通信大樓雙冷源專用空調(diào)節(jié)能運行方案分析

李 毅

（中國移動通信集團上海有限公司網(wǎng)絡(luò)維護中心動力監(jiān)控維護部）

0 引 言

上海移動浦東通信大樓的建筑面積37 000 m2，其空調(diào)系統(tǒng)的組成分為中央空調(diào)系統(tǒng)和專用空調(diào)系統(tǒng)，中央空調(diào)系統(tǒng)三臺離心式制冷機組總制冷量達4 800 k W。冷凍水系統(tǒng)末端設(shè)備是變風(fēng)量空調(diào)機組和雙冷源專用空調(diào)機組，分別擔(dān)負著辦公用房與通信機房的冷負荷。其中通信機房是采用雙冷源的專用空調(diào)機組，數(shù)量為124臺，總設(shè)計冷負荷約為5 400 k W。按照三臺主機一臺備機的運行方式，專用空調(diào)運行數(shù)量約為93臺，總運行冷負荷為4 050 k W，由此可見整個空調(diào)系統(tǒng)能耗很大。在所有的空調(diào)設(shè)備中，制冷機組是主要用能設(shè)備，其中專用空調(diào)制冷機組是全年運行設(shè)備，它所占的空調(diào)能耗比例相當(dāng)大。根據(jù)我部動力監(jiān)控系統(tǒng)運行記錄，夏季正常工作時，空調(diào)制冷設(shè)備運行總功率約為2 480 k W，按企業(yè)用電1千瓦／小時＝0.7元的用電費用來計算，空調(diào)機組制冷運行費用在1740元／小時。因此，采用合理的運行方案使通信大樓空調(diào)制冷能耗有效降低，對實現(xiàn)節(jié)能運行有著十分重要的意義。

在通信大樓空調(diào)系統(tǒng)的實際運行過程中，由于受氣象條件等因素變化的影響，空調(diào)冷負荷也隨外界溫度的變化而變化，在多數(shù)運行時間里空調(diào)冷負荷應(yīng)小于設(shè)計負荷。因此，2004年我部根據(jù)通信大樓空調(diào)負荷的全年變化特點，在部分季節(jié)里，合理調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)制冷運行方案和空調(diào)機組的運行數(shù)據(jù)，有效地降低空調(diào)運行能耗，取得了良好的節(jié)能效果。本文著重對中央空調(diào)機組和雙冷源專用空調(diào)機組運行特點的分析，探討通信大樓雙冷源制冷節(jié)能運行的方案，提出中央空調(diào)制冷機組與雙冷源專用空調(diào)制冷機組在通信大樓組合制冷運行的實際意義。

1 通信大樓空調(diào)負荷的變化特點

通信大樓空調(diào)負荷主要來自圍護結(jié)構(gòu)傳熱、通信設(shè)備散熱、太陽輻射得熱、人員和照明以及新風(fēng)負荷等，其中通信設(shè)備散熱所占空調(diào)冷負荷的比例最大。這是由于通信機房的熱量變化幅度大，通常要在10%～20%之間變動，通信設(shè)備所處工作狀態(tài)不同所產(chǎn)生的熱量也不同，所以通信機房要求空調(diào)機組必須全年制冷運行，使通信設(shè)備始終處于機房標準環(huán)境之中，保證設(shè)備穩(wěn)定可靠運行。雖然通信大樓的負荷不同一般的樓宇，有其特殊性，但空調(diào)負荷的變化還是隨著室外氣象條件而變化的。表1是根據(jù)動力監(jiān)控中心運行記錄統(tǒng)計的2004年空調(diào)運行總電流與季節(jié)變化對應(yīng)表：

表1 浦東通信大樓空調(diào)運行總電流與季節(jié)變化對應(yīng)表

從表1可以看出：浦東通信大樓在夏季和秋季時空調(diào)耗電量最大，同時也是空調(diào)運行負荷最大的兩個季節(jié)，同時也說明空調(diào)耗電量與空調(diào)負荷是成正比的。

2 雙冷源專用空調(diào)兩種制冷運行方式的能耗對比

雙冷源專用空調(diào)機組內(nèi)部分別有兩個蒸發(fā)制冷盤管，一個是冷凍水表冷器，一個是氟利昻蒸發(fā)盤管。它可根據(jù)現(xiàn)場的實際使用要求，通過人工或智能選用冷凍水供冷和機組供冷的兩種方式。冷凍水供冷方式需要中央空調(diào)提供適當(dāng)溫度的冷凍水進行供冷。機組供冷方式是指機組本身的氟利昻制冷系統(tǒng)進行供冷的方式。表2是一臺海洛斯（HIROSS）46 UH雙冷源專用空調(diào)機組的制冷能耗對比表。

