4、技術(shù)方案V2-上海市新天地朗廷酒店變頻空調(diào)改造工程招標采購項目 (1).docx

Langham Chiller Plant Optimization ProposalVersion 2.0Prepared for:Shanghai Langham hotel.December 5, 2013Prepared by:Honeywell Energy Solutions23F, Tower B, City Centre100 Zun Yi Road, Shanghai 200051Phone: (021) 22196888Fax: (021) 62371237上海市新天地朗廷酒店變頻空調(diào)改造工程招標采購項目技術(shù)方案目 錄1.項目介紹32.現(xiàn)狀分析43.優(yōu)化建議74.節(jié)能潛力分析81. 項目介紹1.1 項目工程背景及概況上海朗廷新天地出于對節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的要求的響應，邀請霍尼韋爾自動化控制集團樓宇自控部（以下簡稱“霍尼韋爾”）對其現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)進行評估并提供優(yōu)化方案。本次中央空調(diào)水系統(tǒng)優(yōu)化項目工作范圍為中央空調(diào)冷凍冷卻水系統(tǒng)?，F(xiàn)有配置的中央空調(diào)系統(tǒng)分為高區(qū)和低區(qū)系統(tǒng)，全年運行。按照要求，本方案主要針對冷卻水輸送系統(tǒng)、熱水輸送系統(tǒng)以及冬季免費制冷冷量輸出控制提出節(jié)能優(yōu)化控制方案。因為在系統(tǒng)設計過程中采用的是夏季最高冷負荷計算方法，對設備的選型均按最高峰值配置，而在實際運行中峰值負荷全年出現(xiàn)時間僅占20%以下，因此優(yōu)化方向主要結(jié)合一次泵變流量及流體管網(wǎng)輸配形式優(yōu)化進行。1.2 設計依據(jù)和設計規(guī)范v 用能單位能源計量器具配備和管理通則(GB17167-2006)v 電子式電能表檢定規(guī)程(JJG 596-1999)v International Performance Measurement and Verification Protocol -Volume III (國際節(jié)能效果測量和認證規(guī)程)v 公共建筑節(jié)能改造技術(shù)規(guī)范（JGJ176-2009）v 低壓配電設計規(guī)范 (GB50054-95)v 采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范（GB50019-2003）v 公共建筑節(jié)能設計標準（GB 50189-2005）v 建筑給排水機采暖工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范（GB-50242-2002）v 通風與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范（GB-50243-2002）v 建筑節(jié)能工程質(zhì)量驗收規(guī)范（GB-50411-2007）1.3 系統(tǒng)設計思路隨著設計水平及機械加工水平的進步，冷水機組的效率越來越高。這使得冷水機房的能耗結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化。水泵的能耗比例已經(jīng)成為一個比較重要部分，所以如何在水泵的節(jié)能措施上去的取得進展已成為一項重要發(fā)展方向。通常來說，空調(diào)系統(tǒng)是按照滿負荷設計的，當負荷變化時，雖然冷水機組可以根據(jù)負荷調(diào)節(jié)相應的冷量輸出，但是常規(guī)冷水系統(tǒng)在在冷水機組的蒸發(fā)器側(cè)的流量配置是固定的，定流量的冷凍水泵能耗沒有跟隨主機的部分負荷運行而變化水量。也沒跟著冷水機組減載。近年來在電子及自控技術(shù)的輔助下，冷水機組的制造技術(shù)得到有效提高，尤其是機組對負荷變化的響應時間大大縮短。先進的冷水機組可以在極大的范圍內(nèi)變流量運行；同時，與通過供水溫度來控制機組負荷一樣，變蒸發(fā)側(cè)水流量控制機組負荷運行，同樣能夠保證出水溫度在允許的偏差范圍內(nèi)正常運行。