某工業(yè)園區(qū)大型空調(diào)冷凍站設計

李 勇

(晉城市建筑設計院，山西 晉城 048026)

?

某工業(yè)園區(qū)大型空調(diào)冷凍站設計

李 勇

(晉城市建筑設計院，山西 晉城 048026)

介紹了晉城富士康科技工業(yè)園區(qū)空調(diào)冷凍站的設計冷負荷與設備構(gòu)成，闡述了空調(diào)水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)及水系統(tǒng)定壓設計方法，給出了冷水機房PLC監(jiān)測控制的主要內(nèi)容，最后提出了空調(diào)冷凍站的節(jié)能設計措施。

冷凍站，空調(diào)系統(tǒng)，冷卻塔，冷水機房

1 工程概況及冷負荷

1.1 工程概況

本工程為富士康(晉城)科技工業(yè)園A區(qū)(如圖1所示)AF3附房冷凍站。工業(yè)園A區(qū)總占地面積約32 hm2，總建筑面積約365 836 m2，園區(qū)設3座冷凍站，分別負擔3個主要空調(diào)區(qū)域，負荷半徑約為300 m，本站設于園區(qū)西南區(qū)域AF3能源站房內(nèi)(換熱站與冷凍站相鄰設置于AF3附房內(nèi))。

1.2 設計冷負荷

冷凍站設計裝機容量為4 900 RT(17 239 kW)，西南區(qū)域空調(diào)系統(tǒng)設計總冷負荷為18 944 kW，空調(diào)面積為106 483 m2，主要負荷為D1廠房、D2廠房、E3廠房、E4廠房。設計冷負荷統(tǒng)計表如表1所示。

表1 設計冷負荷統(tǒng)計表

1.3 冷凍站設備構(gòu)成

1)冷凍站由4臺1 100 RT離心式冷水機組(冷水機組采用10 kV高壓供電，減小了運行電流)、1臺500 RT離心式冷水機組、4臺1 080CMH橫流式冷卻塔、1臺510CMH橫流式冷卻塔組成。冷凍水系統(tǒng)設計供、回水溫度分別為7 ℃/12 ℃，冷卻水進、出水溫度分別為32 ℃/37 ℃。機房設備構(gòu)成統(tǒng)計見表2。

表2 冰水機房設備構(gòu)成及設備組合情況表

2)冷凍站同時由1臺510CMH橫流式冷卻塔與1臺板式換熱器構(gòu)成冷卻塔供冷系統(tǒng)(冷卻塔與冷水機組共用)，水—水板式換熱器與冷水機組并聯(lián)，通過開關型電動閥進行系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。冷卻塔提供一次水，供、回水溫度分別為17 ℃/12 ℃，板式換熱器提供二次水，進、出水溫度分別為15 ℃/20 ℃。機房設備構(gòu)成統(tǒng)計見表3。

表3 冷卻塔供冷系統(tǒng)設備構(gòu)成及設備組合情況表

2 空調(diào)水系統(tǒng)

2.1 冷、熱水管道的設置方式

空調(diào)水系統(tǒng)采用兩管制和四管制相結(jié)合的方式。冷凍站至廠房管井管道采用四管制，冷凍水和熱水同時輸送至各廠房管道井空調(diào)立管。廠房內(nèi)根據(jù)不同生產(chǎn)工藝劃分為多個主要空調(diào)區(qū)域，各空調(diào)區(qū)域末端為兩管制。各主要空調(diào)區(qū)域空調(diào)管道分別連接管井內(nèi)冷、熱水立管，并設開關型閥門，根據(jù)空調(diào)區(qū)域工藝需求在供熱和供冷模式間自由轉(zhuǎn)換。各空調(diào)區(qū)域系統(tǒng)均獨立控制室內(nèi)空調(diào)參數(shù)。

2.2 水流量特征

空調(diào)水系統(tǒng)采用二級泵變流量系統(tǒng)，二級泵設于用戶側(cè)供水管上，集中設置于冷凍站內(nèi)，二級泵采用3臺大流量水泵和2臺小流量水泵并聯(lián)運行，避免了水泵并聯(lián)臺數(shù)過多導致較大的流量損失。一級泵設于冷水機組入口處，冷水機組一一對應(見圖2)。

1)二級泵變流量系統(tǒng)。冷凍水系統(tǒng)由一級泵和二級泵組成變流量系統(tǒng)，見圖2a)，一級泵承擔冷源側(cè)阻力ΔP1，二級泵承擔用戶側(cè)阻力ΔP2。供回水總管之間冷源側(cè)和用戶側(cè)分界處設平衡管，當用戶側(cè)的總流量低于冷源側(cè)的總流量時，冷源側(cè)多余流量利用平衡管流回，保證冷水機組蒸發(fā)器水量恒定。同時，用戶側(cè)分、集水器之間設PI型壓差旁通閥，當末端流量變化時，確保1臺二級泵的最小允許運行流量。

