淺議國家汽車質量檢測中心(廣西)能源中心規劃設計及建設

蔣 斌

(國家汽車質量檢驗中心，廣西 柳州545616)

1 中心背景

國家汽車質量檢驗中心(廣西)(以下簡稱中心)位于“廣西柳州汽車城”，總占地面積約338 畝，項目計劃總投資約15 億元。項目按照一次規劃，分步實施的原則進行建設。一期建設投資約8 億元，已完成零部件及材料電子電氣試驗室、新能源汽車試驗室、整車性能及排放耐久試驗室、 發動機及動力總成試驗室、電磁兼容(EMC)試驗室、汽車安全試驗室等6個試驗室及配套基礎設施建設，試驗室面積達8.8 萬㎡，采購并安裝國內外一流的先進檢驗設備103 臺套，并獲得檢驗檢測機構資質認定證書，檢測能力覆蓋機動車安全、新能源汽車、整車路試性能、零部件安全等106 個檢測項目、131 個國內外檢驗檢測標準。能源中心作為中心試驗室配套建設的項目之一，承擔著中心整個運行的能源保障工作，如何做到能源設施的布局優化，運行穩定、節能、高效、故障快速響應、人員減少是我們一直所重點關注的內容。本文主要闡述項目建設能源中心的設施設備的規劃目標及實施具體方案。

2 能源中心的目標體系

能源中心是為中心的各試驗室提供能源供應保障的配套設施，除了應遵循《建筑防火設計規范》《建筑給水排水設計規范》《低壓配電設計規范》 等國家標準外，應優化布局、精準規劃，首先應實現24 h 保障能源設備設施穩定運行及節能的目標，在此基礎上圍繞人員、機器、環境三者間人機工程的有機協調，提高人員作業的效率、安全、健康、舒適性等目標［1］。整個能源中心的目標體系涉及以下內容：

(1)集約化。能源設備覆蓋范圍廣(覆蓋了高壓配電室、冷凍機房、冷卻水機房、真空熱水爐房、消防水泵房、值班室等設施)，而且管道走向交叉復雜。因此在有限的空間內，盡可能最大化將能源設備設施集中布局。

(2)安全。能源中心存在較多的安全危險源，主要有配電室的高壓電觸電、有限空間、空壓機及冷凍機組的噪聲(運行時噪聲均大于95 dB)，同時循環水管道與各配電電纜存在多處交叉風險等。

(3)快速響應。確保值班人員能通過遠程監控報警系統及值班室就近的窗戶及時掌握設備的運行情況，一旦出現事故，能實現1 min 內掌握設備故障的位置點，2 min 內采取應急措施，一般故障3 min 內完成備用設備的啟動運行的快速響應。

(4)節能降耗。中心的冷凍機、冷卻水系統能耗大，每月的用電量約10 萬kW·h，占比能源中心能耗約70%，因此，節能降耗很關鍵。通過對所有設備的運行狀況的監控以及數據實時的采集，并由電腦軟件控制系統進行合理調節冷凍機組、 冷卻水系統的負載，實現節能降耗。

(5)職業健康。如值班室要充分考慮設備運行的噪聲可能對人體的傷害，對觀察窗設置隔音措施，滿足噪聲在80 dB 以下。

(6)維護維修。如設備進行維護保養或故障維修，可通過叉車或移動小車進入到設備區域進行搬運作業，降低人員的勞動強度。

(7)二期項目預留擴建。對后續新增能源設備設施，提前預留相應的位置和容量，充分考慮后續基建施工及設備安裝的預留的空間和作業的便利。

3 能源中心設計及實施

通過前期的調研，結合我中心的實際場地情況，圍繞前面提出的目標體系等完成了能源中心規劃設計與實施。整個能源中心包括高壓配電室、 冷凍機房、冷卻水機房、真空熱水爐房、消防水泵房、值班室等。從功能上劃分為供配電系統、冷凍水循環系統、設備故障報警系統、數據采集系統、遠程攝像監控系統、消防報警系統。

