1、 无锡华润微电子-冷水机房节能方案 无锡华润微电子 103 号冷水机房节能改造方案 约克（中国）商贸有限公司 YORK(China)Commercial Co.,Ltd. 2008.11.26 - 1 -无锡华润微电子-冷水机房节能方案 群控系统控制策略 一、 现场概述： 现场共 6 台冷水机组，其中约克 1210Ton 离心式机组 2 台，约克 1200Ton 离心式机组 1 台，特灵1000Ton 螺杆式机组 3 台；冷冻水循环泵 7 台（ 6 用 1 备） ，冷却水循环泵 7 台（ 6 用 1 备），冷却塔 6组，水系统结构为并联，冷冻/ 冷却水泵和主机为串联。 系统示意图如下： 二、
2、控制系统概述： 由于冷源系统内的冷水机组、冷冻泵、冷却泵和冷却塔等设备的能耗占整个中央空调系统能耗的60%或以上，因此对多台冷水机组实施群控是至关重要的。在江森自控-约克的冷水机组群控系统内，多台冷水机、冷却泵、冷冻泵和冷却塔可以按先后次序有序地运行，通过执行最新的负荷优化、匹配程序和预定时间程序，整个冷冻机房可达到最大限度的节能( 10%或者以上) 。可以减少人手操作可能带来的误差，并将冷源系统的运行操作简单化。集中监视和报警能够及时发现设备的问题，可以进行预防性维修，以减少停机时间和设备的损耗，通过降低维修开支而使用户的设备增值。 控制系统采用江森自控产品，江森公司作为历时一百多年的专业楼
3、宇自控公司，其系统和产品具- 2 -无锡华润微电子-冷水机房节能方案 - 3 -有先进的性能，可靠的品质。综合约克在空调及制冷行业百年技术和经验， 配套针对 水机组、 冻泵、 却泵及 却塔整体控制需要的温、 和压传感器等，并提供全内置标准控制软件、能源策建议和一套完整的解决方案，完成与水机组通讯，无缝集成的水机房中央集成控制系统。 江森自控- 约克群控系统提供对于多台水机组和它们的附属设备如水泵、阀门、 却塔等之间的智能化控制构架，以此来简化操作，优化能用和系统性能。突出以冷水机组的自身特性为前提，自动根据系统负荷的变化来进行优化控制整个机房的相关设备的运行。 1、 提供对于多台 水机组和它们
4、的附属设备如水泵、阀门、 却塔等之间的智能化控制构架，以此来简化操作，优化能用和系统性能。控制包括：冷冻主机、冷冻循环水泵、冷却循环水泵、冷却塔以及相关的外围辅助设备。 2、 水机房群控系统（CPA ）也能够提升 水机组报警和排障性能，并且提供综合运 信息从而 加高效地对 水机进 维护、修 和能效管 等。群控系统能够通过通信网络去实时采集和显示制冷主机的所有数据（运行数据、故障信息），能够远程设定冷冻出水温度和运行电流限制。 3、 群控系统能够依据能效和设备的最佳性能，提供最优的设备运行组合，优化主机的运行。系统能自动预测冷负荷需求/ 趋势，和待命冷水机的情况来自动选择设备的最优组合，对制冷主
5、机进行排序，用户可以选定超前/ 滞后冷水机，并重新安排其顺序。 4、 可以自由调用 水机组的内部参数 , 达到 水机组与控制系统本质上的系统集成, 达到系统信息的真实的用。 5、 根据冷水机组的运行性能曲线，以主机最高效运行为前提，调节控制冷冻/ 冷却水泵、冷却塔风机的最佳运行频率，达到最大的节能目的。 三、 系统控制策略概述 控制节能的最终目标是机房所有设备的总能效最高，而不能只是片面的看某一个设备的节能，因此要综合考虑以下四个方面： z 冷水机组 z 冷冻水泵 z 冷却水泵 z 冷却塔 真正是否节能的评价指标就是机房能效，在本控制系统中，将对所有的设备的电功率进行无锡华润微电子-冷水机房节
6、能方案 实时监测和记录，并计算整个的冷源系统的能耗值，最终计算整个系统的 COP。 冷源系统中每个控制量都会对冷机的特性产生影响，如果事先不知道这种影响的程度，仅仅依靠各自分散独立的“ 自私” 的控制，并不能达到整体节能的目的。 比如只是单纯的控制水泵和冷却塔风机的运行频率，而全不顾及到当前冷水机组的运行特性和效率，即使当前水泵为节能状态，如果主机却不是运行最高效点，整个冷冻机房的能耗反而提高了。因此，节能控制首先必须把握住核心部件- 冷水机组。 而一般的自控公司对冷水机组的加减机的控制策略只是简单的启停控制，并未掌握主机的最大制冷量和最大效率点这两个关键因素。而冷机的效率与其冷冻水流量、冷却