因此，當負荷變化時，可以使冷水機組的蒸發(fā)器側(cè)流量隨用戶的需求而變化，從而節(jié)約蒸發(fā)器側(cè)水泵的能耗，同時可使用流量保護措施使機組在流量允許的范圍內(nèi)運行。在管路系統(tǒng)固定不變的前提下，變頻水泵的效率特性和水系統(tǒng)的阻力特性接近，理論上水泵的能耗與流量成3次方的關(guān)系，系統(tǒng)的阻力隨著部分負荷時流量的下降而下降(水量1/水量2)2=水阻1/水阻2。如果蒸發(fā)側(cè)的流量允許隨著負荷的變化而變化，那么蒸發(fā)側(cè)的水泵就無需全年保持夏季設計日的滿載流量，在部分負荷運行時段，水泵如冷水機組一樣，部分負荷時流量減小，與此同時水泵的能耗大幅降低從而達到節(jié)能的目的。一次泵變流量系統(tǒng)是根據(jù)負荷的變化，利用水泵變頻調(diào)節(jié)一次水流量來達到節(jié)能的目的。2. 現(xiàn)狀分析2.1 冷凍站配置朗廷冷水機房具體配置如下設備容量數(shù)量備注Trane離心式冷水主機685RT3冷凍水泵1#4#75 kW4變頻冷卻水泵1#4#75kW4冷卻塔1#3#60 kW3熱水泵1#3#18.5 kW32.2 能耗分析朗廷2012年制冷季冷凍站耗電逐月分布如下：以上數(shù)據(jù)體現(xiàn)了全年耗電分布，其去年都有冷量需求，由于電力計量包括冷機、水泵及冷卻塔，因此當冬季實行冷卻塔免費制冷時，電量仍有消耗，在圖中有體現(xiàn)。2012年全年冷凍站耗電量為3,892,514 kWh。2.3 系統(tǒng)分析經(jīng)過現(xiàn)場勘查及往年數(shù)據(jù)分析，目前朗廷空調(diào)系統(tǒng)存在以下情況： 現(xiàn)系統(tǒng)流體輸送管道阻力特性與設計不符，因此常規(guī)變流量做法應用于該系統(tǒng)時需結(jié)合系統(tǒng)特性詳細分析，并且在實施后所帶來能效優(yōu)化效果不一定得到明顯體現(xiàn)。造成這一原因主要是管道阻力特性，閉式系統(tǒng)中阻力主要由沿程阻力（管道摩擦阻力）及局部阻力（蒸發(fā)器、表冷器、閥門、彎頭）等組成，在水泵變頻導致?lián)P程下降時，由于流量變小，流速減緩，摩擦系數(shù)相對減小，因此整體阻力和實際揚程是一個等比例的關(guān)系。 部分負載運行時段存在多少是一次泵變流量是否適用的關(guān)鍵判定因素，根據(jù)2012年運行數(shù)據(jù)，長時間都存在低負載情況。 冷凍水及冷卻水泵配置功率較大，冷凍水泵為75kW，冷卻水泵75kW, 大功率是由于水泵揚程高造成，因此對于較大功率的水系統(tǒng)而言，實施變頻可以帶來較好的投資回報率。系統(tǒng)目前主要依靠運行人員的個人經(jīng)驗和個人行為對冷機站和末端設備的運行做出調(diào)整，這一方式可能會造成以下不利因素： 不能準確判斷負荷水平與趨勢。負荷水平及其變化趨勢是對冷機站運行調(diào)整的最重要依據(jù)，僅憑經(jīng)驗估計會導致較大偏差、不可避免地存在“過供應”和調(diào)節(jié)上的時間滯后造成能源浪費。 不能高效組織冷量的生產(chǎn)。供冷系統(tǒng)的效率受到多種時變因素的影響，包括天氣、負荷水平與趨勢、末端的工藝要求、末端的熱響應特性、設備性能、設備組合、冷凍水溫度與流量、冷卻水溫度與流量等。由于影響因子多、影響關(guān)系復雜，不可能要求運行人員在不同時刻根據(jù)這些因素計算中央冷熱系統(tǒng)的最佳工作點，并控制系統(tǒng)各部分工作在最優(yōu)區(qū)間內(nèi)。 不能及時檢測耗能設備的性能退化。由于缺乏量化數(shù)據(jù)對耗能設備的性能（例如冷機的能效曲線）進行實時監(jiān)測，運行人員不能在第一時間檢測出設備性能的退化（相同型號設備的效率差別可能超過20%）并及時作出調(diào)整（例如啟用高效設備或?qū)υO備進行維護）。3. 優(yōu)化建議基于上述分析，我們建議對其進行優(yōu)化。改造內(nèi)容主要涉及以下6部分：1) 在冷凍供回總管配置流量計及溫度計，反饋信號給變頻器作為控制變量。2) 對2臺冷卻水泵進行變頻改造，提高冷機站的負荷調(diào)節(jié)范圍、同時降低冷機站的動力損耗。3) 對3臺閉式冷卻塔進行變頻改造，調(diào)節(jié)冬季免費制冷機部分負荷時節(jié)冷卻塔輸出能力。4) 對現(xiàn)有冷凍水變頻控制進行連續(xù)調(diào)試。