0 引言

随着我国城市建设的不断推进，建筑能耗逐渐增大，建筑节能日益成为人们关注的焦点。而随着我国工业自动化程度的不断提高，工业空调节能也越来越受到人们的重视[1-2]。在大型建筑及工厂中，风冷式冷水(热泵)机组以及水冷式冷水机组得到广泛应用。通常风冷机组的寿命为10～15 a，水冷机组的寿命为15～20 a。随着使用年数的增加，受机械磨损及换热器结垢的影响，机组制冷量和效率逐渐衰减，其中，风冷机组还易受到肋片损坏以及灰尘阻塞的影响，效率衰减更快，机组能效更低。根据相关调查统计得知，运行超过10 a的风冷机组效率普遍衰减50%以上，水冷机组效率衰减30%以上。因此，为了提高工业建筑空调系统的性能，在其使用周期内经常会进行几次节能改造[3]。而在工业厂房空调系统的节能改造中，需要考虑机房施工难度、施工周期、系统管路连接等多种因素，因此需要较为完整的方案设计和施工管理，难度较大。

本文介绍一种新型空调制冷设备——集成式冷水机站在工业厂房空调节能改造中的应用，并对实施后的效果进行实测，为相关改造提供参考。

1 集成式冷水机站介绍

  

① 集成式冷水机站 ② 蒸发式冷凝器 ③ 螺杆式压缩机 ④ 降膜式蒸发器 ⑤ 冷水泵 ⑥ 节能优化控制系统 ⑦ 冷却水泵图1 集成式冷水机站设备集成示意

集制冷、水力输送和优化控制于一体的集成式冷水机站(简称ICS)如图1所示，是将压缩机组、换热器组、水力模块和电气控制系统在工厂内装配集成并完成系统调试的整体设备。集成式冷水机站具有如下特点：无需另外配置水泵和冷却塔，可以取代传统的由冷水机组、水泵、冷却塔、管道系统和电控系统组成的传统制冷系统，节省机房用地面积和基础建设投资；所有设备和连接管道都在工厂内预制于整体结构中，统一测试合格后出厂，质量可靠；具有户外型防雨外壳，内部零件全部符合IP55电气防水标准，可在室外地面或屋顶直接安装，减少了管道施工量和现场调试时间，施工费用少，无环境干扰，现场仅需连接进出水管道及总供电线路即可投入使用，各组件设备电源由机站内自行分配完成。

采用业内领先的水喷淋式冷却和降膜式蒸发器2项高效传热技术，配合独有的节能优化控制技术(综合调节压缩机能级、水泵频率和风机频率，部分负荷下无性能衰减，综合部分负荷性能系数IPLV远高于传统的冷水机房)，显著降低了压缩机、水泵和风机的总功耗，整体性能系数(COP)高达5.0，远高于传统的风冷型和水冷型冷水机房系统的COP，可以为用户节省30%以上的电费支出。

采用工业触控计算机人性化操作界面，内置节能优化算法使系统运行于最佳效率点，基于网络通讯协议，互联网实时监控运行数据，采用云服务平台，计算机、手机可随时随地远程登录，并可通过短信或微信实现报警信息自动推送；除了传统单制冷功能，集成式冷水机站还具有其他功能，如热泵制热、低温出水，多种选配功能，如自由冷却功能模式，可在冬季低温季节免费制取冷量，冷凝热回收功能，在制冷的同时制取生活热水；集成式冷水机站可应用于宾馆、饭店、商业大厦、办公建筑等场所的空调和印刷、纺织、化工、石油等工矿企业的工艺过程冷却，在既有项目改造中，可以针对项目的特点进行主机替换，保证系统高能效运行，特别适用于工矿企业的新建和改造项目。

2 集成式冷水机站应用于工程项目分析

2.1 工程概况

某电子企业精密零部件(无锡)有限公司位于无锡国家高新技术产业开发区，是该企业集团公司在无锡投资设立的一家全资子公司，属新加坡独资企业,主要生产计算机硬盘驱动架。

3)纹理共享。纹理数据占模型存储空间的绝大部分，并且也很大程度影响场景的显示性能。在数字城市海量模型中，大量使用了重复的纹理数据，纹理共享避免了反复加载相同纹理的数据，减少了内存使用量，并提升了渲染压力。

