4、技术方案V2-上海市新天地朗廷酒店变频空调改造工程招标采购项目-(1)

LanghamChillerPlantOptimizationProposalVersion2.0Preparedfor:ShanghaiLanghamhotel.December5,2013Preparedby:HoneywellEnergySolutions23F,TowerB,CityCentre100ZunYiRoad,Shanghai200051Phone:[phone]Fax:[phone]上海市新天地朗廷酒店变频空调改造工程招标采购项目技术方案Page2of13目录1.项目介绍....................................................................................................32.现状分析....................................................................................................43.优化建议....................................................................................................74.节能潜力分析.............................................................................................9上海市新天地朗廷酒店变频空调改造工程招标采购项目技术方案Page3of131.项目介绍1.1项目工程背景及概况上海朗廷新天地出于对节能和可持续发展的要求的响应，邀请霍尼韦尔自动化控制集团楼宇自控部（以下简称“霍尼韦尔”）对其现有空调系统进行评估并提供优化方案。本次中央空调水系统优化项目工作范围为中央空调冷冻冷却水系统。现有配置的中央空调系统分为高区和低区系统，全年运行。按照要求，本方案主要针对冷却水输送系统、热水输送系统以及冬季免费制冷冷量输出控制提出节能优化控制方案。因为在系统设计过程中采用的是夏季最高冷负荷计算方法，对设备的选型均按最高峰值配置，而在实际运行中峰值负荷全年出现时间仅占20%以下，因此优化方向主要结合一次泵变流量及流体管网输配形式优化进行。1.2设计依据和设计规范《用能单位能源计量器具配备和管理通则》(GB17167-2006)《电子式电能表检定规程》(JJG596-1999)《InternationalPerformanceMeasurementandVerificationProtocol-VolumeIII》(国际节能效果测量和认证规程)《公共建筑节能改造技术规范》（JGJ176-2009）《低压配电设计规范》(GB50054-95)《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）《建筑给排水机采暖工程施工质量验收规范》（GB-50242-2002）《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB-50243-2002）《建筑节能工程质量验收规范》（GB-50411-2007）上海市新天地朗廷酒店变频空调改造工程招标采购项目技术方案Page4of131.3系统设计思路随着设计水平及机械加工水平的进步，冷水机组的效率越来越高。这使得冷水机房的能耗结构发生了较大的变化。水泵的能耗比例已经成为一个比较重要部分，所以如何在水泵的节能措施上去的取得进展已成为一项重要发展方向。通常来说，空调系统是按照满负荷设计的，当负荷变化时，虽然冷水机组可以根据负荷调节相应的冷量输出，但是常规冷水系统在在冷水机组的蒸发器侧的流量配置是固定的，定流量的冷冻水泵能耗没有跟随主机的部分负荷运行而变化水量。也没跟着冷水机组减载。近年来在电子及自控技术的辅助下，冷水机组的制造技术得到有效提高，尤其是机组对负荷变化的响应时间大大缩短。先进的冷水机组可以在极大的范围内变流量运行；同时，与通过供水温度来控制机组负荷一样，变蒸发侧水流量控制机组负荷运行，同样能够保证出水温度在允许的偏差范围内正常运行。因此，当负荷变化时，可以使冷水机组的蒸发器侧流量随用户的需求而变化，从而节约蒸发器侧水泵的能耗，同时可使用流量保护措施使机组在流量允许的范围内运行。在管路系统固定不变的前提下，变频水泵的效率特性和水系统的阻力特性接近，理论上水泵的能耗与流量成3次方的关系，系统的阻力随着部分负荷时流量的下降而下降[(水量1/水量2)2=水阻1/水阻2]。如果蒸发侧的流量允许随着负荷的变化而变化，那么蒸发侧的水泵就无需全年保持夏季设计日的满载流量，在部分负荷运行时段，水泵如冷水机组一样，部分负荷时流量减小，与此同时水泵的能耗大幅降低从而达到节能的目的。一次泵变流量系统是根据负荷的变化，利用水泵变频调节一次水流量来达到节能的目的。2.现状分析2.1冷冻站配置朗廷冷水机房具体配置如下设备容量数量备注Trane离心式冷水主机685RT3冷冻水泵1#～4#75kW4变频上海市新天地朗廷酒店变频空调改造工程招标采购项目技术方案Page5of13冷却水泵1#～4#75kW4冷却塔1#～3#60kW3热水泵1#～3#18.5kW32.2能耗分析朗廷2012年制冷季冷冻站耗电逐月分布如下：以上数据体现了全年耗电分布，其去年都有冷量需求，由于电力计量包括冷机、水泵及冷却塔，因此当冬季实行冷却塔免费制冷时，电量仍有消耗，在图中有体现。2012年全年冷冻站耗电量为3,892,514kWh。2.3系统分析经过现场勘查及往年数据分析，目前朗廷空调系统存在以下情况：现系统流体输送管道阻力特性与设计不符，因此常规变流量做法应用于该系统时需结合系统特性详细分析，并且在实施后所带来能效优化效果不一定得到明显体现。