2)一級泵變流量系統(tǒng)。平衡管設開關型電動閥，水系統(tǒng)可通過關閉平衡管上的開關型電動閥和一級泵，僅開啟二級泵轉(zhuǎn)換成一級泵變流量系統(tǒng),見圖2b)。當實際冷負荷較小，僅需開啟1臺冷水機組時，關閉平衡管上的開關型電動閥和一級泵，開啟一級泵對應的旁通開關型電動閥，僅運行二級泵作為一級泵變流量系統(tǒng)方式供應冷量，根據(jù)供回水溫差變頻二級泵，由供回水總管的壓差控制PI型壓差旁通閥的開度，確保冷水機組最小水量供應及安全運行。

3 冷卻水系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)概況

冷卻塔與冷水機組一一對應，冷卻水系統(tǒng)為一級泵變流量系統(tǒng)(見圖3)，設置定時加藥裝置，冷卻塔補水量為循環(huán)水量的1.2%，補水水源為軟水箱和回收冷凝水。

3.2 冷凝器進水溫度控制

冷卻水泵入口管道與冷凝器出水管道間設旁通管，旁通管設開關型電動二通閥(常閉)，當冷卻水泵吸入管道上的溫度敏感元件T≤17 ℃時電動二通閥開啟；當T≥25 ℃時電動二通閥關閉，確保冷凝器入口處最低溫度不小于17 ℃，控制冷凝壓力在機組正常運行范圍內(nèi)。

3.3 冷卻塔防凍

冬季工況，冷卻塔在提供足夠冷量的情況下，盡可能關閉部分多余冷卻塔(并完全泄水)提高冷卻水溫度，增加單位冷卻水熱量，防止結(jié)冰。另外容易結(jié)冰的位置主要有集水盤、百葉窗、散水槽等。每個集水盤均配5.5 kW防凍電加熱器，當遇到極端情況，水溫低于5 ℃時，開啟電加熱器加熱冷卻水，防止冷卻水凍結(jié)。集水盤滲水、漏水也易出現(xiàn)局部結(jié)冰現(xiàn)象。入冬前，需提前檢修，杜絕滲水、漏水情況。百葉窗結(jié)冰主要是由填料中濺出的水滴形成，在散水槽底部設置折型擋水板，可將水滴直接導流至填料。杜絕水滴濺出。散水槽裸露部分及局部水量不足的散水孔也極易結(jié)冰。在頂部加裝水槽蓋板，可起到保溫作用，還需要確保散水槽散水孔通暢，水流均勻，杜絕局部結(jié)冰。

4 水系統(tǒng)定壓

空調(diào)水系統(tǒng)采用氣壓罐定壓，定壓點設于一級泵吸入口處，定壓值除滿足系統(tǒng)最高點壓力為10 kPa～15 kPa外，還需大于由定壓點至二級泵入口處最大水流量水阻力，確保一級泵關閉僅開啟運行二級泵時，二級泵吸入口不會出現(xiàn)負壓。穩(wěn)壓補水系統(tǒng)在供水壓力能滿足要求的前提下，也可直接由外供水系統(tǒng)向系統(tǒng)內(nèi)補水，不需要通過補水泵，其壓力可通過壓力開關加電動閥組合控制，節(jié)能也經(jīng)濟。在供水壓力局部時段不能滿足穩(wěn)壓要求時，該方式可以和調(diào)頻補水泵結(jié)合使用。

5 冷水機房PLC監(jiān)測控制內(nèi)容

1)監(jiān)測冷凍機運行狀態(tài)、故障報警，并監(jiān)控其啟停。2)監(jiān)測一、二次冷凍水泵運行狀態(tài)、故障報警，并監(jiān)控其啟停。3)監(jiān)測冷卻水泵運行狀態(tài)、故障報警，并監(jiān)控其啟停。4)監(jiān)測冷卻塔風機運行狀態(tài)、故障報警，并監(jiān)控其啟停。5)監(jiān)測冷凍水供/回水溫度、供水流量，并根據(jù)供回水溫差變頻調(diào)節(jié)二次泵流量。6)根據(jù)實際冷負荷及冷凍機的累計運行時間，PLC優(yōu)化控制確定冷凍機的啟停組合及臺數(shù)。7)通過冷凍水供、回水溫度、供水流量，計算出空調(diào)系統(tǒng)的冷負荷。8)監(jiān)測冷卻水供、回水溫度。9)當實際冷負荷較小，僅需開啟1臺冷水機組時，關閉平衡管上的開關型電動閥及一級泵，開啟一次泵對應的旁通開關型電動閥，僅運行二次泵供應冷量；供回水溫差變頻二級泵，根據(jù)供回水總管的壓差控制壓差旁通閥的開度，確保冰機最小水量供應及安全運行。10)當實際冷負荷增大，需開2臺及2臺以上冰機時，開啟平衡管上的開關型電動二通閥，采用一級泵定流量運行，二級泵變流量運行的方式供冷(根據(jù)供回水溫差變頻)。11)正常運行時，冰水主機與一次泵、冷卻塔及冰機出口電動閥均一一對應，聯(lián)鎖啟停。12)各聯(lián)動設備的啟停程序具有可調(diào)整延遲時間的功能，以便配合冷凍水系統(tǒng)內(nèi)各裝置的特性。