综上所述，本文思考异形柱框轻和短肢剪力墙住宅结构体系的相关内容，发现短肢剪力墙是剪力墙结构的分支，在结构布置方面比较灵活，可调整性较强。如今建筑行业已经能够为人们提供高度舒适性的住宅，这其中离不开混凝土异形柱、短肢剪力墙的支持，二者使得高层住宅体系更加完善，不仅满足舒适性，还实现良好的节能效果，也让建筑住宅有良好的耐久性和安全性特点。

根据原来的需求计算，夏季设计日尖峰冷负荷为3 546 kW，冬季尖峰冷负荷为1 410 kW。原空调系统采用风冷式冷水机组为洁净车间空调区域供冷，同时选用空气源热泵机组为办公区域供冷、供热，夏季冷水机组制冷量不足时使用空气源热泵机组辅助制冷。负荷校验得知，原设计装机容量偏大。

投资人为了实现项目提前运营创收，工程总承包项目工期往往压缩为初设阶段的80%左右，工程总承包单位要在压缩工期内完成所有项目，则必须在签订合同时突出强调分包单位的工期违约责任，尤其对控制性工程的里程碑和关键节点工期，应在合同中明确按天计的重奖重罚金额，在实施过程中逐一考核兑现，从而迫使分包单位始终重视工期，避免因为索赔事件而拖延工期的现象。纵向支付上，业主、总承包、专业分包、劳务分包、施工单位与作业队之间签订的承包合同须有合理利润，才能激发各方面的主观能动性，激发他们的潜能。

2.2 工程改造前情况及实测分析

改造前的空调系统如图2所示。系统由3台734 kW的风冷式冷水机组、3台683 kW的空气源热泵机组以及6台冷水泵组成，水泵为定频水泵。具体参数见表1，2。根据业主提供的信息，在夏季6—9月，总共开5～6个机头用于制冷，在过渡季3，4，5，10，11月，总共开4～5个机头用于制冷，在冬季1,2,12月，总共开2～3个机头用于制冷。

不知何时，小区里的野菊花相继开放。夕阳下，站在阳台上举目观望，这一簇簇的野菊花与窗台上的“祥云春雨”遥相呼应，似乎有种“秋丛绕舍似陶家，遍绕篱边日渐斜”的意境。微风将菊花特有的清香送入胸怀，顿感心旷神怡。喜欢菊的精致典雅，有着让人无法割舍的水墨之美，让人不禁融汇其中，如诗如画。

医院需要充分利用外部快速发展的电子商务平台实现业务发生的源头控制。由于业务真实性核查成本高、难度大，传统的会计控制限制在对票据真实性的审核上。电子商务平台和物流业的发展为业务源头控制提供了可能。医院可建立服务和物资采购平台，与天猫、京东、苏宁易购、1号店、携程网、政府采购机票管理网站等大型电子商务平台对接，使医院的采购业务通过这些高度市场化、可核查的平台进行，自动选择性价比高的供应商发出采购需求，避免政府采购速度慢、价格高的缺点，同时还可按需采购，减少物资的库存，降低医院的管理成本。

  

图2 改造前的空调系统原理图

 

表1 原空调系统冷水机组参数

  

数量制冷量/kW制冷输入功率/kW制热量/kW制热输入功率/kW服务区域风冷式冷水机组1734229.6Ⅰ期2734247.6Ⅱ期空气源热泵机组2683218.9624203.3Ⅰ期1683219.0624203.0Ⅱ期

 

表2 原空调系统冷水泵参数

  

流量/(m3/h)扬程/m功率/kW备注1502818.5一机一泵1422818.5一机一泵

为了准确了解原有冷水机组的运行状态，调取了2014年8月15日1#风冷式冷水机组和2#空气源热泵机组的现场测量数据进行分析，实测时室外温度为37.2 ℃，室外相对湿度为78.6%。原空调系统冷水机组实测性能指标见表3。

 

表3 原空调系统冷水机组实测性能指标

  

测量次数流量/(m3/h)冷水进水温度/℃冷水出水温度/℃温差/℃制冷量/kW平均制冷量/kW1#风冷式冷水机组197.3212.210.02.2248.60249.76297.9612.310.02.3261.61397.9112.110.02.1238.75497.5612.310.02.3260.54598.1412.110.02.1239.312#空气源热泵机组178.9313.111.02.1192.46184.15279.2313.011.02.0184.00379.5912.911.01.9175.59479.5212.911.01.9175.43579.2613.111.02.1193.26

