超高效中央空调制冷机房设计研究

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
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。
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
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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。
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
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
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 。
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
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
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
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） 。