能效比的评价指标要求

指标	气候分区	能效等级
冷源系统季节能效比		三级（一星）	二级（二星）	一级（三星）
	严寒地区	≥4.2	≥4.6	≥5.3
	寒冷地区	≥4.2	≥4.6	≥5.3
	夏热冬冷地区	≥4.6	≥5.1	≥5.5
	夏热冬暖地区	≥4.7	≥5.2	≥5.5
	温和地区	≥4.2	≥4.7	≥5.3

计算公式

冷水机组季节能耗比例的评价指标要求（冷水机组的制冷季能耗占机房总能耗的比例）

指标	星级评价指标要求
	一星级	二星级	三星级
冷水机组季节能耗比例	≥70%	≥75%	≥78%

各气候分区的三级能效指标值为相应气候分区的有效案例的平均值，该值与模拟计算结果及专家经验数值基本一致，高于国内现行标准的相关能效系数要求，略低于部分国外标准，   国外部分标准将能效比5.0作为高效空调制冷机房的机房能效评价要求   。各气候分区的二级能效指标为相应气候分区的有效案例的前四分之一分位季节能效比，即约仅有25%的高效空调制冷机房会参与到二星级的评价，该评价指标值与模拟计算结果、专家经验数值、国外现行评价标准指标基本一致。各气候分区的机房一级能效指标采用专家经验值，由于现有案例的能效指标最高值较高并且相应案例通常为新建机房，所在地区经济发展水平较高，采用了能效水平极高的产品，若采用案例指标易导致可参评机房较为局限，因此不采用案例的能效值作为一级能效的评价指标值。

六、实现高效机房的方法

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制冷机房各部分能耗占机房总能耗的比重：

冷却塔应强化换热，以减小冷却水与空气湿球温度的温差，以获得更低的冷却水温度。

加强换热的决定性因素是冷却塔的风量与换热面积。

各设备的选型控制要求：

1、冷水机组

1）适当选用变频或磁悬浮冷水机组，冷水台数机组大小科学匹配。通过合理的控制策略使机组高效区尽可能覆盖全工况，冷冻水与冷却水温度合理设定。冷机设计容量应经过科学的计算，避免主机总容量远大于实际使用容量造成冷机难以在高效区运行。

2）根据全年负荷变化规律确定冷机的台数和规格，合理利用变频技术，满足在项目不同总负荷工况条件下的持续高效运行，多台冷水机组时可考虑变频加变频的组合或者全变频。

3）全面分析项目各业态分布，运营时间相差较大的业态，比如超市、影院建议单独设置冷源或者冷机采用大小配（万达广场项目常会这样做），因为影院、超市冷负荷往往在商业综合体中的比重很小，若加到大系统中，极可能会造成冷机在极低的负荷率下运行，大大降低了机组的能效。

最终的目标是系统总装机容量能覆盖建筑最大负荷，单台机组容量能满足建筑在最小负荷时的正常与高效运行。

4）变频机组的最佳效率区段是在40%~80%，最高效率点在55~60%，推荐采用部分负荷有限的加减机策略，同时配合冷冻水冷却水泵变频动作。定频的最佳效率点在80%负荷左右，推荐采用满载加减机的策略，尽量减少开机台数，同时应考虑避免频繁加减机的问题。

5）设计工况下（即冷却水的温度在32℃的工况下）磁悬浮离心机、变频离心机及定频离心机的效率差别不大，当冷却水温度降低时，变频机与磁悬浮离心机的COP大大高于定频机组。

6）磁悬浮离心机在冷冻水温度与冷却水温度差越小（压缩比小）的情况相下，其制冷效率越高，某些工况下可以超过30。适用于中温冷水机组（不需要承担除湿功能的数据中心或者温湿度独立控制的建筑会用到）。

7）常用的大小机组搭配的方式，可以提高机组的负荷率，但对于提高机组的运行效率帮助不大，提高机组的负荷率，最主要的作用还是减少冷却塔和冷却水泵开启台数，可以节省冷却塔和冷却水泵的能耗。

2、冷却塔

换热面积适当放大，尽可能减小逼近度（回水温度与室外湿球温度差），获得更低的冷却水温，冷却塔各模块之间保持流量平衡，布水器布水均匀，冷却塔风机变频运行。冷却塔群实现智能群控，以寻求用最低的能耗获得最低的逼近度。

当系统部分负荷运行时，可采用冷却塔开启数量多于冷机运行数量的方式，通过变相加大冷却塔换热面积来降低冷水温度，提高冷水机组的能效。

冷却塔水量=冷却水流量*（1.2~1.5）。冷却塔与周围障碍物的距离不应小于一个塔高。能在冷却水流量变化范围内确保喷头布水均匀，保证在较低流量时的散热表面积基本不变。冷却塔风机变频，冷却塔风机能耗约占系统能耗的3%~6%。冷却塔风机变频运行的控制策略通常是采用目标水温（冷却塔出水温度）与室外湿球温度的差值（逼近度）作为风机变频控制点。