3) 系统冷水泵需额外配置，机组与水泵独立控制，无法优化运行控制。

自2015年8月改造完成以后，系统运行安全可靠，节能效果明显。实际运行情况表明，2台集成式冷水机站基本满足夏季制冷的需要，净化室冷水进水温度稳定在7 ℃左右，保证了净化室的湿度要求，满足车间的生产需要。空气源热泵机组在夏季没有投入运行，进一步证明原来的装机容量过大，所选集成式冷水机站能够满足工厂的供冷要求。改造设计在满足夏季冷负荷的前提下，降低了投入运行机组的容量，并设有备用机组，以备夏季极端尖峰负荷出现时使用，贯彻了节能改造的思想。

根据测试结果可知，风冷式冷水机组和空气源热泵机组的冷水出水温度分别达到了10 ℃和11 ℃，温度过高，原因是机组冷凝器换热效果差，造成冷凝压力高，系统制冷量减少，使水温无法达到7 ℃，造成了夏季净化车间的湿度偏高，空调效果差。制冷机组效率下降后，夏季高温季节6台机组全载运行，能耗过大，供回水温差过小，出水温度过高，系统制冷效率下降，所以机组的冷量衰减明显。由表4可知，机组衰减率分别为46%和66%。经勘测了解和分析得知，经过长达10 a的运行，机组风冷肋片已经遭到很大程度的堵塞和破坏，风冷冷凝器散热效果差，冷凝压力较高，在夏季高温天气运行时，机组很容易出现高温报警或者开机困难等现象，且故障率较高，维修成本大。

 

表4 原空调系统机组衰减率

  

实测制冷量/kW实测输入功率/kW实测COP名义制冷量/kW名义输入功率/kW名义COP衰减率/%1#风冷式冷水机组249.8143.41.74734229.63.2462#空气源热泵机组184.2174.51.06683218.93.166

2.3 改造方案

该工程为厂房洁净室工程，其末端系统为洁净系统，空调系统设计较为复杂，而且节能改造时企业仍维持生产，无法进行全面的空调系统整改，故只能根据需要对部分管路进行重新设计和调整，改造工程主要以更换性能严重衰减的空调主机为主。

5、辅导员要经常深入到班级和宿舍和学生谈心，及时了解学生遇到的困难，帮助他们切实解决。用爱心、耐心、责任心给学生创造优良的学习生活环境，真正做到立德树人。

从业主需求来看，厂房制冷需求量大，而仅仅在冬季才需要部分供热，且制热量相对较小，所以根据满足夏季高温季节尖峰时刻制冷需求选择机组。另外，厂区所有的空调机房面积狭小，无法进行改造扩建，新增机组只能露天放置在室外。

根据以上情况，方案设计考虑风冷式冷水机组以及同样可室外放置的高效集成式冷水机站。

一般地，风冷机组具有以下特点：

2) 采用降膜式蒸发器，提高了蒸发温度，相同工况下增大制冷量的同时减少了压缩机功耗。采用强化传热技术，最大程度提高蒸发温度，可提高至6 ℃以上。

公司拥有2个计算机硬盘驱动架装配厂房，分别由5级(原100级)的洁净车间和7级(原10000级)的洁净车间组成，总面积为3 160 m2，其中5级洁净车间的面积为640 m2。净化车间的温湿度全年要求分别为：(18～26)℃±1 ℃，(40%～60%)±5%。厂房内需要供冷的洁净车间为：东(Ⅰ期)5级洁净车间；东(Ⅰ期)7级2层洁净车间；西(Ⅱ期)5级洁净车间；东(Ⅰ期)7级1层洁净车间；西(Ⅱ期)7级洁净车间。

2) 采用风冷冷凝器与空气进行换热，冷凝温度较高，一般达到45 ℃以上，压缩机功耗大，容易受环境影响，肋片使用寿命短，效率衰减快。

因机组控制柜无显示压缩机输入功率的功能，故根据实测电流和电压计算其输入功率。原空调系统机组衰减率见表4。

采用集成式冷水机站，相比于风冷式冷水机组，具有如下优势：

1) 采用蒸发式冷凝器，管外喷淋水蒸发冷却，降低了冷凝温度，最低可降至35 ℃以下，明显降低压缩机能耗。

1) 系统效率较低，目前市场上高效型风冷冷水机组COP一般也不超过3.5(不包括冷水泵功耗)。

3) 机站一体化设计，包含压缩机、水泵及风机。系统优化控制压缩机无级调节，配合水泵及风机变频运行，确保在不同工况及负荷下系统都运行在最佳能效点，最大程度降低功耗，机站总COP远大于3.5。