6 節(jié)能

6.1 冷卻塔供冷系統(tǒng)

當冬季室外溫度較低，需給系統(tǒng)供應冷水時，利用冷卻塔供冷技術(shù)進行供冷(見圖3)。為了防止過多的雜質(zhì)進入空調(diào)水系統(tǒng)中，采用板式換熱器的方式供冷。與冷水機組并聯(lián)設置1臺水—水板式換熱器，當室外濕球溫度低于12 ℃時，關閉冷水機組開關型電動閥，開啟水—水板式換熱器開關型電動閥，經(jīng)冷卻塔與大氣進行換熱，提供空調(diào)冷水。一次水供回水溫度分別為17 ℃/12 ℃，二次水進出水溫度分別為15 ℃/20 ℃。

6.2 降低輸送能耗

冷水系統(tǒng)可根據(jù)負荷需求實現(xiàn)變流量一級泵系統(tǒng)和變流量二級泵系統(tǒng)兩種系統(tǒng)運行方式，多種運行方式的運用在實際運行中有效的降低了冷水的輸送能耗。冷卻水系統(tǒng)根據(jù)負荷變化采用變頻水泵，變頻風機控制法。

6.3 冷凝水回收

廠房空調(diào)末端冷凝水均集中回收，并輸送至冷凍站，作為冷卻塔補水，回收水箱的液位控制采用電子式液位控制器加回收水泵實現(xiàn)，低液位時關閉，高液位時開啟水泵，當水箱處于低液位時，回收水泵斷電保護。

7 結(jié)語

1)空調(diào)末端采取兩管制減少了空調(diào)末端的投資，干管主管網(wǎng)四管又滿足了空調(diào)使用的靈活性，滿足生產(chǎn)工藝對冷、熱水的不同需求。業(yè)主提出二級泵集中設置于冷凍站內(nèi)的要求，這樣的設置大大方便了管理，卻降低了變頻調(diào)速的節(jié)能效果，也給空調(diào)水分配環(huán)路的平衡和自動控制增加了困難。

2)在實際運行中，二級泵變流量系統(tǒng)對輸送能耗的降低取得了較好的效果。采取一級泵變流量系統(tǒng)運行方式時，二級泵需要負擔冷源側(cè)和用戶側(cè)的總阻力，這種方式的使用僅適用于干管管網(wǎng)半徑大，阻力大，系統(tǒng)小流量運行時，干管管網(wǎng)水阻力的減小值不小于冷源側(cè)的阻力，方能實現(xiàn)。

3)冷卻塔供冷系統(tǒng)在實際運用中極少使用，因與冷水機組并聯(lián)，不能同時運行，更加限制了實際使用的條件，在以后的設計中還需深入思考實際使用的工況。

4)冷凝水回收規(guī)模較大，作為冷卻水補水產(chǎn)生了較好的節(jié)能效果，但是由于回收的環(huán)節(jié)較多，回收水池，回收水箱的水質(zhì)難以保障，還需采取一些有效的密閉措施保障水質(zhì)。

[1] 陸耀慶.實用供熱空調(diào)設計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993.

[2] 孟瑞平，蘇保青.分布式變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)的節(jié)能分析[J].山西建筑，2007，33(8):233-234.

[3] 鄔守春.定流量一級泵/變流量二級泵系統(tǒng)設置條件解析[J].供熱制冷,2014(12):62-64.

[4] 董寶春.工廠區(qū)域供冷變流量系統(tǒng)的經(jīng)濟運行研究[D].上海：同濟大學,2006.

A large air conditioning refrigeration station design of an industrial park

Li Yong

(JinchengArchitecturalDesignInstitute,Jincheng048026,China)

This paper introduced the design cooling load and equipment composition of air conditioning refrigeration station of Jincheng Foxconn Science and Technology Industrial Park, elaborated the constant pressure design method of air conditioning water system, cooling water system and water system, gave the main contents of cooling water engine room PLC monitoring and control, and finally put forward the energy saving design measures of air conditioning refrigeration station.

refrigeration station, air conditioning system, cooling tower, cooling water engine room

2016-11-21

李 勇(1982- ),男，工程師

1009-6825(2017)04-0142-03

TU831.3

A