節能環保型高效制冷機房在制藥行業中的應用

周友華，羅小榮，王谷洪

（江中藥業股份有限公司，江西 南昌 330096）

1 背景

在制藥行業，現有的常規制冷機房（空調系統）采用螺桿/離心式冷水機組+工頻泵+普通型冷卻塔+末端風機柜的組合方式，整個系統的裝備硬件技術水平較低，設備的有效功率或能效比在運行時偏低，在設備使用過程中，這4種設備只能實現獨立控制運行，設備之間的負荷狀態及控制信息相互孤立，缺乏系統之間的負荷自調節，部分設備經常做無用功，造成能耗浪費。而配套的輔助設備存在管網的阻力過大及儀表選型與控制系統精度不匹配等問題，從而導致制冷機房（空調系統）的能耗一直居高不下。

常規制冷機房整體系統主要存在硬件、軟件、安裝等3個方面的缺陷，而高效制冷機房在硬件上選擇節能型設備（裝備），在軟件上集成控制，使整個系統實現閉環控制，在安裝方面能合理根據流體力學及儀表的科學選型等方面做到有機結合，制冷機房系統能效比從3.0提升到5.0，節能顯著，同時大大減少碳排放。整個制冷機房系統可通過遠程監控實現無人值守[1]。

2 高效制冷機房技術特點

高效制冷機房是指制冷機房系統全年平均運行能效比[總冷量/（冷水機組+冷凍水泵+冷卻水泵+冷卻塔）耗電量]EER大于5.0的水冷式制冷機房[2]。根據廣東省2018年4月1日開始實施的《集中空調制冷機房系統能效監測及評價標準》中的規定，高效制冷機房的總裝機大于500 RT，一級能效比EER需達到5.0。

2.1 系統組成

高效制冷機房系統組成如圖1所示。

圖1 高效制冷機房系統組成

2.2 技術特點

高效制冷機房能夠實現整個制冷機房的高效持續運行，實際上是精細化設計及智能化運維的工作系統。高效制冷機房包含節能環保型設備技術、安裝工程科學合理、智能化運維系統（平臺）等3個技術特點[3]。

（1）節能環保型設備技術。高效制冷機房采用節能環保型設備技術，其制冷主機選用變頻離心或磁懸浮冷水機組，其具有高效率（滿負荷+全工況部分負荷）的特點，并采用蒸發器/冷凝器低水阻。冷卻塔風機為變頻電機，采用變頻控制，水溫優化為35.5/30.5℃（原為37/32℃），在滿足安裝限制條件下，增大填料換熱面積，布水要均勻；水泵采用臥式或立式雙吸泵，水泵電機為變頻電機，采用變頻控制，揚程余量合理，電機、葉輪可高效率運行。

（2）安裝工程科學合理。原則上采用管網低阻力設計，采用低阻力管路和低阻力閥件，降低水泵揚程，降低能耗。①水泵入口采用低阻力角通式自動反沖洗過濾器代替Y型過濾器。②水泵出口采用低阻力偏心球形止回閥，設計流量下水阻不大于5 kPa。③低阻力管件采用順水三通、順水彎頭的設計，用45°彎頭（圖2）替代90°彎頭（圖3）。④取消分集水器。⑤適當提高水泵基礎，水泵與主機進出管合理調整為斜接管方式（或直管方式），減少阻力。

圖2 常規制冷機房管道安裝（一）

圖3 常規制冷機房管道安裝（二）

（3）智能化運維系統。當底層負荷發生改變時，末端出水溫度會發生改變，溫度改變的冷凍水回水經過變頻制冷主機時，主機會感應到并通過變頻調節制冷量以適應當前的負荷。與此同時，群控系統接收來自變頻制冷主機的信號，根據制冷量變化情況控制制冷主機的開啟臺數；也接收冷凍水管路上安裝的溫度傳感器反饋的溫度信息，根據反饋的溫度信息控制變頻冷凍水泵、變頻冷卻水泵以及變頻冷卻塔風機的運行狀態。通過群控系統的控制，實現系統的高效運行[4]。

2.3 對比分析

高效制冷機房與常規制冷機房的對比分析如表1所示。

表1 高效制冷機房與常規制冷機房的對比分析

3 高效制冷機房技術應用

3.1 測試實驗

某制藥生產車間常規制冷機房裝機容量為800 RT（設備2018年開始投入使用，已運行近4年），機房設備運行正常。

（1）測試時間：2021年8月5日—9月14日。

（2）現場測試：①根據溫差表和流量計（圖4）計算能量，制冷量=溫差×流量×1.163，推算出能量大小。②通過通信采集裝置（圖5）讀取能量表的實時制冷量、累計制冷量。③采集裝置讀取智能電表（圖6）的實時功率、累計電量。

圖4 溫差表和流量計

圖5 通信采集裝置

圖6 智能電表

（3）測試記錄：連續實時動態測試40 d，詳見表2，系統能效瞬時峰值在3.30；從每天的測試數據來看，系統運行時能效值波動較大。

表2 連續實時動態測試情況

（4）實時能效比：EER=實時制冷量/實時機房總功率=2.98。

（5）累計能效比：EER=累計制冷量/機房累計耗電量=2.64。

（6）測試小結：該機房運行能效比大多處于3.0以下，根據現有機房條件，機房能效比還有很大的提升空間。

3.2 應用推廣

（1）改造項目。對上述某制藥生產車間裝機容量為800 RT的常規制冷機房進行升級改造，改造成節能型制冷機房。

實測制冷機房的運行能效比EER約為2.6，根據現有機房條件，機房能效還有很大的提升空間。在不更換主要設備的情況下，將常規機房升級為智能控制節能機房，改造費用為74.2萬元。改造運行后，全年綜合能效比EER為4.2，相較于常規機房節約38%，每年節約用電60萬kW·h，同時為企業每年減少碳排放約600 t（根據換算方法：使用1萬kW·h電≈排放9.97 t二氧化碳）。每年可節約電費39萬元，減少操作/巡視人員1名，投資回收期為1.5年。某制藥生產車間制冷機房改造投資分析如表3所示。

表3 某制藥生產車間制冷機房改造投資分析

（2）新建項目。針對某制藥企業新建項目，分2個車間建設，整個項目設計裝機容量為4149 RT高效制冷機房，并已納入設計藍圖。

根據高效制冷機房的要求，按能效比EER大于5.0進行方案設計，目前項目在2022年1月份完成高效制冷機房EPC的招標采購，總投資在1100萬元；相比于常規制冷機房的設備采購貴10%，約110萬元；項目實施后能效約為5.4，每年可節約用電326萬kW·h（根據換算方法：使用1萬kW·h電=排放9.97 t二氧化碳），每年可減少二氧化碳排放量約3250 t。每年可節約電費211萬元，減少操作/巡視人員1名，投資回收期為0.5年。某制藥企業新建項目高效制冷機房投資分析如表4所示。

表4 某制藥企業新建項目高效制冷機房投資分析

通過以上兩種方式進行節能環保型制冷機房打造，將為該制藥企業大幅節省電量，節約電費，大大減少企業的二氧化碳排放，同時提高企業智能化水平，提升企業形象[5]。

4 結語

綜合上述，空調機房在現代建筑中不可或缺，但舒適環境的背后，是大量能源的消耗。據統計，我國每年建筑物產生的能耗約占總能耗的30%，而空調機房的能耗又占建筑物總能耗的50%～70%，因此，打造高效節能的空調機房已成為大勢所趨。高效制冷機房將在各行各業得到普及和應用，為我國實現“碳達峰”“碳中和”做出應有貢獻。