實施方案示意圖如下：對現(xiàn)有冷凍水控制方式進行連續(xù)調(diào)試，利用冷凍水供回主管旁通管上一個控制閥組（由一只電動調(diào)節(jié)閥及三只手動蝶閥組成，手動蝶閥和一路旁通水管組成控制閥組檢修旁通通路），當系統(tǒng)水量小于單臺冷凍機最小允許流量時，旁通閥打開，旁通一部分水量使冷凍機運行在最小允許流量之上。最小流量由流量計測得。系統(tǒng)末端仍然安裝二通調(diào)節(jié)閥，水泵的轉(zhuǎn)速由系統(tǒng)最遠端壓差及供回水主管溫差的變化來控制。當冷負荷減小，末端的電動二通閥關(guān)小，為了維持設定的壓差值，水泵轉(zhuǎn)速減小。在連續(xù)調(diào)試過程中考慮： TRANE主機最小水流量保護值及部分負荷特性 水泵單泵及并聯(lián)水利特性曲線 管路沿程阻力特性 管路局部阻力特性 變頻器最小安全運行頻率 旁通閥組阻力特性 系統(tǒng)通訊接口兼容性 全年空調(diào)負荷分布特性根據(jù)以上分析，利用變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度模塊和溫度傳感器組成溫差閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，對中央空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)進行節(jié)能改造是較完善的方案。由傳感器將冷凍、冷卻水的壓差、回水溫度和室外溫度（可選）傳送到變頻控制系統(tǒng)，由處理器分析后，輸出050HZ連續(xù)變化電流，使泵的轉(zhuǎn)速與對應的冷水機組所要求的溫差、壓力、末端實際所需冷負荷合理對應，水泵實現(xiàn)自動變頻啟動、運行、停止。4. 節(jié)能量計算4.1 變頻調(diào)節(jié)節(jié)能量計算原理由流體力學可知，P（功率）=Q（流量）H（壓力），流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比，如果水泵或風機的效率一定，當要求調(diào)節(jié)流量下降時，轉(zhuǎn)速N可成比例的下降，而此時軸輸出功率P成3次方關(guān)系下降。即水泵電機的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。例如：本項目中冷卻泵功率為75kW，采用變頻調(diào)節(jié)后，當流量下降到額定流量的0.8時，電機轉(zhuǎn)速N也下降為額定轉(zhuǎn)速的0.8，理論上功率P將下降為：750.83=38.4kW，省電48.8，當流量下降到原流量的0.5時，其耗電量為9.375kW，省電87.5。另一方面，W（負荷）=Q（流量）T（溫差）C（比熱），其中比熱基本為定值，在定頻水泵的情況下，流量也不變，當負荷降低時，反應到水系統(tǒng)上就是溫差降低，出現(xiàn)所謂的部分負荷下大流量小溫差的問題，造成水泵能耗的浪費。采用變頻水泵后，在部分負荷時，可以控制溫差不變，流量降低，從而大大降低水泵能耗?？照{(diào)設備的選型，無論是冷卻塔風機還是水泵，在設計時都是按照滿足最大負荷設計的，而最大負荷出現(xiàn)的時間很短，大部分時間都處于部分負荷運行狀態(tài)，這時候變頻驅(qū)動就能大大節(jié)能。另外，使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命，節(jié)省了設備的維護費用，進一步實現(xiàn)節(jié)能。4.2 冷卻水泵變頻調(diào)節(jié)節(jié)能量計算根據(jù)上一節(jié)的分析，加上從現(xiàn)場收集到的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，冷卻系統(tǒng)的供回水溫差大部分情況下都低于額定溫差5，處于部分負荷工況，實際溫差與額定溫差5的比值可以反映負荷的百分比，在采用變頻水泵后，可以控制溫差恒定，使流量按照負荷百分比進行降低，從而降低水泵功率。由于實際運行中，水泵的工作點由水泵的性能曲線和水系統(tǒng)管網(wǎng)的特性曲線決定，當采用變頻驅(qū)動后，水泵效率會略有變化，且變頻器也會有一定的能耗，所以在實際運行中，水泵功率并不能按照3次方的關(guān)系隨著流量降低，根據(jù)我們的項目經(jīng)驗，在計算節(jié)能量時取水泵功率隨流量的變化按照1次方變化。