造成这一原因主要是管道阻力特性，闭式系统中阻力主要由沿程阻力（管道摩擦阻力）及局部阻力（蒸发器、表冷器、阀门、弯头）等组成，在水泵变频导致扬程下降时，由于流量变小，流0100200300400500600JanFebMarAprMayJunJulAugSepOctNovThousandskWh2012ChillerkWhConsumption上海市新天地朗廷酒店变频空调改造工程招标采购项目技术方案Page6of13速减缓，摩擦系数相对减小，因此整体阻力和实际扬程是一个等比例的关系。部分负载运行时段存在多少是一次泵变流量是否适用的关键判定因素，根据2012年运行数据，长时间都存在低负载情况。冷冻水及冷却水泵配置功率较大，冷冻水泵为75kW，冷却水泵75kW,大功率是由于水泵扬程高造成，因此对于较大功率的水系统而言，实施变频可以带来较好的投资回报率。系统目前主要依靠运行人员的个人经验和个人行为对冷机站和末端设备的运行做出调整，这一方式可能会造成以下不利因素：不能准确判断负荷水平与趋势。负荷水平及其变化趋势是对冷机站运行调整的最重要依据，仅凭经验估计会导致较大偏差、不可避免地存在“过供应”和调节上的时间滞后造成能源浪费。不能高效组织冷量的生产。供冷系统的效率受到多种时变因素的影响，包括天气、负荷水平与趋势、末端的工艺要求、末端的热响应特性、设备性能、设备组合、冷冻水温度与流量、冷却水温度与流量等。由于影响因子多、影响关系复杂，不可能要求运行人员在不同时刻根据这些因素计算中央冷热系统的最佳工作点，并控制系统各部分工作在最优区间内。不能及时检测耗能设备的性能退化。由于缺乏量化数据对耗能设备的性能（例如冷机的能效曲线）进行实时监测，运行人员不能在第一时间检测出设备性能的退化（相同型号设备的效率差别可能超过20%）并及时作出调整（例如启用高效设备或对设备进行维护）。上海市新天地朗廷酒店变频空调改造工程招标采购项目技术方案Page7of133.优化建议基于上述分析，我们建议对其进行优化。改造内容主要涉及以下6部分：1)在冷冻供回总管配置流量计及温度计，反馈信号给变频器作为控制变量。2)对2台冷却水泵进行变频改造，提高冷机站的负荷调节范围、同时降低冷机站的动力损耗。3)对3台闭式冷却塔进行变频改造，调节冬季免费制冷机部分负荷时节冷却塔输出能力。4)对现有冷冻水变频控制进行连续调试。实施方案示意图如下：对现有冷冻水控制方式进行连续调试，利用冷冻水供回主管旁通管上一个控制阀组（由一只电动调节阀及三只手动蝶阀组成，手动蝶阀和一路旁通水管组成控制阀组检修旁通通路），当系统水量小于单台冷冻机最小允许流量时，旁通阀打开，旁通一部分水量使冷冻机运行在最小允许流量之上。最小流量由流量计测得。系统末端仍然安装二通上海市新天地朗廷酒店变频空调改造工程招标采购项目技术方案Page8of13调节阀，水泵的转速由系统最远端压差及供回水主管温差的变化来控制。当冷负荷减小，末端的电动二通阀关小，为了维持设定的压差值，水泵转速减小。在连续调试过程中考虑：TRANE主机最小水流量保护值及部分负荷特性水泵单泵及并联水利特性曲线管路沿程阻力特性管路局部阻力特性变频器最小安全运行频率旁通阀组阻力特性系统通讯接口兼容性全年空调负荷分布特性根据以上分析，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度模块和温度传感器组成温差闭环自动控制系统，对中央空调水循环系统进行节能改造是较完善的方案。由传感器将冷冻、冷却水的压差、回水温度和室外温度（可选）传送到变频控制系统，由处理器分析后，输出0～50HZ连续变化电流，使泵的转速与对应的冷水机组所要求的温差、压力、末端实际所需冷负荷合理对应，水泵实现自动变频启动、运行、停止。上海市新天地朗廷酒店变频空调改造工程招标采购项目技术方案Page9of134.节能量计算4.1变频调节节能量计算原理由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）╳H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果水泵或风机的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成3次方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如：本项目中冷却泵功率为75kW，采用变频调节后，当流量下降到额定流量的0.8时，电机转速N也下降为额定转速的0.8，理论上功率P将下降为：75×0.83=38.4kW，省电48.8％，当流量下降到原流量的0.5时，其耗电量为9.375kW，省电87.5％。另一方面，W（负荷）=Q（流量）╳ΔT（温差）╳C（比热），其中比热基本为定值，在定频水泵的情况下，流量也不变，当负荷降低时，反应到水系统上就是温差降低，出现所谓的部分负荷下大流量小温差的问题，造成水泵能耗的浪费。采用变频水泵后，在部分负荷时，可以控制温差不变，流量降低，从而大大降低水泵能耗。空调设备的选型，无论是冷却塔风机还是水泵，在设计时都是按照满足最大负荷设计的，而最大负荷出现的时间很短，大部分时间都处于部分负荷运行状态，这时候变频驱动就能大大节能。另外，使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命，节省了设备的维护费用，进一步实现节能。4.2冷却水泵变频调节节能量计算根据上一节的分析，加上从现场收集到的系统运行数据，冷却系统的供回水温差大部分情况下都低于额定温差5℃，处于部分负荷工况，实际温差与额定温差5℃的比值可以反映负荷的百分比，在采用变频水泵后，可以控制温差恒定，使流量按照负荷百分比进行降低，从而降低水泵功率。由于实际运行中，水泵的工作点由水泵的性能曲线和水系统管网的特性曲线决定，当采用变频驱动后，水泵效率会略有变化，且变频器也会有一定的能耗，所以在实际运行中，水泵功率并不能按照3次方的关系随着流量降低，上海市新天地朗廷酒店变频空调改造工程招标采购项目技术方案Page10of13根据我们的项目经验，在计算节能量时取水泵功率随流量的变化按照1次方变化。