自然冷却节能改造方案(水冷机+开式冷却塔)

自然冷却节能改造方案

2018-6

目录

一、项目现状 (1)

二、存在问题 (2)

三、改造分析及方案 (3)

1.系统原理流程图 (5)

2.自控点表 (6)

3.运行控制策略 (7)

4.冬季防冻说明 (7)

5.群控系统 (8)

6.方案优势 (8)

四、投资回收期估算 (10)

1.初投资主要设备材料 (10)

2.运行费用计算 (11)

3.投资回收期 (12)

五、DB优势产品介绍 (13)

1.低温防冻型开式冷却塔 (13)

2.高效节能板式换热机组 (14)

六、自然冷却应用案例 (15)

一、项目现状

大连****项目某车间现有螺杆机冷水机组（单台冷量1895Kw）全年为车间提供7℃的冷水供冷，其中螺杆机为顿汉布什WCFX-E81TR螺杆式水冷冷水机组，标准工况制冷量1895kw，额定工况输入功率325.7Kw。

整个制冷系统采用手动控制。冷水机组为手动启动，根据机组的出水温度自动开关机、自动进行加减载控制。冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔均为手动开停，且全部为工频运行。

二、存在问题

现系统存在以下的问题：

一、制冷机组冬季或过渡季节全部需要运行，能源浪费严重，运行费用高。环境温度较低时，可以采用自然冷却，不开或少开制冷机。

二、由于过渡季节和冬季冷却水温度太低，机组会出现回油困难，机组经常出现故障停机，容易损坏压缩机，且制冷机效率较低。。

三、手动操作，人工成本高，操作维护工作量大，且设备和系统运行稳定性差，故障率高且温度控制精度不稳定，严重影响生产的产品质量。

四、冷却水泵、冷却塔没有变频节能控制，水和电浪费严重。若冷冻水系统可以变流量运行，可将其水泵改为变频节能控制，具有更大的节能空间。

三、改造分析及方案

由于大连在冬季或过渡季节环境温度较低，具备不开制冷机满足制冷需求，现建议冬季（或过渡季节）充分利用自然冷却方式，不开制冷机或减少制冷机组负荷，以降低运行费用，同时增加合理的变频节能控制手段，实现最佳的整体系统节能，保证系统安全、稳定运行。

由于该车间需全年24h不间断制冷，根据现场实际使用条件和天气情况分析，贵公司该车间在冬季有较大节能空间。项目所在地大连气象资料统计结果如下所示：

2016年11月-12月气温

2017年1月-3月气温

根据以上大连历史天气数据分析，大连室外日平均气温低于10℃的时间在五个月左右，约144天，在气温较低期间，可以通过冷却塔设备利用自然冷却方式直接为车间提供7℃冷水进行降温，缩短制冷机组压缩机的运行时间，降低能耗节省运行费用。

根据室外环境温度可采用以下三种运行模式：

（1）当室外温度低于T1时，不需开启制冷机组，全部通过冷却塔直接给提供车间所需冷冻水；

（2）当室外温度在T1～T2之间时，可以通过制冷机组+冷却塔联合制冷，优先使用冷却塔，最大程度利用自然冷却，制冷机组作为补充，减少制冷机组的功耗；

（3）当室外温度高于T2时，仍通过制冷机组制冷提供系统所需冷冻水；

同时根据系统实际负荷需求和制冷机组的运行参数，变频控制冷却水泵和冷却塔风机等，实现系统的最佳节能。

根据项目的实际情况及业主需求，具体开式冷却塔+板式换热机组改造节能方案如下：

1.系统原理流程图

在原有系统上增加一套低温防冻型开式冷却塔+一套板式换热机组，并增加相关的自控系统，流程详见下图。

2.自控点表

3.运行控制策略

该方案三种运行模式具体如下：

（1）制冷机组单独制冷：室外温度超高时，冷却塔出水温度T2>9℃,冷冻水侧阀VK1、VK4开，VK2、VK3关，冷却水侧三通阀VC1水平全开（垂直全关），VK5关，VK6开，冷却塔根据温度T2变频运行，冷却水泵根据制冷机组负载变化，自动的变频节能运行；