表2 海洛斯46UH雙冷源專用空調(diào)機組的制冷能耗對比表

從表2可以清楚地看到，一臺雙冷源專用空調(diào)制冷機組在相同的制冷量、不同的制冷方式運行下，分別產(chǎn)生的能耗是不一樣的，設(shè)備運行費用也不同。在一定的空調(diào)負荷下，采用不同的制冷運行方式，空調(diào)的能耗比是不同的。顯然，雙冷源專用空調(diào)制冷機組在采用“冷凍水制冷”運行方式的能耗最低，運行費用也最低，若合理的采用此運行方式，通信大樓的節(jié)能效果明顯。

3 影響專用空調(diào)機組冷凍水運行的關(guān)鍵因素

通信大樓空調(diào)系統(tǒng)中專用空調(diào)機組的能耗是空調(diào)系統(tǒng)運行的主要能耗，這是由于專用空調(diào)機組運行特點是全年運行的。只有降低專用空調(diào)機組的運行能耗，才能真正降低通信大樓的空調(diào)能耗。要達到此目的，就是合理的延長專用空調(diào)機組冷凍水制冷運行周期，使通信大樓大部分通信機房冷負荷由中央空調(diào)機組提供的冷凍水承擔(dān)，降低專用空調(diào)機組使用壓縮機制冷的頻率，從而減少空調(diào)的運行費用。從專用空調(diào)機組實際運行效果來分析，專用空調(diào)機組的冷凍水運行方式主要受到以下幾個關(guān)鍵因素的影響：

（1）室外氣象條件和季節(jié)的影響。雙冷源專用空調(diào)制冷機組在采用“冷凍水制冷”運行方式時，制冷所需的冷凍水是由中央空調(diào)制冷機組提供的，只有在中央空調(diào)制冷機組運行的時間段才能運行“冷凍水制冷”方式，也就是每年的4月中旬至11月中旬。因為中央空調(diào)制冷機組大多是水冷式的，制冷機組對設(shè)備的運行參數(shù)和室外氣象條件有著嚴格規(guī)定。以特靈（TRANE）離心式機組為例，該機組在名義制冷工況下運行時，其冷卻水進水溫度為32℃，出水溫度為37℃，溫差5℃，當(dāng)冷卻水低于18℃時，是禁止機組運行的。所以雙冷源專用空調(diào)制冷機組在使用“冷凍水制冷”運行方式時，就會受中央空調(diào)制冷機組開機運行條件的約束。

（2）中央空調(diào)冷凍水供水溫度對專用空調(diào)冷凍水制冷量的影響。假設(shè)冷凍水表冷器進口空氣干球溫度為27℃，濕球溫度為19.5℃，迎面風(fēng)速為2.5 m／s，水流速度為1.5 m／s，計算不同冷凍水溫度下的冷凍水表冷器制冷量，結(jié)果如表3所示。

表3 表冷器冷凍水溫度與制冷量計算對照表

假定供水溫度為7.0℃時的供冷量為Q，圖1給出了供水溫度對制冷量的影響情況。根據(jù)圖1可以得到以下結(jié)論：1）冷凍水溫度與制冷量分階段呈線性關(guān)系。2）通過調(diào)節(jié)冷凍水溫度調(diào)節(jié)制冷量。

圖1 冷凍水溫度對制冷量的影響

在實際雙冷源專用空調(diào)運行過程中，以海洛斯機組為例，要達到機組冷凍水制冷量為55 k W，機組冷凍水進水溫度必須是7.0℃，出水溫度為12℃，冷凍水流量為3.43 L／s。也就是說中央空調(diào)機組的冷凍水供水溫度不得低于7.0℃，這樣才能達到海洛斯機組的冷凍水名義制冷量，以滿足專用空調(diào)機組制冷運行的要求。