         

3、循环水泵

管路设计尽可能降低系统阻力，采取合理的措施保证各环路水力平衡。冷冻水泵、冷却水泵均采用综合变频控制技术，实现水泵低能耗运行。

对于常年部分负荷运行时间长的大型项目，在水泵配置方面应考虑适配于系统低负荷及极地负荷带来的大型输配管网低流量工况。除水泵变频外，还可以考虑二级泵单独配置小流量低扬程的泵组，适配管网小流量运行。

宜选用比转数低、行能曲线较陡的单机离心泵。（比转数低的离心泵运行相对平稳，高校区范围大，运行噪声小。由于在一般项目中对水流量大都是选择水系统压差控制，如果水泵行能曲线比较陡，在同样的流量变化时，压差或水泵的扬程变化更大，更容易被压差传感器检测到，摘自2022版技术措施P403） 

驼峰型水泵当有两台及以上并联运行时，可能会引起流量与扬程周期性变化，会引起共振导致噪声大大增加和系统管路损坏。

水泵并联台数不宜超过3台，多台并联时，要考虑流量的衰减，一般附加5%~10%的裕量。大中型工程冷热水的供回水温差相差较大时（一般冷冻水为5℃，热水为15℃），流量相差也大，为保证循环泵一致处于高效区工作，应分别设置冷、热水循环泵。

变频水泵在准确计算的基础上，不再附加选型系数。

选择高效率的水泵，大部分的水泵效率可达80%以上。

4、系统管路

1）尽可能降低系统管路总阻力，优化管路，减小最不利环路管线距离，对管道的比模阻合理取值，减小沿程阻力，选用低阻力的阀件等。

2）冷水机组的蒸发器和冷凝器的压降在系统总阻力的占比大，应通过与供应商的选型配合，尽可能选用低阻力的机组。

3）阀门方面应优化选型降低压降，比如流线型设计的止回阀与常规止回阀相比，局部阻力大大降低，设备入口采用T性导流过滤器将水平管与竖直管道连接，作用相当于弯头加过滤器，而且此过滤器的有效截面积大，其局部阻力系数比弯头加过滤器的局部阻力系数小很多。

如何降低制冷机房的管路阻力：

制冷机房内的管路特点是管线长度短，但是各类阀门管件多，总的局部阻力系统大，因此高效机房需要采取合适的措施降低局部阻力。可采用如下措施：

1）合理布置管路，减小不必要的弯头等局部阻力构件。比如水泵与冷水机组就近布置，一一对应，直进直出连接。

2）采用低阻力的阀门管件，比如用钝角弯头代替直角弯头、锐角三通代替直角三通，加大弯头的曲率半径，采用曲率半径为1.5倍以上的弯头，采用顺流三通等。采用大曲率半径弯头，局部阻力系数较标准弯头可以减小30%以上。采用45°弯头较标准90°弯头可以减小50%以上。采用钝角三通局部阻力系数约为直角三通的1/3。

3）冷冻水采用大温差小流量水系统，常规温差为5℃，大温差一般为6~8℃。

4）冷却水采用大温差设计，对于大型工程尤其是冷却塔与制冷机房距离较远时，如冷却水采用5℃常规设计温差，不利于节能，建议将冷却水温差提高到5.5℃。

5）空调水系统比摩阻宜控制在100~300Pa/m，房间内空调末端最大流速不应超过1.5m/s，干管最大流速不应超过2.4m/s。

冷冻水管路系统设计：

1）合理选择二级泵系统，当系统各分支环路流量及阻力相差很大时，分环路设置二级泵所需要的水泵功率比集中设置的二级泵的小，二级泵系统常应用于大型工程。

2）冷水机组与水泵的连接方式有水泵集管连接和水泵与机组一一对应连接两种。

集管连接方式用于冷水机组规格一致的场合，其优点是当水泵发生故障时能自动快速启动备用水泵，并且水泵启动过程中不需要关闭冷水机组，因此适用于对供冷可靠性要求比较高的建筑。

水泵与机组一一对应的连接方式常用语冷水机组台数较多或者机组大小机搭配的场合，当水泵为立式离心水泵时，水泵与冷水机组之间的管道可以非常短，因而可以可减少水泵与机组之间的手动管断阀、冷水机组出口电动关断阀以及冷水机组入口过滤器，可降低约3m的阻力。一一对应连接方式有两大缺点：一是备用泵需人工手动启动，并且发生故障的水泵对应的冷水机组需重新启动。二是水泵变速运行的控制较复杂。因此高效机房优先考虑集管连接的方式。