（2）冷却塔单独制冷：室外温度较低时，冷却塔出水温度T2<5℃，冷冻水侧阀VK1、VK4关，VK2、VK3开，冷却水侧三通阀VC1垂直全开（水平全关），VK6关，VK5开，冷却塔根据温度T2=5℃目标自动变频节能运行，冷却水泵根据车间负荷变化自动变频节能运行；

（3）制冷机组、冷却塔联合制冷：室外温度较高时，冷却塔出水温度5℃

不同的工作模式为全自动切换，运行过程不需要人工干预，尤其适合昼夜温差较大时模式的自动切换，实现最佳节能。

4.冬季防冻说明

当冬季室外环境温度低于0℃，冷却塔出水温度较低时，最需要解决的问题就是冬季防冻，顿汉布什结合多年的系统集成经验及冷却塔制造经验等采取有效措施杜绝结冰现象发生。此方案总防冻主要考虑以下几点措施：

（1）水系统防冻

正常运行时，由于系统有较大热负荷，板式换热器、冷却塔、水泵形成一个闭合循环回路，在这种情况下，只要冬季水泵不停，水系统就不会出现水结冰的现象。冬季严寒季节时，若因保养、检修或是其它原因制冷

系统需要长时间停止运行时，需要及时进行排水防冻处理，防止结冰冻坏管路和设备。

（2）冷却塔防冻

采用特殊冷却塔结构，完全避免了横流塔填料侧边缘与空气大面积接触导致水流速慢、风速快、形成的严重挂冰现象，同时减少了回流。独有防结冰进风格栅，彻底解决了冬季进风窗冬季挂冰问题，保证了进风窗的顺畅通风；

防溅水：塔体在运行过程中，冷却水冷却过程中会产生水飞溅，水槽布置了溅水毯，可防止水飞溅过程中产生挂冰现象，同时在进风格栅内置挡水板，也可防止水外溅；

风机：风机根据冷却塔出水温度智能变频，严格控制出水温度，并对风机风筒进行保温隔热处理，防止风筒内结冰。

5.群控系统

自控系统采用基于顿汉布什DB-vision平台的 Free cooling节能控制模块，制冷机组控制系统升级，增加了CWC冷却水控制单元，实现制冷机组为自动开停、自动增减载控制，冷冻水泵按一次变流量系统变频控制，冷却水根据机组的运行需求自动控制流量，冷却塔为自动变频控制。

6.方案优势

（1）全自动控制；冬季和过渡季节不需要人工参与模式切换，自动控制制冷机组、换热机组、冷却塔等，保证冷水温度控制精度，实现最佳节能运行。

（2）稳定可靠：换热机组模块系统集成，控制软件先进稳定，节能改造容易实施。加载的制冷机组控制软件，在超低温冷却水时，制冷机组也能够稳定运行。

（3）运行费用低：节能效果显著，在冬季和过渡季节，可节省运行费用超过60%，采用自然冷却方式的运行时间长，改造投入回收期短。

（4）防冻优化设计：系统和设备都增加防冻保护措施，保证系统在极寒天气能够正常运行。

（5）冷却水与冷冻水系统之间加板换分开，避免了冷却水对冷冻水的交叉污染

（6）制冷机组最优控制：减少制冷机组的运行时间和负荷率，充分利用了多机头制冷机组部分负荷运行时高效的特性，制冷机组运行更稳定，实现制冷机组最佳节能。

四、投资回收期估算

1.初投资主要设备材料

2.运行费用计算

大连地区可按照相对湿度60%估算，当环境干球温度低于10℃（湿球温度为6.5℃）时，冷却塔可提供温度10℃以下的冷却水，此时采用冷却塔+制冷机组联合制冷；当环境干球温度低于6℃（湿球温度3.0℃）时，冷却塔可提供温度7℃以下的冷却水，此时完全采用冷却塔自然冷却；

为方便估算，以日平均温度作为计算依据，当室外平均温度低于7℃时，采用完全自然冷却方式，天数为111天；环境平均气温在6～10℃，可采用50%自然冷却+50%制冷机制冷，天数为33天；环境温度高于10℃时，按完全制冷机制冷，按照节能改造后系统与原系统运行费用相同，不进行计算比较。电费按照0.8元/kwh。

