鈡 锴

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州，510000，中国）

[摘要]随着国家“3060”双碳目标的提出，碳减排工作将会是今后的一大趋势，我国能源消耗的三大领域：工业、建筑、交通、建筑占比接近30%，空调能耗占比建筑能耗的60%左右，减少空调消耗是建筑节能的重点目标，而制冷机房系统能效对于建筑节能降耗也具有举足轻重的作用。高效机房的设计和运用，顺应了国家发改委等七部委于2019年印发的《绿色高效制冷行动方案》与国务院2021年2月22日发布的《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》等重点节能战略文件，是减少碳排放、实现对碳资产的科学精准管理的重点体现。

[关键词] 高效机房；水蓄冷冰蓄冷

[中图分类号]TU831        [文献标志码] A         doi:10.3969/J.ISSN.1005-9180.2024.04.0018

On High Efficiency Refrigeration System

ZHONG Kai

(Guangdong Architectural Design and Research Institute Co., LTD Guangzhou, Guangdong Postcode: 510000 China)

Abstract: With the national "3060" double carbon goal proposed, carbon reduction work will be a major trend in the future,China's three major areas of energy consumption: Industry, construction, transportation, and buildings account for nearly 30 %, and air conditioning energy consumption accounts for about 60% of building energy consumption, reducing air conditioning consumption is the key goal of building energy conservation, and the energy efficiency of refrgeration room system also plays a pivotal role in building energy conservation and consumption reduction. The design and application of the efficient machine room comply with key energy-saving strategy documents such as the "Green and Efficient Refrigeration Action Plan" issued by seven ministries and commissions including the National Development and Reform Commission in 2019 and the "Guiding Opinions on Accelerating the Establishment and improvement of a Green, low-carbon and Circular Development Economic System" issued by The State Council on February 22,2021. It is the key embodiment of reducing carbon emissions and realizing scientific and accurate management of carbon assets. 

Key words: High Efficiency Machine Room;Water Storage; Ice Storage

一、高效机房

1.1 高效机房系统：根据美国ASHRAE制冷机房能效分级和新加坡《空调系统设计运行规范》SS553:2016得出高效制冷机房系统能效指标业内共识：制冷机房系统全年运行综合能效EER>5.0kW/kW，即为高效机房的最低标准。

图1.1.1美国ASHRAE制冷机房能效分级

图1.1.2新加坡《空调系统设计运行规范》SS553：2016

目前，国内约百分之九十的建筑制冷机房年平均能效比在2.5~3.5区间内，按国际高效机械室最低标准对比，现有的制冷机房节能效可提高百分之三十以上，并使房屋总体的能耗减少百分之十五以上。

1.2 高效机房的要求不是局限于机房设备，而是将机房系统、末端系统、运维系统等联合进行考虑得出最合适的方案，从而达到高效节能、长期可观^[1]。

图1.3高效机房系统组合

1.3 主机能耗占机房能耗的60%以上，降低主机能耗是高效机房主要技术措施，变频离心机等是高效机房首选制冷设备。

1.4 辅助设备能耗占机房能耗的40%以上，通过合理优化，冷却塔及水泵输配能耗可以降低60 %以上^[2]。

1.5 自控系统是高效机房的大脑，科学的运行策略护航高效制冷系统，是高效机房达成的保障。

1.6 科学运维管理是高效机房的保障，工程建设普遍存在重投资轻运维的情况，而管理节能是高效机房的重要手段，中央空调机房管理模式由粗放向精细化、数字化进行转变，实现高效机房智慧运维^[3]。

二 水蓄冷系统

2.1 蓄冷中央空调系统是在电网或用电低谷时期，用冷藏技术主机把冷源贮存到蓄冷系统内；供电尖峰时期将蓄冷装置中储存的制冷剂流出来以达到供冷的要求，实现了供电尖峰时期少开或不开制冷设备主机的目的，从而达到“移峰填谷”平衡供电负载和减少运营耗费的目的。

2.2 蓄冷工况供出水温度温4℃，蓄冷效率较冰蓄冷提高30%；在同样蓄冷率的情况下，蓄冷水池容积是蓄冰池的5~8倍；水蓄冷造价较常规系统增加率较少。系统原理如下图所示：

图2.2.1水蓄冷系统

2.3 水蓄冷运行模式

图2.3.1蓄冷模式

图2.3.2释冷模式

图2.3.3空调模式

图2.3.4联合供冷模式

三 蓄冰系统

3.1 蓄冰中央空调系统是在电网或用电低谷时期，用冷藏技术主机把冷源贮存到蓄冷系统内；供电尖峰时期将蓄冷装置中储存的制冷剂流出来以达到供冷的要求，实现了供电尖峰时期少开或不开制冷设备主机的目的，从而达到“移峰填谷”平衡供电负载和减少运营耗费的目的。