4) 可接入互联网，随时随地远程监控设备运行状况。

通过与业主充分交流和实施正式招标程序，最终业主评估后决定将原系统的4台风冷机组(其中1台为空气源热泵机组)用2台单冷型高效集成式冷水机站替代，单台制冷量为1 120 kW，用于厂区洁净室工艺性空调的全年供冷；保留2台空气源热泵机组，用作夏季制冷补充以及冬季办公区域舒适性供热。并对整个空调系统管道作相应的改造，增加分、集水器为各个空调车间供、回水，有助于部分负荷下机组的运行控制，达到节能设计的目的，同时在外部设置自由冷却设备，保证在低温季节可免费制冷，更大程度降低能耗。改造方案空调系统原理图见图3。

  

图3 改造后的空调系统原理图

系统运行控制过程为：空调供、回水系统中，1#，2#空气源热泵机组所在的系统夏季供冷、冬季供暖，满足厂区的办公舒适性需求，兼作冷水机组系统夏季供冷的补充；1#，2#冷水机站所在的系统常年供冷，满足厂区工艺性需求。集中空调系统冬、夏季运行通过阀门进行切换：夏季运行时，阀门V1,V2关闭，阀门V3,V4开启，阀门V5，V6，V7，V8开启，空气源热泵机组和集成式冷水机站联合向厂区供冷，阀门V9,V10关闭，切断蒸发冷却回路；冬季运行时，阀门V1,V2开启，阀门V3,V4关闭，舒适性空调进行供热，工艺性空调进行供冷，2个回路分别工作；阀门V5，V6，V7，V8关闭，集成式冷水机站与供热回路切断，阀门V9,V10打开，板式换热器回路投入系统使用，优先使用自由冷却功能，由蒸发式冷凝器和冷却塔作为自然冷却设备，由室外环境冷却工艺冷水(根据板式换热器的出水温度进行判定，当蒸发自由冷却量不够时，开启集成式冷水机站进行补充)。

原空调系统分别于2005年和2007年投入使用，制冷机组长时间运行后效率衰减严重，车间温度无法满足正常生产要求，并且每年耗电量巨大，在夏季运行时还经常发生故障，维修费用较高。因此，业主迫切希望更换主机，对系统进行改造。

2.4 节能分析

业主2013年空调主机年耗电量为2 258 974 kW·h，按无锡工业用电平均价格0.78元/(kW·h)计算，其年制冷费用约为176.2万元。现场实测的风冷机组制冷COP为1.74，1.06，考虑测试误差以及机组运行情况的不同，为了保证计算的可靠性，取机组COP为1.90进行保守估算，得到风冷机组的全年综合部分负荷性能系数IPLV约为2.1，主机全年制冷量=2 258 974 kW·h×2.1=4 743 845 kW·h。

采用高效集成式冷水机站(制冷量1 120 kW；蒸发器进/出口温度12 ℃/7 ℃；总功率221 kW；设计环境湿球温度28 ℃)代替原风冷冷水(热泵)机组，考虑到机组全年制冷负荷变化以及外界环境因素影响、机组不在标准设计参数下运行等因素，取冷水机站年运行平均COP为4.7保守计算，则年耗电量为4 743 845 kW·h÷4.7=1 009 328 kW·h，年电费为1 009 328 kW·h×0.78元/(kW·h)=78.7万元。该系统改造成本约254万元，2.5 a左右即可以收回成本。

2.5 工程实施

2015年5月17日开始施工，2015年8月15日完成改造,同年8月25日正式验收，交付业主使用。具体改造措施如下：

1) 拆除3台旧的风冷式冷水机组(单台制冷量为734 kW)及1台空气源热泵机组(单台制冷量为683 kW)及其对应的4台冷水泵。考虑到原设计装机容量较大，用2台集成式冷水机站(单台制冷量为1 090 kW)代替，如果在夏季尖峰时段系统冷量不够，则由留下的空气源热泵机组补充制冷，系统耗电量降低。机组无需机房，布置在旧风冷机组拆除后的空地上。