高效机房设计选型时，尽量选用相同容量的机组，水泵与机组的连接采用集管连接方式，冷水机组配置电动关断阀，冷水机组和水泵的台数可不一一对应，控制也可以分开。

旁通管（阀）设计流量按各太冷水机组允许的最小流量中的最大值确定。

尽量选择蒸发器许可流量变化范围大、最小流量低的冷水机组，如离心机30%~130%，螺杆机40%~120%。冷水机组能适应水流量快速变化，允许的流量变化率至少为每分钟25%~30%，并具有减小出水温度波动的控制功能。

3）冷冻水是闭式循环，需要考虑管道腐蚀及除垢问题，可采用自动加药装置、全程综合水处理装置（主要功能是过滤，防腐效果有限）。自动加药装置自动投放缓释剂，能有效防止系统氧化腐蚀的发生。

冷却水管路系统设计

1）尽可能为冷机冷凝器提供低温度的冷却水，冷水机组冷凝器进水温度降低1℃，可提高3%~4%的制冷效率，冷却塔出水温度锦艺逼近度不高于3℃，但是冷却水温度不能无限降低，过低的冷却水温度（一般低于19℃）会使压缩机压比过低，影响压缩机正常工作，所以需在冷却水供回总管之间设置温度控制信号的旁通阀，当冷却水温度低于19℃时开启旁通阀，至冷却水回水温度控制在19℃。

2）冷却水系统的阻力包括冷凝器阻力、管路沿程阻力、过滤器阻力、冷却塔扬程及布水口余压，方案阶段即要考虑制冷机房尽量靠近冷却塔布置，减小冷却水管路长度降低沿程阻力，通风良好时，尽量选用横流塔能减小冷却塔扬程。

3）冷却水蒸发及飘散导致水中无机盐浓度增加，加上空气中灰尘沉积，会使冷却塔换热填料与冷水机组冷凝器上结垢，冷却水与空气接触也会滋生藻类，均会影响换热，进而降低冷却塔与冷水机组冷凝器换热效率。为确保冷却水的水质清洁，常需要有除垢、灭藻措施，常采用化学加药、过滤和冷凝器小球在线清洗装置。

常见的冷却水接管方式有冷却塔、冷却水泵与冷水机组一对一连接和集管连接两种方式。一对一连接方式便于冷却水的流量平衡，但不便于系统的自动切换和流量控制。集管连接方式便于冷却塔和水泵的自动切换和流量控制，部分负荷时可降低冷却塔风扇能耗，对于高效机房建议优先采用集管连接方式。

冷却水系统的水处理方式有全程综合水处理器、自动加药装置（阻垢及抑制生物）、电化学水处理器（软化水）、冷凝器胶球在线清洗装置、管刷在线清洗装置等设备。

设备性能要求

1）冷水机组宜选用低阻力的蒸发器和冷凝器，双回路设备的阻力不宜超过60kPa，有条件时宜采用单回程设备。

2）板式换热器的阻力不宜超过50kPa。

3）冷却塔选用压损小、不宜堵塞的布水器，选用布水器与集水盘高差小的产品，风扇单位风量耗功率≤0.030W/（m3.h）。

4）选用低阻力过滤器，常见Y型过滤器阻力一般可达10~30kPa，宜选用阻力小于3KPa的篮式过滤器、直角式过滤器（可安装在水泵入口，省去一个弯头）或导流式过滤器。

5）采用低阻力止回阀，厂家爱你的蝶式止回阀阻力较大，一般为10~20kPa，宜选用阻力小于3KPa的静音式止回阀，有条件时还可以采用一体式多功能阀替代。

6）采用低阻力能量表，机械式阻力较大不宜选用，有限考虑使用电磁式或超声波式。

7）减少不必要的阀件

实际设计中常在冷水机组入口和水泵入口一般均设置有过滤器，由于水泵和冷水机组之间距离较短，可以考虑取消其中一组过滤器，宜仅在水泵入口设置过滤器，同时保护水泵和冷水机组。

尽量不适用静态平衡阀，即使使用宜选用复合型平衡阀，比如动态平衡电动调节阀等，水力失衡较大的场合，静态平衡阀和动态平衡阀可以同时采用，水力失调较小时，建议取消静态平衡阀。

8）选用高效水泵，并联水泵宜选用水泵特性曲线较陡的水泵，且水泵再设计工况下状态点宜选取高效区上方，部分负荷时水泵工况点会逐渐往下偏移，从而保证水泵在高效区运行。水泵采用全变频技术，由于冷热水流量相差一般比较大，冷热水泵宜分开设置。

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