3.1 能源中心平面圖布局

為實現能源設施設備的集約化，提出了以下設計實施原則：(1)以“值班室為中心，四周布局各能源設施”的創新理念，確定各設備布局盡量集中，值班室與消防水泵房、冷凍機房、空壓機房、配電室等的半徑距離不大于50 m。(2)周圍充分考慮人員及物流通道，其目的不僅可方便設備的安裝，同時發生應急情況，還可快速響應。各設備房之間保持互相暢通，降低維護人員巡查的時間。(3)做好噪聲隔離，避免噪聲互相干擾。因此，我們把值班室安置在這些設備的中央，此外為便于觀察，值班室的三面設置觀察窗(為保護值班人員的健康，值班室的四周砌實體墻，觀察窗為雙層隔聲窗)。此外，設置兩扇門，方便值班人員前后可進入設備區域。考慮到冷凍機組運行過程中噪聲較大因素，值班室的門不宜直接與冷凍機房對開，因此，采取先在值班室與消防水泵房之間設計一扇門，然后再在冷凍機房與消防水泵房之間再開一道通道，這樣既滿足人員可以最快速度達到各設備區域，同時又降低噪聲的干擾。能源中心動力站房布局圖以及值班室的現場實際圖如圖1。

3.2 數據采集系統

圖1 能源中心動力站房布局圖

為及時掌握能源設備運行狀況，方案提出在能源中心值班室設立數據采集系統，對能源中心及各試驗室的附屬設備(冷凍機、冷卻塔、空調、風機等)的現場運行狀況信息通過網絡光纖通訊把數據匯總到值班室數據監控中心。實現了值班人員可通過觀察電腦顯示屏上的數據就可以了解掌握設備的運行狀態。如其中一臺設備運行過程中出現故障，顯示器彈出報警界面，并發出報警聲音，告知值班人員設備發生故障，須盡快處理。值班人員收到故障信息后，就可以迅速啟動備用水泵或電機等應急預案，避免因能源供應中途故障問題，影響試驗室的試驗正常運行。圖2 為能源設施設備數據采集系統框架圖。

圖2 為能源設施設備數據采集系統框架圖

3.3 遠程攝像監控系統

數據采集系統雖然能及時掌握設備的運行狀態軟件系統支持，但還不足以全部掌握設備現場環境真實的狀況，比如配電室工作中可能出現冒煙、循環管道運行過程中出現漏水、冷卻塔風機的皮帶脫落、無關人員進出等現象。因此，方案提出對中心的所有運行的附屬設備現場安裝監控攝像頭。所有監控攝像系統統一在值班室實現遠程攝像監控。監控范圍包括但不限于配電室、水泵房、集水坑、冷卻塔、消防水泵房等。通過監控顯示屏上，值班人員就可以掌握到現場的設備運行過程是否正常，是否有冒煙、起火、 溢水等事故現象。如大暴雨地坑滲水的緊急情況，就可以立即啟動應急預案，最快的時間消除隱患，避免造成更大事故和損失。從減員增效的角度，可以實現值班室一人值班，就可以掌握所有設備的運行狀況及現場的情況的目的。圖3 為遠程攝像監控系統框架圖。

圖3 遠程攝像監控系統框架圖

3.4 消防聯動通訊系統

值班室與消防監控中心建立消防通訊應急電話。做到應急聯動、應急快速響應、快速處理。此外，值班室設置一臺內部電話，方便與各試驗科室進行溝通，如科室反饋某能源運行中發現的過程的故障或者其它的需求時候，可直接通過電話進行溝通。

3.5 冷凍水系統

為滿足各科室對試驗室的環境溫濕度要求，能源中心配套2 套冷凍機組，為各科室現場的組合式空調提供冷凍水。分別為螺桿式冷凍機組(輸入功率266 kW)1 臺、離心式冷凍機(輸入功率564 kW)1臺。系統圖如下：

圖4 能源中心冷凍水系統

3.5.1 冷凍水系統配置

采用螺桿冷凍機組+離心冷凍機組組合，即負荷較小的工況，投入運行螺桿機組，負荷較大的工況，投入運行離心機組，達到節能降耗。

3.5.2 冷凍水循環系統

我公司有大量的發動機試驗為耐久試驗，要求能源供應的保持長期、持續的穩定性。在調研過程中，發現部分水泵電機的配電柜僅一臺變頻器，控制啟動多臺水泵電機。從表面上看，雖然也是一用一備。但實際上的風險仍然較大，假如一旦變頻器出現故障，則導致整個循環系統就無法有效運行。因此，方案按照“一臺電機，對應一臺變頻器”，即“一對一”配置，實踐證明，當其中一臺變頻器出現故障，我們可以馬上啟動備用變頻器，從而確保了整個系統運行的穩定性。