2) 对拆除的4台冷水机组原有基础以及部分冷水管路进行改造。原有制冷系统管路为1台风冷式冷水机组对应1路净化空调供水(共4路供水)，机组间互为备用，机组运行为手动切换。现添加1组集、分水器，由分、集水器向末端供、回水。2台集成式冷水机站制取冷水，输送到分、集水器。2台旧的空气源热泵机组管路分两部分：一部分连接到分、集水器，作为夏季供冷管路；另一部分直接接入厂房，作为冬季舒适性空调供热管路。

从表1可以看出，矿石中的主要化学成分为SiO2、Al2O3等，其次为Fe2O3、K2O、CaO、Cu、Ag等，Pb、Zn等含量很低，具有回收价值的金属元素主要是铜和银，因此对铜的回收是本试验研究的重点，同时考察银在闭路试验产品中的回收情况。

3) 增加1台板式换热器和1台300 m3/h的冷却塔，为冬季制冷提供冷源，作为自由冷却系统。自由冷却系统和集成式冷水机站1#机组串联使用，2#机组在自由冷却制冷量不够时辅助运行(集成式冷水机站在冷却水温度高于1 ℃时可以正常启动)。与自由冷却联动的1#机组所配冷水泵型号稍大于2#机组配置的冷水泵。

4) 保留原系统2台冷水泵，连接在集成式冷水机站外部，作为备用泵。

5) 增加制冷系统自动化控制，对整个制冷系统统一调控，最大限度实现节能运行。

选取2017年1月~2017年12月在我院行健康体检的60例体检者血液样本进行研究,所有患者身体检测均未见糖尿病、心肌疾病、肝肾功能不全,未有使溶血加快或引起溶血的疾病,均签署知情同意书。60例患者中男性33例,女性27例,年龄范围为(22~58)岁,平均年龄为(36.2±1.5)岁。

2.6 运行实测

由于多边矩阵剖面框架和复杂系统数据的取值大小没有关系，多边矩阵剖面广义交叉乘法的运算可以反映研究人员收集数据进行数据分析一般方法，根据相应的剖面的矩阵表示，可以模拟证明相应的分析方法和数据分析人员的各种操作是否基本没有关系, 如果模拟分析其数据分析方法具有再现性的特点，那么相应的数据分析方法是可以采用的数据挖掘方法。所以多边矩阵的剖面广义交叉乘法是值得推荐的方法。

集成式冷水机站自带工业计算机，可存储大量运行数据。选取1#集成式冷水机站和2#集成式冷水机站2015年11月至2016年10月的运行数据进行分析，得到如图4，5所示的运行时间和平均COP，其中缺失部分是因为网络通讯中断。从图4,5可以看出，1#集成式冷水机站平均COP为4.51～5.02，2#集成式冷水机站平均COP为5.20～5.81，与预计COP相差不大，预测的2.5 a投资回收期完全可以实现。

  

图4 1#集成式冷水机站运行时间和平均COP

  

图5 2#集成式冷水机站运行时间和平均COP

3 结语

随着使用时间的延长，机械磨损、换热部件结垢、人工维护不佳等因素导致空调系统能效严重降低，如何方便地进行快速改造是行业内面临的一个重要问题。本文介绍的一体化集成式冷水机站，适用于厂区空调系统的改造替换，机组具有室外安放、占地面积少、安装方便等特点，简化了空调系统改造工作量，缩短了工期，减少了成本，节省了设备的机房用地。对项目场地条件有限制、工期有要求、运行成本有要求的改造工程项目有较大的吸引力。

对应用于某电子企业精密零部件(无锡)有限公司厂房洁净空调系统改造工程的集成式冷水机站进行了跟踪测试，结果表明：采用集成式冷水机站后，系统运行安全稳定，COP明显提高；改造投资回收期为2.5 a，改造经济效益良好。该机站在暖通空调工程领域具有较高实践应用价值。

参考文献：

[1] 丁云飞，黄剑，梁天环，等.基于热湿分控模式的电子厂房空调系统节能改造[J].建筑热能通风空调，2017，36(4)：52-55，90

[2] 唐艺丹, 刘晓华. 溶液除湿空调系统在工业厂房应用的能耗分析[J]. 暖通空调, 2010, 40(4):131-135

[3] 刘朝军. 浅谈洁净厂房空调系统的节能改造[J]. 机电信息， 2008(23)：46-48