本文是《高效機房系統(tǒng)產品與案例藍皮書(2023)》系列的第二篇，該系列共分為三期，未來每周都將帶來一期全新的內容。

 

　　01、制冷機房建設與運行

　　1、系統(tǒng)規(guī)劃設計不夠完善

　　對于制冷機房的規(guī)劃設計和功能設計方面缺乏成熟技術應用體系，造成施工過程速度慢，后期運行維護的困難。

 

　　2、建設過程的分離

　　建設過程設計、安裝、運行的分離，導致了建設過程的分散和不統(tǒng)一，不利于形成一體化的智慧設計、智慧建造、智慧運行體系。

 

　　3、傳統(tǒng)建造管理方式

　　缺乏專業(yè)建造服務機構提供制冷機房的一體化建設，造成建設過程復雜，以及施工不合理導致的各種問題。

 

　　4、能源利用效率低

　　針對系統(tǒng)運行缺乏有效的智慧化管控手段，造成系統(tǒng)整體的運行效率低下。

 

　　5、控制方法簡單粗放 

　　制冷系統(tǒng)中的控制對象具有大慣性、非線性、多變量、大滯后和差異性特點。單一的控制方法節(jié)能效果差別很大，只有根據(jù)系統(tǒng)實際運行數(shù)據(jù)分析的節(jié)能控制方法才是最有效的。

 

　　6、缺少能源管控工具

　　用能單位能源數(shù)據(jù)匯總體系不完善，缺乏互聯(lián)網、云計算、大數(shù)據(jù)等新技術的應用。 

　　02、如何打造高效機房

　　1、采用高效的設備，主要包括冷水機組、水泵、冷卻塔等空調機房主要的能耗設備;

　　2、水路系統(tǒng)的節(jié)能深化設計，主要目標是減少系統(tǒng)阻力降低輸配系統(tǒng)能耗;

　　3、智能控制系統(tǒng)和能耗能效評價系統(tǒng)，對于高效機房必須有完善、準確的監(jiān)測和能耗能效評價系統(tǒng)，可以清晰地了解各設備及系統(tǒng)的能效情況，對比分析設計效率與實際運行效率的差異，利用智能控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析并實時優(yōu)化運行策略，保證空調系統(tǒng)持續(xù)高效健康運行。

　　4、中央空調機房管理模式由粗放向精細化轉變，通過數(shù)字化智慧管理，減少系統(tǒng)損耗，擺脫對人的依賴，做到預見性維護。

 

　　03、高效機房相關基本規(guī)定

　　公共建筑能耗在建筑總能耗中占有巨大比重，據(jù)相關統(tǒng)計，2017年我國公共建筑總能耗（不含北方采暖）達到2.93億噸標煤(tce)，占建筑總能耗的31%;在公共建筑能耗中，空調系統(tǒng)供冷能耗占據(jù)較大比例，在2020年美國能源信息署(EIA)發(fā)布的《2020 年年度能源展望》中顯示，在2019年，美國公共建筑空調制冷耗電量大約為1540億千瓦時，相當于公共建筑總耗電量的11%和美國總耗電量的4%；在公共建筑中央空調系統(tǒng)供冷能耗中，制冷機房約占50%左右，通過對北京市52棟商務辦公建筑除采暖外建筑年耗電量進行研究發(fā)現(xiàn)，制冷機房能耗平均值約為42.2kW·h/(m2·a)，約占年耗電總量的36%，由此可見制冷機房系統(tǒng)是公共建筑的耗能大戶。

 

　　制冷機房系統(tǒng)能效比(EER)，也就是制冷機房總輸出制冷量和機房總耗電量的比值是目前國際上衡量制冷機房效率的通用指標，按美國制冷協(xié)會 (ASHRAE) 的規(guī)定，高效率的制冷機房 EER 應該到達5.0以上。《中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告 2018》研究表明，廣東省內部分建筑制冷機房 EER 全年2.5～3.0，因此空調制冷機房系統(tǒng)能效具有很大的提升空間。

 

　　2019 年 6 月國家發(fā)展改革委等七部委聯(lián)合印發(fā)了《綠色高效制冷行動方案》提出到2030年，大型公共建筑制冷能效提升30%，制冷總體能效水平提升25%以上，綠色高效制冷產品市場占有率提高40%以上。對公共建筑中央空調系統(tǒng)的能效提出了更高要求，考慮到目前國內制冷機房系統(tǒng)運行能效普遍較低，存在巨大的節(jié)能空間，因此發(fā)展高效制冷機房系統(tǒng)是響應國家政策，提升公共建筑制冷能效的重要突破口。

 

　　高效制冷機房系統(tǒng)應用應根據(jù)當?shù)氐臍夂驐l件和建筑功能，在保證室內熱舒適度的前提下，通過采用性能化設計方法、精細施工、全過程調適以及節(jié)能優(yōu)化運行等措施，提升系統(tǒng)運行能效。高效制冷機房系統(tǒng)以實際運行效果作為判定依據(jù)，需要以制冷機房性能目標為導向，設計、招投標、施工、調適和運行各個階段協(xié)同配合，才能更好地保證建設效果。

 

　　高效機房建設性能目標值

　　應根據(jù)氣候條件、建筑功能以及經濟性等因素合理確定，并在建設需求書進行明確規(guī)定。

 