7、水流量、设定温度、冷却水回水温度、负荷率均有关，如何调节到最优点？而每台冷机又是各不相同。 103 厂房冷冻站工艺设备功率统计 编号 主机制冷量 主机功率 冷却水泵功率 冷冻水泵功率 冷却塔风机功率 主机系统设备电功率Ton KW KW KW KW KW 0 号 1200 825 110 160 30 1125 1 号 1000 799 90 132 44 1065 2 号 1000 799 90 132 44 1065 3 号 1000 662 90 132 44 928 4 号 1210 863 110 132 44 1149 5 号 1210 863 110 132 44 1149 整个
8、机房设备电功率 KW - - - - 3255 分项设备电功率合计 KW 4811 600 820 250 - 分项设备电功率比例 % 74% 9% 13% 4% - 从上面的冷源系统参数表中可以看出，冷源系统整体设备电功率为 3255KW，其中主机的电功率为占了整个冷源系统的 74%，水泵电功率占了整个冷源系统的 22%。故要实现整个冷源系统节能的目的，主机为重点，所有的节能方案和措施应该都是围绕着主机来进行，才能达到最大的节能效果。 - 4 -根据约克冷水机组选型软件对机组进行模拟选型，汇总了 1200Ton 主机的不同负荷下的数据和变化曲线，以及用户 2008 年度机房设备的运行数据记录
9、，进行比较分析： 无锡华润微电子-冷水机房节能方案 1、 冷冻/ 冷却水泵数据对比： 1) 0#主机水泵定流量与变流量控制时数据分析比较，水泵的功耗曲线： 0号机组冷却水水泵功耗对比020406080100120一月 二月 三月四月 五月六月 七月八月 九月 十月十一月时间KW冷却水定流量水泵功耗冷却水变流量水泵功耗0号机组冷冻水水泵功耗对比020406080100120140160180一月二月三月四月五月六月七月 八月九月 十月十一月时间KW冷冻水定流量水泵功耗冷却水变流量水泵功耗2) 1#主机水泵定流量与变流量控制时数据分析比较，水泵的功耗曲线： 1号机组冷却水水泵功耗对比0102030
10、405060708090100一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月十一月时间KW冷却水定流量水泵功耗冷却水变流量水泵功耗- 5 -无锡华润微电子-冷水机房节能方案 1号机组冷冻水水泵功耗对比020406080100120140一月二月 三月 四月 五月 六月七月 八月 九月十月十一月时间KW冷冻水定流量水泵功耗冷却水变流量水泵功耗3) 2#主机水泵定流量与变流量控制时数据分析比较，水泵的功耗曲线： 2号机组冷却水水泵功耗对比0102030405060708090100一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月九月十月十一月时间KW冷却水定流量水泵功耗冷却水变流量水泵功
11、耗2号机组冷冻水水泵功耗对比020406080100120140一月 二月 三月四月 五月六月七月 八月九月 十月十一月时间KW冷冻水定流量水泵功耗冷却水变流量水泵功耗- 6 -无锡华润微电子-冷水机房节能方案 4) 3#主机水泵定流量与变流量控制时数据分析比较，水泵的功耗曲线： 3号机组冷却水水泵功耗对比0102030405060708090100一月 二月 三月四月 五月六月 七月八月 九月 十月十一月时间KW冷却水定流量水泵功耗冷却水变流量水泵功耗3号机组冷冻水水泵功耗对比020406080100120140一月 二月 三月四月 五月六月七月 八月九月 十月十一月时间KW冷冻水定流量水泵
12、功耗冷却水变流量水泵功耗5) 4#主机水泵定流量与变流量控制时数据分析比较，水泵的功耗曲线： 4号机组冷却水水泵功耗对比020406080100120一月二月三月 四月五月六月七月 八月九月十月十一月时间KW冷却水定流量水泵功耗冷却水变流量水泵功耗- 7 -无锡华润微电子-冷水机房节能方案 4号机组冷冻水水泵功耗对比020406080100120140一月二月 三月四月五月六月七月 八月九月十月十一月时间KW冷冻水定流量水泵功耗冷却水变流量水泵功耗6) 5#主机水泵定流量和变流量控制时数据分析比较，水泵的功耗曲线： 5号机组冷却水水泵功耗对比020406080100120一月二月三月 四月五月
13、六月七月 八月九月十月十一月时间KW冷却水定流量水泵功耗冷却水变流量水泵功耗5号机组冷冻水水泵功耗对比020406080100120140一月二月 三月四月五月六月七月 八月九月十月十一月时间KW冷冻水定流量水泵功耗冷却水变流量水泵功耗- 8 -无锡华润微电子-冷水机房节能方案 7) 冷冻水定流量和变流量控制模式下，主机 COP 值保持不变，如下： 冷冻水变流量后能效比对比00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100 90 80 70 60 50 40 30 20 15loadcop恒定冷冻水流量变冷冻水流量2、 对主机的冷冻出水温度进行重设： 1) 无锡地区全年的气象参数变