并且頻率不能無限制降低，因為隨著頻率的降低，水泵提供的揚程也會下降，所以在計算時當負荷降低到50%以下時，設定水泵頻率不再降低，按照50%負荷計算，考慮一定的安全系數(shù)后，根據(jù)現(xiàn)場收集到運行資料，得到如下水泵變頻節(jié)能量計算表格：Month T% of design TAver Opr HrsBaseline kWhPost retrofit kWhSavings kWhJan240%361378731893618936Feb240%473496692483424834Mar360%43322723136349089Apr360%47224779148679912May480%52227424219395485Jun480%50639885319087977Jul5100%45547734477340Aug5100%28645096450960Sep480%29430826246616165Oct480%29623341186734668Nov480%35218500148003700Dec360%510535573213421423Total421,408309,218112190根據(jù)以上計算結(jié)果可以看出，對其中的2臺75kW冷卻水泵采用變頻控制后，每年可以節(jié)省112,190kWh的電，節(jié)能率為27%。4.3 冷卻塔風機變頻調(diào)節(jié)節(jié)能量計算冷卻塔風機的轉(zhuǎn)速和室外濕球溫度有很好的擬合關(guān)系，根據(jù)上海市室外溫度的變化情況可以計算出采用變頻后的風機轉(zhuǎn)速百分比，從而計算風機變頻的節(jié)能量，同樣的，風機頻率也不能無限制降低，在計算時當風機轉(zhuǎn)速降低到低于30%時，按照30%進行計算，得到如下冷卻塔風機變頻節(jié)能量計算表格：MonthOT% of SpeedAver Opr HrsBaseline kWhPost retrofit kWhSavings kWhJan830%361432831298530298Feb930%473567641702939735Mar1330%433259701012815841Apr1931%472283191156316755May2473%52231342298291513Jun27100%50645583455830Jul32100%45554553545530Aug32100%28651539515390Sep28100%29435230352300Oct2363%29626675217954880Nov1730%35221143824612897Dec1130%510612081836242845Total481,609164766根據(jù)以上計算結(jié)果可以看出，對其中的2臺60kW冷卻塔風機采用變頻控制后，每年可以節(jié)省164,766 kWh的電，節(jié)能率為34%。由于熱水泵的運行參數(shù)無法獲得，所以其變頻控制節(jié)能量無法進行計算。朗廷酒店對于水泵和冷卻塔風機沒有單獨的電表進行計量，只有冷凍站總電表，現(xiàn)場收集到的冷凍站總表讀數(shù)如下：MonthConsumption( kWh)Jan212810Feb279092Mar255368Apr278468May308197Jun448228Jul536,441Aug506,798Sep346,430Oct262,309Nov207,904Dec150,469Total3,792,514綜上，對2臺75kW冷卻水泵采用變頻控制，每年可以節(jié)電112,190 kWh，對2臺60kW冷卻塔風機采用變頻控制，每年可以節(jié)電164,766 kWh，總計每年節(jié)電276,956 kWh，相對于冷凍站每年的能耗3,792,514 kWh，總節(jié)能率為7%。5. 節(jié)能量驗證International Performance Measurement and Verification Protocol -Volume III （國際節(jié)能效果測量和認證規(guī)程）第三章中規(guī)定了如下節(jié)能量驗證方法： 測量和認證方案如何驗證節(jié)能量A改造部分隔離,測量部分參數(shù) 通過現(xiàn)場測量節(jié)能措施應用部分的能耗來測定節(jié)能量，與設施的其他部分隔離分開，測量既可以是短期的，也可以連續(xù)進行如果約定值總誤差對最終節(jié)能量不產(chǎn)生很大影響，那么部分測量意味著某些參數(shù)可以約定，而非所有參數(shù)。應細心檢查節(jié)能措施的設計和安裝，保證約定值可以代表實際值。在測量和認證方案中應表明約定值和誤差分析結(jié)果采用短期或連續(xù)的改造后測量及規(guī)定值進行工程計算。B 改造部分進行