4 綜合運行和維護方案

4.1 專用空調(diào)系統(tǒng)雙冷源制冷運行方案

此空調(diào)運行方案適用于每年的4月中旬至10月中旬期間，具體方案如下：

（1）浦東通信大樓中央空調(diào)機組共有三臺特靈離心式制冷機組，制冷量分別是二臺1 750 k W和一臺1 225 k W，總制冷量為4 800 k W。

（2）增加中央空調(diào)機組運行數(shù)量的方式：先運行一臺中央空調(diào)制冷量為1 750 k W的特靈離心機組，對專用空調(diào)機組提供6℃～7℃的冷凍水。若熱負荷量增大，中央空調(diào)冷凍水供水溫度大于8℃，特靈離心機組運行電流百分比達90%時，可以增加一臺制冷量1 225 k W的特靈離心機組；若冷負荷再增大，可以增加一臺制冷量1 750 k W的特靈離心機組。不同制冷量機組可以根據(jù)通信大樓冷負荷變化而自由組合供冷量，以滿足通信機房冷負荷的變化和需求。

（3）人工對雙冷源專用空調(diào)機組進行設(shè)置，將機組設(shè)置為“雙冷源運行方式”。

從立法目的的角度看，理論界和實務(wù)界的共識是，專利權(quán)人同意而首次售出相關(guān)產(chǎn)品后，其利益即已經(jīng)實現(xiàn)，專利權(quán)用盡規(guī)則的目的是為了防止其“二次獲利”。從這個角度講，無論專利權(quán)人同意售出的是專利產(chǎn)品、依據(jù)專利方法直接獲得的產(chǎn)品、專用于執(zhí)行專利方法的產(chǎn)品還是專用于制造專利產(chǎn)品的零部件，他在第一次售出后都已經(jīng)獲得了利益。如果對某些商品不允許其之后再主張專利侵權(quán)而二次獲利(例如專利產(chǎn)品、依據(jù)專利方法直接獲得的產(chǎn)品)，而對另一些商品(例如專門用于執(zhí)行專利方法的產(chǎn)品、專門用于制備專利產(chǎn)品的零部件等)卻允許其之后再次主張專利侵權(quán)而“二次獲利”，這顯然沒有合理的理由，也不符合真正的立法目的。

（4）將專用空調(diào)機組相對濕度設(shè)定值由50%改設(shè)為55%，以減少機組壓縮機的運行臺數(shù)和次數(shù)（因為機組除濕是由壓縮來承擔(dān)的）。

（5）由動力監(jiān)控中心，觀察特靈離心機組的運行情況和通信機房冷負荷的變化狀況，以便做出相應(yīng)的空調(diào)運行方案調(diào)整。

在4月中旬至10月中旬期間，上海地區(qū)的室外平均溫度和相對濕度變化大，通信機房的余熱量和余濕量較大。這時將雙冷源專用空調(diào)機組設(shè)置為“雙冷源運行方式”，使機組自動選擇“冷凍水制冷運行”和“壓縮機制冷運行”的方式，以控制通信機房的溫濕度，以達到通信機房的環(huán)境要求，從而有效降低專用空調(diào)機組的運行能耗，達到空調(diào)機組節(jié)能運行的目的。

4.2 專用空調(diào)系統(tǒng)冷凍水制冷運行方案

此空調(diào)運行方案適用于每年的10月中旬至12月中旬期間，具體方案如下：

（1）運行二臺中央空調(diào)制冷量為1 750 k W的特靈離心機組，對專用空調(diào)機組提供6℃～7℃的冷凍水。若冷負荷量減少，特靈離心機組運行電流百分比小于30%時，可以減少一臺制冷量為1 750 k W的離心機組。若冷負荷小于1 750 k W時，可以運行一臺制冷量為1 225 k W的離心機組。以滿足通信機房冷負荷的變化和需求。

（2）人工對雙冷源專用空調(diào)機組進行設(shè)置，將機組設(shè)置為“冷凍水運行方式”，并開啟所有通信機房專用空調(diào)主備機組，對通信機房供冷。

（3）將專用空調(diào)機組相對濕度設(shè)定值由55%改設(shè)為50%，以減少機組加濕器的運行次數(shù)，降低加濕器的運行能耗。

由浦東通信大樓動力監(jiān)控中心，觀察特靈離心機組的運行情況和通信機房冷負荷的變化狀況，以便做出相應(yīng)的空調(diào)運行方案調(diào)整。

在9月中旬至12月中旬期間，上海地區(qū)的室外日夜溫度變化較大，相對濕度較低，此時通信機房的顯熱負荷較低，濕負荷也較低。通過將雙冷源專用空調(diào)機組設(shè)置為“冷凍水制冷運行”，可以滿足通信機房的溫濕度要求，大大降低專用空調(diào)的運行費用。