14、化和系统全年冷冻水温差变化曲线对比： 无锡地区全年湿球温度变化曲线0.05.010.015.020.025.030.012345678910112月份温度湿球温度- 9 -无锡华润微电子-冷水机房节能方案 - 10 -机房全年温差变化曲线0.000.501.001.502.002.503.003.504.004.505.00123456789101112月份温差进回水温差无锡华润微电子-冷水机房节能方案 2) 主机在不同冷冻出水温度下的 COP 值变化： 主机在不同出水温度下COP变化曲线0.5000.5500.6000.6500.7000.7500.8000.8501090807060504
15、0302015负载率%COP (KW/TR)6783) 根据贵司目前冷冻机房的冷冻出水温差的变化趋势，得出主机的出水温度在 13 月份主机出水温度可以设定为 7.5， 45 月份和 1011 月份主机出水温度可设定为 6.8， 69月份主机出水温度可设定为 6。 3、 冷却水温度和主机运行效率曲线： 通过冷水主机的选型软件对冷却水温度和主机效率的对应关系进行模拟，生成的冷水主机效率 冷却水进水温度曲线图中可以看出同等负荷下冷却水温度越低主机的效率越高。 其它品牌的主机工作的冷却水最低温度会有出入，但主机的效率和冷却水温度的关系则相同。 - 11 -无锡华润微电子-冷水机房节能方案 冷冻水进水温
16、度14度、出水温度7度0.380.420.460.50.540.580.620.660.70.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1partloadKW/TR冷却水进水温度14度冷却水进水温度16度冷却水进水温度18度冷却水进水温度20度冷却水进水温度22度冷却水进水温度24度冷却水进水温度26度冷却水进水温度28度冷却水进水温度30度冷却水进水温度32度冷却水进水温度12度综以上分析，主要从以下几个方面来进行考虑，提高整个机房系统的效率： a) 在满足负荷的条件下，自动提高冷水机组冷冻出水的温度设定值。因为冷冻出水温度设定值每升高 1，主机的运行效率可提高 3%左右。 b)
17、通过对冷却塔风机及冷却水泵的控制，尽量提供主机较低温度的冷却水；冷却出水温度设定值每降低 1，主机的运行效率也可提高 3%左右，而约克的离心机组的最低冷却水温可达到 12.8。 c) 根据当前的室外温湿度以及冷水机组的运行负荷大小，并综合车间的热负荷，确定所需冷水机组的运行台数。 d) 根据主机的运行效率特性，去控制冷冻水泵 /冷却水泵的运行频率，这样即可维持主机的高效运行，同时也降低水泵的能。 - 12 -无锡华润微电子-冷水机房节能方案 - 13 -四、 群控系统的详细控制策略 控制系统对以下设备进行监控，并在风路和水路系统中加装相关的传感器，具体做法为： 监测室外温湿度传感器； 分别监测
18、 4 个负荷区域的供/ 回水支管的温度、压力； 主机的冷冻水供/ 回水总管分别安装一只温度传感器，进行监视； 监视冷冻水总回水流量； 监测每台主机侧的冷冻出水流量，保护主机因低流量而停机； 分别在每组冷却塔的冷却水总供 /回水管安装温度传感器，对冷却水供 /回水温度进行监测； 7 台冷冻循环水泵、7 台冷冻水供水泵分别安装变频器，进行变频控制； 6 组冷却塔已经采用了变频控制，对其控制进行进一步的优化； 采用分散式集中控制系统，现场采用 DDC 进行控制。由于 13 号机型很老，不对其数据进行通讯采集，通过硬件接口对主机进行监控。只对 0、 4、 5 号主机 3 台离心机组进行通讯，采集主机的
19、所有运行数据和信息，远程对主机的负荷和温度设定值进行重设； 对冷冻泵、冷却泵、冷却塔、主机的电功率进行监测和记录，并计算和显示整个机房系统的瞬时能耗，及 COP 值。 群控系统的详细控制逻辑和说明如下： 1、 冷水主机控制： （只针对 3 台离心式冷水机组） 系统根据主机的运行时间对其启动次序进行排列，运行时间少的和效率高的优先， 有故障的或是操作人员锁定不运行的主机则排除在队列之外，这样可以均衡主机的运行时间，也有便于操作人员对设备进行管理。 根据室外温湿度值，并综合当前系统的负荷状况，控制系统根据软件内置的能量管理功能判断主机的开启。 主机冷冻水出水温度重设功能。 在满足生产车间空调负荷需
