制冷機房的運行能耗優化探討

摘要：人類社會對于資源的消耗與日俱增，如何更加的有效利用能源成為了一個熱門的問題。制冷機房對于能源的消耗是較大的，如何能夠在現有的基礎上更加有效的利用能源，即優化制冷機房的能耗對于日益枯竭的能源有著積極的意義，本文將從制冷機房現狀中的能耗問題出發，結合前人的一些研究成果，給出一些能耗優化建議。

關鍵字：制冷機房；能耗優化

一、引言

雖然現在制冷技術在不斷的進步，但是當前的制冷機房還是可以在很大程度上進行能耗優化改造的，這種改造對降低制冷機房的運行成本、減少能源消耗以及環境保護有著非常重要的意義。想要對制冷機房的能耗進行改造，就需要先知道能源究竟消耗在了什么地方，制冷機房主要的能耗來自于制冷機組、冷凍水泵、冷卻塔、冷卻水泵，其中冷水機組占據了其中的50%到60%，冷水泵加上冷卻水泵的配送約占25%到30%左右，剩下的部分主要是各種風機的消耗，因此需要從上述能耗較大的部分入手。

其次，制冷機房在運作過程中的參數也對能耗有著巨大的影響，關于運行參數對制冷機房能耗影響的課題已經有許多人研究過了，甚至已經開發出了一些應用軟件來進行輔助分析、模擬制冷機房的運作來期望降低能耗。專家學者們分別從不同方向對制冷機房能耗做過研究，例如Bahnfleth研究過冷凍水變流量對制冷機房能耗的影響、Jin X Q研究過冷凍水供水溫度對制冷機房能耗，還有從變速水泵機組整合群控算法、定流量與變流量、定溫差控制模式等方向出發得到的許多值得借鑒的結論。

但是以上的許多探究都是從單一的角度進行的，涉及到的參數并沒有覆蓋整個制冷系統運作的所有關鍵參數，而這些參數往往相互之間是有一定的關系，總能耗的降低甚至可能會使得子系統的能耗升高，因而，要降低總能耗，需要將以往的一些研究成果整合起來。因而本文借助了一些已經成熟的研究成果，在此基礎上整合得到一些可行的降低制冷機房能耗的措施。

二、 能耗優化建議

1.從硬件著手節能

傳統的制冷機房中，一般的冷卻水系統采用的都是一次泵定流量系統，這種做法雖然有它合理的一面，因為可以讓冷水機組蒸發器的熱交換效率更高，但是這種設計也有著不足，例如當流量明顯過低時，可能會讓蒸發器產生凍結現象，因此還可能會引發銅管破裂，其次經過實驗證明，它的能源損耗遠大于一次泵變水量系統，因而，如果將原有的一次泵定流量系統升級為一次泵變流量系統的話，制冷機房的能耗將會顯著降低。

因為當制冷機房負載減小，制冷量減少的時候，整個冷水機組的能源消耗也會隨著下降，冷卻水水泵、冷卻塔以及冷水水泵等能耗較大的部分都會降低能耗，因而從整體上看，使得整個系統的能耗降低。

最重要的是，依據現有研究，泵流量對于能耗是有影響的，在其他因素保持一定的情況下，調節泵流量可以擾動能耗值，這就意味著應用非定流量可以尋找到一個最佳工作點，在此點上可以降低整套系統的能耗。

另外應當注意的是，硬件改造的過程中需要關注總的能耗。通過一些現有的實驗數據得知，制冷機房總能耗最小時，是在其流量與負載的等下降比率處，含義是由于流量減少而引發的制冷機組能耗的升高會低于流量減少引發的輸送能耗的降低，雖然能耗有增有減，但是從總體上看，只要可以做到冷凍水與冷卻水側等溫差調控，那么整個的制冷機房的能耗是降低的。