为简化计算，只对采用自然冷却时的主要设备的运行费用进行计算。

原系统：

运行时间：（111+33）x24=3456h

运行功率：230Kw+37Kw+11Kw+10Kw=288Kw

运行费用：288Kwx3456hx0.8元/Kw.h=796262元

改造后系统：

（1）室外平均温度低于6℃，完全自然冷却时：

运行时间：111x24=2664h

运行功率：37Kwx0.8+15Kwx0.8+10Kw=52Kw

运行费用：52Kwx2664hx0.8元/Kw.h=110822元

（2）环境平均气温在6～10℃，自然冷却+制冷机组联合制冷时（按各形式各负担50%负荷考虑）：

运行时间：33x24=792h

运行功率：325Kw/2+37Kw+15Kw+10Kw=225Kw

运行费用：225Kwx792hx0.8元/Kw.h=142560元

c、合计运行费用：110822+142560=253382元

结论：每年节省运行费用为：796262-253382=542880元，冬季和过渡季节的节能率为68%左右！！！

3.投资回收期

以大连为例，按照提供7度冷水估算，投入回收期约为0.9~1.5年。

如提供冷水温度提高，利用自然冷却时间加长，投入回收更短，节能率也进一步提高。

本方案以大连地区为例，用于其它地区，可根据负荷情况、温度要求、气温条件等参数重新估算。

五、DB优势产品介绍

1.低温防冻型开式冷却塔

技术特点：

顿汉布什装配式冷却塔在设计上追求环保新概念，充分采用新技术的开发，全面改造冷却塔内部各部件的形式和材质，使产品高性能化，冷却效果最大、漂水量小、噪音低、外护板强度大、易组装、易保养、使本系列产品能够适用于各种高要求的场所。金属外壳使强度更高，更美观耐用，设计使用寿命 12 年以上。组合式模块化设计，使工程设计与使用单位选择更加灵活实用，交货更加快捷，安装单位组装更加方便；且在实际使用当中，用户可以安装自动控制的电机及管道和水泵电磁阀，根据制冷机组热源量增减而自动开闭冷却塔组合中的某个或多个塔体；并可结合变频工控系统和远程工控系统，对冷却塔更加合理节能使用，达到更加节省能源，减少排放的目的。

严寒、寒冷地区低温专用型

我公司开发的钢制开式冷却塔，在防结冰技术上获得重大突破，解决了严寒地区进风窗和塔体周边结冰的难题，冷却塔进风处通体不结冰。

2.高效节能板式换热机组

高效智能板式换热机组是集热交换系统和热工控制、热工调节、热计量等系统一体的全自动智能化的高效节能产品，根据工况需求由中央控制器实现对一二次水侧的智能控制，最终实现供冷量与实际负荷的平衡。该机组由板式换热器、循环水泵、补水泵、过滤器、管道阀门、仪表及变频控制系统等组成（可根据实际需要自由装配），根据用户需要可加配电子除垢仪和全自动编程系统，本机组具有传热效率高，阻力小、结构紧凑、运行可靠、操作简便直观、模块化结构、安装方便等优点。

六、自然冷却应用案例

华为廊坊数据中心

采用自然冷却方案，与常规单独采用制冷机组制冷方式相比，全年运行可节能30%以上。群控采用T3标准，达到最高的稳定可靠安全等级。

其它：

●植入上层有优化系统，业内首例对接神经网络算法

●大大降低PUE值（PUE1.2以下）

●冗余系统故障安全等级达到99.98%

●故障诊断，模块热插拔，减少维修时间

●双点控解决方案

●在线无扰动检修方案

●大量去工程量实施方案，缩短施工时间

●国家首批绿色数据中心

上海通用东岳汽车项目

该项目地点在烟台，2007年正式投入使用，因涂装车间和PTII联合站房具有全年制冷需求，顿汉布什对系统进行自然冷却节能改造，在冬季温度较低时，利用冷却塔自然冷却为项目供冷，冬季节省运行费用高达40%以上。

烟台恒邦二氧化硫液化项目

该项目地点在烟台，2017年正式投入使用，因二氧化硫液化装置具有全年制冷需求，选用顿汉布什ACDX110RFC自然冷却机组1台，在冬季温度较低时，利用自然冷却为项目供冷，冬季节省运行费用高达60%以上。