　　高效機房設計

　　宜采用以制冷機房系統(tǒng)綜合能效比為約束目標的性能化設計方法。

 

　　性能化設計不同于常規(guī)采用的“合規(guī)設計”，是一種基于目標的閉環(huán)設計方法，該方法以制定性能量化指標為約束目標，以節(jié)能措施集成與參數(shù)優(yōu)化為基礎，以全工況模擬分析為基本手段進行設計，并通過模擬仿真等手段驗證，以判定是否滿足目標值。

 

　　性能化設計方法的核心是以性能目標為導向的定量化設計分析與優(yōu)化，系統(tǒng)形式和相關設計參數(shù)的選取均基于定量分析結果，而不是從規(guī)范中直接選取。

 

　　高效制冷機房系統(tǒng)設計應以系統(tǒng)能效目標為導向，以“保證室內熱舒適度、最小化全壽命周期成本”為原則，根據(jù)氣候特征、建筑負荷特點以及建筑功能，結合建設方需求，選擇適宜的設計方案。

 

　　與傳統(tǒng)的機房設計方法相比，采用性能化設計方法具有以下優(yōu)點：

　　01、以性能目標為導向、以仿真模擬分析進行驗證的迭代分析過程可以幫助設計人員對高效制冷機房的設計方案具有更全面、更細致地了解，例如設備性能要求、運行策略以及初投資等，從而可以在設備采購、自控系統(tǒng)設計等環(huán)節(jié)提出更為明確的需求，有助于高效制冷機房的有效實施。

 

　　02、設計階段以機房全年能效值為目標，進行全工況模擬分析，可使得設計人員充分考慮制冷機房部分負荷運行特性，可保證設計參數(shù)與機房實際運行效果更為一致。

 

　　03、性能化設計要求在設計階段設定機房能效目標，并通過仿真模擬等方式評估各種設計措施對性能目標的影響，有助于業(yè)主或設計人員能夠更好地理解機房性能指標的影響因素。

 

　　04、性能化設計可幫助設計人員根據(jù)工程實際特點選取合理的技術措施，有助于提高高效機房設計的合理性，同時有助于激發(fā)設計人員對選用新材料、新工藝、新設備的創(chuàng)新動力。

 

　　高效機房性能指標應至少包括

　　?制冷機房系統(tǒng)綜合能效比(EERa);

　　?制冷機房附屬設備綜合耗電比(λa);

　　?冷水機組綜合性能系數(shù)(COPa);

　　?冷凍水輸送系數(shù)(WHFchw);

　　?冷卻水輸送系數(shù)(WHFcw)。

 

　　制冷機房系統(tǒng)綜合能效比(EERa)是高效機房系統(tǒng)的核心指標，是編制高效機房設計方案，開展性能化設計、性能調適以及測量與評價的重要依據(jù)，應在需求書中進行明確規(guī)定。制冷機房附屬設備綜合耗電比(λa)和冷水機組綜合性能系數(shù)(COPa)是實現(xiàn)制冷機房系統(tǒng)綜合能效比(EERa)的基礎指標，是判定冷源設備選型和水系統(tǒng)設計是否滿足要求的依據(jù)，這兩項指標不必在需求書中進行明確規(guī)定，便于在設計階段設計人員從安全、可靠、節(jié)能和經濟性等角度綜合考慮，對這兩項指標進行調整，從而對設計方案進行優(yōu)化。冷凍水輸送系數(shù)(WHFchw)是制冷機房系統(tǒng)制冷量(kW)與冷凍水泵(包括冷凍水系統(tǒng)的一級泵?二級泵、加壓泵等)的耗電量(kW)之比；冷卻水輸送系數(shù)(WHFchw)是冷卻水輸送的熱量(kW)與冷卻水泵的耗電量(kW)之比。

 

　　高效機房能效等級

　　高效機房應根據(jù)制冷機房系統(tǒng)綜合能效比(EERa)測試結果，依據(jù)下表，判定高效機房能效等級。 

　　依據(jù)制冷機房系統(tǒng)綜合能效比的大小確定，依次分為1、2、3三個等級，其中1級表示能效最高。

 

　　國內外多項標準將系統(tǒng)能效比5.0作為高效機房的判定依據(jù)，根據(jù)本標準的目標和定位，將5.0作為判定是否是高效機房的最低限定值。根據(jù)目前調研的數(shù)據(jù)，國內高效制冷機房的系統(tǒng)能效普遍能達到5.0以上，因此將5.0作為判定是否是高效機房的最低限定值是合理的。

 

　　考慮到目前國內已有多個項目的系統(tǒng)能效達到6.0甚至更高，但同時初投資可能相應增加，影響經濟合理性，因此將6.0作為一級能效目標值，取5.0和6.0的中間值作為二級能效目標值。

 

　　考慮到室外濕球溫度對冷水機組效率的影響較大，因此以夏熱冬暖地區(qū)為基準，按不同氣候區(qū)制冷季的平均濕球溫度對 EERa 限值進行了修正。

 

　　同時為確保高效機房能效等級制定的更加合理，編制組以寒冷氣候區(qū)為基準，采用相同方法推算得出另一種高效機房能效等級劃分方案作為備選等級表（如下表所示）。 

　　該內容來源于：中國工程建設協(xié)會標準《高效制冷機房系統(tǒng)應用技術規(guī)程》