2. 從控制過程著手節能

因為人的活動時間的問題，制冷機房的運載在不同時間也是不一樣的，雖然改變了制冷機房為可控運行，但是如果想要更加有效的對制冷機房運行狀態進行調度，就需要研發一套合適的制冷機房群控系統用來做節能控制，它會明顯的改善制冷機房的能耗。想要應用制冷機房的群控系統，需要滿足以下的條件：

（1） 增加必要的探測裝置。群控系統是將各種信號傳送至計算機進行處理，所以需要能夠探測到制冷機房運行過程中的各種參數。例如必須的溫度、流量、壓力等等指標，只有獲取這些必須的數據，控制系統才會根據情況做出最優的操作，在保證制冷機房完成正常工作的同時減少能源的消耗。

（2） 配備能夠配合控制系統動態控制的變頻器。制冷機房承擔的負荷是動態變化的，它與外界條件有關，因此想要減少能源消耗的話，就需要對制冷機房動態控制。例如如果制冷機房的負載不斷發生變動的話，如果水流量仍然一定，那么就會造成能源的浪費，因而可以安裝變頻器，能為水泵提供不同頻率來改變水泵的送水量。還有，大功率設備在啟動的時候，會對電網造成一定的沖擊，造成不必要的一些能耗，因而，大功率設備在啟動的時候，應該安裝有變頻器進行軟啟動，同時也能夠實現動態控制的目的。

（3） 建立最合適的控制算法。從上一節的分析中，得知制冷機房的主要能源消耗組成為冷水機組、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔等，在制冷機房運作過程中，有大量的變量參與，相互之間有著錯綜復雜的關系，控制算法要做的就是尋找一個最佳的效率點，以現在的計算機技術來看，神經網絡控制算法無意是最優的選擇，這種帶有自主學習記憶的算法可以達到通過動態調整制冷機房運行狀態來降低制冷機房能耗的目的。

3.從數學模型上分析節能

此節能手段是經過大量的現實數據與軟件仿真方法得來，可以用作為本文中提到的第二種降低能耗中的控制算法提供指導。

制冷機房的運行參數對于制冷機房的能耗有著非常重要的影響，因為它的復雜性，所以有著多種依據現實情況建立的數學模型來分析各個參數的影響效果，前人在這些模型上做過大量的分析，冷卻水進入溫度、冷凍水供水溫度、冷卻水流量、冷凍水流量都會對制冷機房的總能耗產生影響。

借助TRNSYS軟件進行仿真分析，可以得到如下結論：

（1） 冷負荷與總能耗正相關，且能耗呈增長趨勢，即二次導數為正，意味著它們之間不是比例關系，應盡量降低系統負荷。

（2） 冷卻水進水溫度升高，制冷機房的能耗升高，且對于能耗的影響較為強烈，這意味著優化能耗不得不考慮這一因素，如果能夠用其他方式在一定程度上降低冷卻水進水溫度就可以降低能耗。

（3） 冷凍水供水溫度與制冷機房總能近乎于線性耗負相關，在其他因素固定的情況下，冷卻水供水溫度越高，蒸發壓力越大，冷水機組運行效率越高，從而減少能耗。

（4） 冷卻水流量與制冷機房總能耗之間為反拋物線形狀，意味著不論是過大的或者過小的冷卻水流量都會增加能耗，因而需要根據實際情況測定出一個最佳工作點，提升制冷效率，降低能耗。

（5） 冷凍水流量與能耗之間的關系圖像與冷卻水流量與能耗之間的關系圖像相似，這意味著在冷凍水流量的大小問題上也存在著一個最佳的點，可以降低能耗。

三、結束語

制冷機房是一個能耗大戶，能夠降低它的運行能耗無論對環保事業的支持還是降低其運行費用都有著積極的意義。通過分析制冷機房運行過程中各種重要的參數，得出最優的控制方法、改變硬件設施來支持最優控制方法的實施，環環相扣打造成一個可以精密運行的系統，就可以很大程度上降低制冷機房的能耗。

參考文獻

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