3.2 根据主机与蓄冰装置所处的位置，冰蓄冷系统可采用主机与蓄冰装置并联、串联（主机上游、主机下游）等设计形式。由于主机上游串联的内融冰具有系统效率高、控制简单等特点，是目前冰蓄冷系统的主要设计形式，系统原理如下图所示：

图3.2.1主机上游串联的内融冰冰蓄冷系统

3.3 冰蓄冷运行模式

图3.3.1空调模式

空调模式下，阀门VT3关闭，VT4开启，VT1开启或调节，VT2关闭或调节，双工况机组运行空调工况。主机根据T1加载或减载，乙二醇泵根据T3调节运行频率，恒定T3温度；当主机流量或水泵频率达到下限时，水泵不再变频控制，VT1、VT2根据T3调节开度（反向等百分比调节，保证管阻曲线不变），恒定T3温度。

图3.3.2 蓄冰模式

蓄冰模式下，阀门VT4、VT1关闭，VT3、VT2开启，双工况机组运行蓄冰工况。该模式下，主机满负荷运行不减载，水泵按照设定频率运行。当冰位传感器指示蓄冰池的冰量已达到最大可蓄冰量并达到所设定的蓄冰时间的条件，则蓄冰工作终止。

图3.3.3融冰模式

融冰模式下，阀门VT1开启或调节，VT3、VT4调节，VT2关闭或调节，双工况主机不开启，水泵变频控制。水泵根据T3调节运行频率，恒定T3温度；VT3、VT4根据温度T2调节（反向等百分比调节，保证管阻曲线不变）开度，一般预设T2温度为3.5℃；当水泵运行频率达到下限时，水泵不再变频控制，VT1、VT2根据T3调节开度（反向等百分比调节，保证管阻曲线不变）。

图3.3.4联合模式

联合供冷模式下，VT3、VT4调节，VT1开启或调节、VT2关闭或调节，双工况机组根据运行策略加减载，水泵根据变频控制。水泵根据T3调节运行频率，恒定T3温度；VT3、VT4根据出水温度T2调节（反向等百分比调节，保证管阻曲线不变）开度，一般预设T2温度为3.5℃；当主机流量达或水泵频率达到下限时，水泵不再变频控制，VT1、VT2根据T3调节开度（反向等百分比调节，保证管阻曲线不变）。联合供冷模式下，根据控制目标的不同，又分为主机优先、融冰优先及优化控制模式。主机优先模式下，主机根据T1加减载；融冰优先模式下，主机根据T2加减载；优化控制模式下，双工况机组或融冰供冷量根据预测负荷，灵活调整输出比例，满足负荷需求，达到最优的经济性^[4]。

四 项目案例

某项目建筑面积145494m2，冷负荷18077.8kW。根据项目资料，结合当地的电价政策以及大量的经济数据，设计对比高效机房、水蓄冷及冰蓄冷方案，各方案经济技术指标如下表：

从上表可以看出，水蓄冷及冰蓄冷系统能减少装机及配电容量，降低空调系统运行费用，经济社会效益明显。水蓄冷系统经济性优于冰蓄冷系统，但由于需占用较大的室外空间，建议根据现场情况采用水蓄冷或冰蓄冷系统作为项目冷源解决方案。

蓄冷系统设计应根据项目负荷特点，电价等因素综合考虑。根据本项目蓄冷系统运行策略，设计日工况下，高峰负荷由蓄冷机运行空调工况+释冷共同满足；部分负荷工况下，采用空调工况+释冷或单独释冷满足空调负荷需求。上述设计即避免了初投资过大，又最大限度地转移了峰谷用电量，达到最大的经济效益^[5]。

保证蓄冷系统高效的运行的核心是自控系统，蓄冷系统的优劣在很大程度上取决于系统的可靠性、制冷效率和释冷速率的控制，自控系统是整个蓄冷空调系统的大脑。

五 结语

综上所述，在高效节能设计方面应结合实际情况采用合适的系统及结合实际情况用不同系统组合达到高效节能的目的。

参考文献：

[1］徐伟,中国高效制冷机房发展研究报告（2021）［M］．北京:中国建筑工业出版社,2022:1-14

[2］广州市设计院，清华大学.集中空调制冷机房系统能效监测及评价标准：DBJ/T15-129-2017[S]．北京：中国城市出版社,2017:11-12

[3]许鹏，沙华晶.AI时代的高效制冷机房[M］.北京中国建筑工业出版社，2023:1-11

[4］民用建筑暖通空调设计统一技术措施2022.北京：中国建筑工业出版社，2022:322-416.

[5］李晨.基于水冷式中央空调的数据机房暖通空调系统节能设计[J]．建筑工程技术与设计，2019, (31)：4601.

作者简介：钟锴（1986-），男，本科，暖通空调工程师，主要从事建筑暖通空调设计相关工作。E-mail：1062885649@qq.com