3.5.3 冷卻水循環系統

剛開始設計院設計了2 套獨立運行的冷卻水系統，即離心機冷卻水系統、螺桿機冷卻水系統，分別為離心冷凍機組、螺桿冷凍機組提供冷卻水，每套冷卻塔均配置了一用一備的水泵電機，但是實際運行可能還存在問題：如螺桿冷凍機的冷卻塔的風機只有一臺，假如當螺桿機冷卻塔風機出現故障時候，存在螺桿式冷凍機組的冷卻水溫無法降溫冷卻風險隱患，最終可能導致整個螺桿機系統停止運行風險。經反復多次現場考察，研判，方案提出了在螺桿機冷卻水管道與離心機冷卻水管道之間增加三通閥方案，當螺桿機的冷卻塔的風機出現故障后，可通過打開三通閥，把冷卻回水引導到離心機冷卻塔，啟動離心機冷卻塔風機進行冷卻降溫，從而解決了冷卻水降溫問題，實現了“一用一備”功能，達到了滿足24 h 穩定運行要求。此外，冷卻塔的風機根據冷卻水的溫度來控制啟動(如冷卻水溫度大于28 ℃，風機啟動運行，小于25℃風機停止運行)實踐證明，晚上凌晨至3 點因室外天氣較低，冷卻水溫也低，風機可以不用運行，起到節能降耗效果。

4 實施效果

截止到2020 年5 月，能源設備設施運行穩定、保障可靠，得到了中心各試驗室及能源設施運營部門人員的積極評價和充分肯定。主要體現在以下幾個方面：

(1)人員。運行人員由原計劃每班7 人，實際只需要4 人。每年減少人員支出成本15 萬。

而且大幅度降低了人員頻繁巡查現場的勞動強度及安全事故風險，提高了工作效率。

(2)運行情況。自投入運行以來，累計已有11 個月。因設備故障導致停機的時間只要4 h。

(3)節能降耗方面。在數據采集系統的支持下，通過采集設備的能源負載情況，根據各科室的能源需求情況，科學精準調配能源設備，確保既能滿足能源需求，同時減少不必要的能源浪費。做到“小車小拉，大車大拉”。經估算，每年為公司節約100 000 kW·h，能耗節約了30%。

(4)快速響應方面。得益于前期對能源設備設施的科學、合理布局，以及遠程攝像監控系統功能。實現能源設備發生一般故障后的10 ～15 min 就可以完成再到啟用應急方案的轉變，根據記錄的數據，在能源中心運行10 個月內，因能源設備設施出現一般故障導致試驗停機時間只有2 h。

(5)項目實施的后的效果展示，其中圖5 能源中心冷凍水系統數據采集及運行監控畫面，圖6 為整車保密浸車室的環境溫度數據實時采集畫面，圖7為遠程監控攝像系統，圖8 為值班室竣工圖，圖9 為能源中心設備現場圖，圖10 為能源中心鳥瞰圖。

圖5 分別能源中心冷凍水系統數據采集

圖6 整車保密浸車室的環境溫度數據實時采集

圖7 分別遠程監控攝像系統畫面

圖8 能源中心值班室竣工圖

圖9 能源中心設施設備現場圖

圖10 能源中心鳥瞰圖

5 結束語

通過對前期的設計規劃方案的充分論證，以及項目具體實施及運營過程的全流程管控，可以有效地實現項目運營的節能、高效、穩定的目標，并進一步提高設備發生故障的應急響應速度，最終在運營過程中產生了良好的經濟效益。項目建設是一項非常復雜的系統工程，作為公司的項目建設管理人員，我十分有幸組織本項目從設計、施工、安裝、調試、運營的全過程。在與設計單位、監理單位、施工單位的負責人交流溝通過程中，我深刻體會到做好規劃設計對整個項目的重要性，前期規劃過程中應注重謀劃項目后續運營及保障，如節能性、穩定性、應急響應的預案等方面，同時在具體實施的過程中廣泛聽取各方的意見，從中選取最佳方案，并做好全流程的質量管控，最終才能把項目建設成精品工程。