5 方案對比

以2004年空調(diào)系統(tǒng)夏季運行的三種方案進行對比，以下空調(diào)運行數(shù)據(jù)是由動力監(jiān)控中心采集并進行整理，具體數(shù)據(jù)如表4。

表4 浦東通信大樓空調(diào)系統(tǒng)運行方案費用對比表

從以上三種空調(diào)運行方案的統(tǒng)計費用可以直接看出，“冷凍水制冷運行方案”的運行費用最低，但此運行方案只適用于每年的10月中旬至12月中旬期間，有其局限性。與“壓縮機制冷運行方案”相比運行費用可以節(jié)約783.37元／小時，二個月的運行時間可以節(jié)約112萬元。“雙冷源制冷運行方案”運行時間長，該方案對通信機房冷負荷變化的應(yīng)變力強，并且空調(diào)系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。與“壓縮機制冷運行方案”相比運行費用可以節(jié)約671.3元／小時，以每年4月中旬至10月中旬的運行時間來計算，六個月的運行時間可以節(jié)約290萬元。所以“雙冷源制冷運行方案”與“冷凍水制冷運行方案”可以根據(jù)季節(jié)的變化，合理選用空調(diào)系統(tǒng)運行方案，既能達到目的，又能使空調(diào)運行費用降低，以獲得良好節(jié)能效果。

6 改進建議

筆者在從事空調(diào)系統(tǒng)運行工作中，一直在思考著中央空調(diào)制冷機組在南方室外氣象條件不利的條件下是否可以正常運行？這樣使中央空調(diào)的節(jié)能和綜合應(yīng)用就更加全面，而不僅僅局限于溫度較高的夏季和初秋。中央空調(diào)正常運行的條件，主要是取決于：

（1）中央空調(diào)機組對運行參數(shù)的要求。

（2）中央空調(diào)系統(tǒng)冷負荷量的大小。

中央空調(diào)機組就特靈離心式機組而言，決定其正常運行的參數(shù)主要是冷卻水的溫度和潤滑油的溫度，而潤滑油的溫度可以由機組本身調(diào)節(jié)的。因為冷卻水的溫度是隨著室外氣溫的變化而變化的，對于冷水機組來說，冷卻水的溫度決定了機組的冷凝壓力，冷凝壓力過高或過低都會引起離心式機組喘振。所以，當(dāng)離心式冷水機組在氣溫較低或非常低的季節(jié)運行時，應(yīng)進行相應(yīng)調(diào)整，具體調(diào)節(jié)的方法有以下幾個方面：

（1）應(yīng)適當(dāng)減少投入運行的冷卻塔臺數(shù)，關(guān)閉冷卻塔風(fēng)機，以便提高冷卻水的進水溫度和流量。

（2）在冷水機組冷凝器進出水管路，增加冷卻水旁通管和流量調(diào)節(jié)閥，將一部分從冷凝器出來的冷卻水經(jīng)旁通管和流量調(diào)節(jié)閥引入其冷凝器進水管，進而提高機組的冷凝壓力。

（3）通過調(diào)節(jié)冷凝器進水管閥門，減少冷卻水的流量，提高機組的冷凝壓力。

當(dāng)然機組的蒸發(fā)壓力對于機組正常運行也是至關(guān)重要的，而機組蒸發(fā)壓力的高低，主要是由中央空調(diào)系統(tǒng)冷負荷的大小和冷凝壓力來決定的。其中系統(tǒng)冷負荷的大小控制可以通過增加投入運行雙冷源專用空調(diào)的臺數(shù)來控制，因為通信機房的設(shè)備發(fā)熱量大，所以要求專用空調(diào)全年制冷運行，所需的冷負荷也較大，這是很重要的外部條件，也正是中央空調(diào)應(yīng)用的主要目的和重要條件之一。

7 結(jié) 論

在每年的部分季節(jié)里，合理的實行“雙冷源制冷運行方案”與“冷凍水制冷運行方案”的兩種空調(diào)系統(tǒng)運行方案，不但可以有效地提高空調(diào)機組運行效率，降低運行能耗，還可以延長專用空調(diào)機組的使用年限。另外還延緩專用空調(diào)機組的設(shè)備更新時間，為企業(yè)節(jié)約了一筆可觀的設(shè)備更新費用。