20、求的情况下，参考室外温湿度计算湿球温度Twet，以 88 号厂房冷冻水使用状况为前提，对冷冻出水温度进行重设，维持主机运行在高效区，降低能耗。 无锡华润微电子-冷水机房节能方案 - 14 -实际经验证明：冷冻水出水温度提高 1 度，主机效率提升约 3%。 群控系统加机策略 当系统末端负荷增加，会通过冷冻水供/ 回水温度、压差、流量的变化来反映，冷冻水泵的频率也会相应的增大，增加冷冻供水的流量。由于约克离心机组能够锁定出水温度为 7，当冷冻水量上升时，离心机组感应到水量的变化，此时离心机组则根据自身负荷调节的能力上载制冷负荷，当该台冷冻机的系统负荷上升到其电流百分比FLA 到达 95%时（可调）
21、，控制系统启动另外机组加机延时 5Min(可根据实际情况调整) ，在这启动延时期后，如果 FLA95%，则说明单台机组的满载运行和水泵的满载运行已不足以满足系统负荷值，且冷冻水出水温度不会稳定在出水温度设定值上，此时需要开启第二台机组。 群控系统减机策略 假设 2 台机组正在运行，当系统负荷变小时，车间空调的回水温度也会相应的减小，同样车间的温湿度也会波动偏低，冷冻供水泵即减小所供应的水量，机组感应到相应的水量变化，即反应到机组的负荷相应减小，当两台机组的负荷总量只有，甚至小于一台机组的负荷总量时（设两台机组的FLA 1850F 蒸发器低压限定在实施中 冷媒充注过量 无锡华润微电子-冷水机房节
22、能方案 延时 2 分钟重新启动 （4） 安全保护性停机代码 一切正常 电源故障 蒸发器压力过低 油压或冷凝器的传感器故障 油压过低 启动器故障被探测到 冷凝器压力过高 辅助安全保护装置停机 蒸发器传感器或探头故障 排气温度传感器故障 排气温度过高 马达相电流不平衡 油温过高 油分离器油位过低 蒸发器压力过高 热电偶开路 液流温度过高 止推轴承探头故障 （5） 周期性停机代码 一切正常 导叶马达打开 水流开关故障 防止重复启动 机组周期性停机 马达控制器-外部复位 多台机组时的周期性停机 电源故障 水温过低 线电压过低 内部时钟使之停机 AC 电压过低 电源故障 油温过低 如果特灵的一台螺杆机组
23、开放标准的协议，群控系统对其进行集成，也同样能对其所有的数据信息进行完全的监控。 从监控电脑看到的机房群控一般主监控界面如下： - 17 -无锡华润微电子-冷水机房节能方案 从监控电脑看到的约克主机一般监控界面如下： 2、 数据信息存储： 作为供选项，可以对所有的数据进行采集和永久保存。 3、 趋势分析功能： 用户可以利用趋势分析工具，为在整个系统 基础上进行运行性能的详细分析 - 18 -无锡华润微电子-冷水机房节能方案 4、 事件管理和报警功能。 5、 时间计划： 用户可以定义设备运行的日期和时间，可以按照星期进行周期性的设置，并排除假日或特定的日历日程来安排时间表。 6、 安全设置： 通
24、过用户名和密码来鉴别系统合有效用户。设备科安分类级别来制定用户仅能够监控某一类设备，动作设定可提供仅浏览、可操作、可修改等超过 10 种级别，时间表则划定了该用户的有效访问时段。 - 19 -无锡华润微电子-冷水机房节能方案 7、 WEB 浏览功能（供选项）： 由于控制系统采用江森自控先进的 Metasys 控制产品系中基于 Web 浏览器功能的网络控制单元，系统通过 WEB 浏览器即可进行登陆和操作。 群控系统支持单一或多个 Web 浏览器用户界面，采用 Java 所构建的 WEB 框架, 无需安装专用的监控软件，用户可以通过任何一台配有 WEB 浏览器的设备，只需键入地址和地域名，即可作为
25、客户端开始访问系统，对系统进行配置、试运行、数据存档以及监控。不再需要任何独立的工作站软件，即可达到远程监控并维护水机组系统的独特功能。达到此功能需要加装数据管理服务器(ADS) 数据管理服务器(ADS) ： 数据管理服务器是一种能够将个人计算机（PC ）作为一个应用服务器在 IP 自动化网络中使用的软件包。数据管理服务器提供的主要网络功能包括： null 允许多用户单点访问网络（可以同时允许4 个用户访问） null 存储大量应用程序、操作及历史数据 null 支持Microsoft SQL Server 2000 数据库软件包 null 作为多个网络控制引擎和网络集成引擎的系统配置工具的主
