制冷机房的运行能耗优化探讨

虽然现在制冷技术在不断的进步，但是当前的制冷机房还是可以在很大程度上进行能耗优化改造的，这种改造对降低制冷机房的运行成本、减少能源消耗以及环境保护有着非常重要的意义。想要对制冷机房的能耗进行改造，就需要先知道能源究竟消耗在了什么地方，制冷机房主要的能耗来自于制冷机组、冷冻水泵、冷却塔、冷却水泵，其中冷水机组占据了其中的50%到60%，冷水泵加上冷却水泵的配送约占25%到30%左右，剩下的部分主要是各种风机的消耗，因此需要从上述能耗较大的部分入手。

其次，制冷机房在运作过程中的参数也对能耗有着巨大的影响，关于运行参数对制冷机房能耗影响的课题已经有许多人研究过了，甚至已经开发出了一些应用软件来进行辅助分析、模拟制冷机房的运作来期望降低能耗。专家学者们分别从不同方向对制冷机房能耗做过研究，例如Bahnfleth研究过冷冻水变流量对制冷机房能耗的影响、JinXQ研究过冷冻水供水温度对制冷机房能耗，还有从变速水泵机组整合群控算法、定流量与变流量、定温差控制模式等方向出发得到的许多值得借鉴的结论。

但是以上的许多探究都是从单一的角度进行的，涉及到的参数并没有覆盖整个制冷系统运作的所有关键参数，而这些参数往往相互之间是有一定的关系，总能耗的降低甚至可能会使得子系统的能耗升高，因而，要降低总能耗，需要将以往的一些研究成果整合起来。因而本文借助了一些已经成熟的研究成果，在此基础上整合得到一些可行的降低制冷机房能耗的措施。

二、能耗优化建议

1.从硬件着手节能

传统的制冷机房中，一般的冷却水系统采用的都是一次泵定流量系统，这种做法虽然有它合理的一面，因为可以让冷水机组蒸发器的热交换效率更高，但是这种设计也有着不足，例如当流量明显过低时，可能会让蒸发器产生冻结现象，因此还可能会引发铜管破裂，其次经过实验证明，它的能源损耗远大于一次泵变水量系统，因而，如果将原有的一次泵定流量系统升级为一次泵变流量系统的话，制冷机房的能耗将会显著降低。

因为当制冷机房负载减小，制冷量减少的时候，整个冷水机组的能源消耗也会随着下降，冷却水水泵、冷却塔以及冷水水泵等能耗较大的部分都会降低能耗，因而从整体上看，使得整个系统的能耗降低。

最重要的是，依据现有研究，泵流量对于能耗是有影响的，在其他因素保持一定的情况下，调节泵流量可以扰动能耗值，这就意味着应用非定流量可以寻找到一个最佳工作点，在此点上可以降低整套系统的能耗。

另外应当注意的是，硬件改造的过程中需要关注总的能耗。通过一些现有的实验数据得知，制冷机房总能耗最小时，是在其流量与负载的等下降比率处，含义是由于流量减少而引发的制冷机组能耗的升高会低于流量减少引发的输送能耗的降低，虽然能耗有增有减，但是从总体上看，只要可以做到冷冻水与冷却水侧等温差调控，那么整个的制冷机房的能耗是降低的。

2.从控制过程着手节能

因为人的活动时间的问题，制冷机房的运载在不同时间也是不一样的，虽然改变了制冷机房为可控运行，但是如果想要更加有效的对制冷机房运行状态进行调度，就需要研发一套合适的制冷机房群控系统用来做节能控制，它会明显的改善制冷机房的能耗。想要应用制冷机房的群控系统，需要满足以下的条件：

（1）增加必要的探测装置。群控系统是将各种信号传送至计算机进行处理，所以需要能够探测到制冷机房运行过程中的各种参数。例如必须的温度、流量、压力等等指标，只有获取这些必须的数据，控制系统才会根据情况做出最优的操作，在保证制冷机房完成正常工作的同时减少能源的消耗。

（2）配备能够配合控制系统动态控制的变频器。制冷机房承担的负荷是动态变化的，它与外界条件有关，因此想要减少能源消耗的话，就需要对制冷机房动态控制。例如如果制冷机房的负载不断发生变动的话，如果水流量仍然一定，那么就会造成能源的浪费，因而可以安装变频器，能为水泵提供不同频率来改变水泵的送水量。还有，大功率设备在启动的时候，会对电网造成一定的冲击，造成不必要的一些能耗，因而，大功率设备在启动的时候，应该安装有变频器进行软启动，同时也能够实现动态控制的目的。

（3）建立最合适的控制算法。从上一节的分析中，得知制冷机房的主要能源消耗组成为冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔等，在制冷机房运作过程中，有大量的变量参与，相互之间有着错综复杂的关系，控制算法要做的就是寻找一个最佳的效率点，以现在的计算机技术来看，神经网络控制算法无意是最优的选择，这种带有自主学习记忆的算法可以达到通过动态调整制冷机房运行状态来降低制冷机房能耗的目的。

3.从数学模型上分析节能

此节能手段是经过大量的现实数据与软件仿真方法得来，可以用作为本文中提到的第二种降低能耗中的控制算法提供指导。

制冷机房的运行参数对于制冷机房的能耗有着非常重要的影响，因为它的复杂性，所以有着多种依据现实情况建立的数学模型来分析各个参数的影响效果，前人在这些模型上做过大量的分析，冷却水进入温度、冷冻水供水温度、冷却水流量、冷冻水流量都会对制冷机房的总能耗产生影响。

借助TRNSYS软件进行仿真分析，可以得到如下结论：

（1）冷负荷与总能耗正相关，且能耗呈增长趋势，即二次导数为正，意味着它们之间不是比例关系，应尽量降低系统负荷。

（2）冷却水进水温度升高，制冷机房的能耗升高，且对于能耗的影响较为强烈，这意味着优化能耗不得不考虑这一因素，如果能够用其他方式在一定程度上降低冷却水进水温度就可以降低能耗。

（3）冷冻水供水温度与制冷机房总能近乎于线性耗负相关，在其他因素固定的情况下，冷却水供水温度越高，蒸发压力越大，冷水机组运行效率越高，从而减少能耗。

（4）冷却水流量与制冷机房总能耗之间为反抛物线形状，意味着不论是过大的或者过小的冷却水流量都会增加能耗，因而需要根据实际情况测定出一个最佳工作点，提升制冷效率，降低能耗。

（5）冷冻水流量与能耗之间的关系图像与冷却水流量与能耗之间的关系图像相似，这意味着在冷冻水流量的大小问题上也存在着一个最佳的点，可以降低能耗。

三、结束语

制冷机房是一个能耗大户，能够降低它的运行能耗无论对环保事业的支持还是降低其运行费用都有着积极的意义。通过分析制冷机房运行过程中各种重要的参数，得出最优的控制方法、改变硬件设施来支持最优控制方法的实施，环环相扣打造成一个可以精密运行的系统，就可以很大程度上降低制冷机房的能耗。