26、机 安装 ADS 软件后，系统中监控计算机作为网络用户通过标准的 WEB 浏览器直接访问数据管理服务器，在授权许可的范围内监视、操作建筑设备监控系统。 - 20 -无锡华润微电子-冷水机房节能方案 六、 总结： 1下示图表为贵公司机房改进前后 COP 分析表： 一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月 平均值0 号机 0.975 0.968 0.982 0.965 0.985 0.985 0.965 0.968 0.996 1.030 0.985 0.982 1 号机 1.185 1.144 1.174 1.179 1.196 1.196 1.179 2 号机 1.1
27、40 1.144 1.136 1.140 3 号机 1.059 0.961 0.954 0.968 0.971 0.982 0.964 0.945 0.945 0.964 1.012 0.975 4 号机 0.962 0.978 0.984 0.984 1.000 0.987 0.981 0.996 0.987 0.993 0.990 0.986 5 号机 0.984 0.993 0.973 1.006 0.996 0.978 0.990 0.984 0.987 1.000 0.989 实际值 0.995 0.969 0.978 1.015 1.021 1.025 1.035 1.040 0.
28、978 0.994 1.053 1.009 2008年运行数据 设计值 0.979 0.979 0.979 0.979 0.979 0.979 0.979 0.979 0.979 0.979 0.979 0.979 0 号机 0.703 0.708 0.699 0.812 0.793 0.861 0.884 0.880 0.851 0.763 0.793 0.795 1 号机 0.959 0.988 0.966 0.963 0.953 0.953 0.964 2 号机 0.991 0.988 0.995 0.991 3 号机 0.816 0.901 0.910 0.892 0.887 0.87
29、5 0.896 0.924 0.924 0.896 0.847 0.888 4 号机 0.763 0.748 0.744 0.848 0.833 0.918 0.926 0.907 0.918 0.839 0.842 0.844 5 号机 0.744 0.737 0.861 0.827 0.907 0.930 0.914 0.922 0.845 0.833 0.852 改进后机房运行数据 改进后 0.756 0.786 0.772 0.874 0.865 0.905 0.932 0.928 0.904 0.836 0.877 0.858 注：蓝色部分主机出水温度设定 7.5，黄色部分为主机出水
30、温度设定 6.8，白色部分为主机出水温度设定 6。 2. 以下图表为贵公司机房改进前后 COP 比较表： - 21 -全年机房COP对比0.5000.5500.6000.6500.7000.7500.8000.8500.9000.9501.0001.0501.1001.1501.2001.250一月 二月三月 四月五月 六月 七月 八月 九月 十月十一月时间COP机房实际COP值机房设计COP值机房改进后COP值无锡华润微电子-冷水机房节能方案 - 22 -机房实际COP值机房设计COP值机房改进后COP值0.7500.8000.8500.9000.9501.0001.050COP值平均值全年
31、机房COP值对比机房实际COP值机房设计COP值机房改进后COP值经过以上对贵公司机房系统运行数据的分析，我公司以制冷系统中主要耗能设备制冷机为节能出发点，采用 HVAC 系统分析的观念，根据冷机、水泵、冷却塔的性能参数以及各设备相互制约关系，寻找系统的最优点达到节能目的。以上为贵公司机房定流量手动控制运行工况和变流量自动控制运行工况下 COP 分析图表。根据贵公司 2008 年度的机房运行数据记录，进行系统的优化控制。在新旧两种运行模式下，从表中数据中得出 COP 平均值分别为： 设计值： COP = 0.979 改造前： COP = 1.009 改造后： COP = 0.858 贵公司制冷机房整体节能至少可达到 15%。 无锡华润微电子-冷水机房节能方案 机房能效 COP 值对照表 : 改造后机房 COP 值 改造前机房 COP 值 以上是我们针对贵公司机房系统之特点所作的节能方案设计。我们相信，只要我们本著高度的责任性，依靠我司在自控和空调冷冻系统方面卓越的技术优势，最终定能满足贵公司对冷水机房系统的节能要求。 约克（中国）商贸有限公司苏州分公司 2008-11-22 - 23 -
