对三大制冷商制冷机组节能分析.docx
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对三大制冷商制冷机组节能分析
对三大供应商制冷设备的节能分析
制冷设备是数据中心最大的耗能设备之一，机房的空调系统全年耗电平均占IDC总耗电量的40%左右。
制冷设备的节能技术的先进性和今后设备运营能否最优管理，对机房降低能耗有着重要意义。
为此我们邀请了全球三大制冷设备供应商（TRANE特灵、Carrier开利、YORK约克）进行了座谈，通过座谈咨询，初步了解其制冷设备的性能、特性、特点，现对其制冷设备离心式冷水机组进行节能分析。
一、特灵（TRANE）、开利（Carrier）、约克（YORK）各
自离心式冷水机组在节能方面的性能、特点
（一）特灵（TRANE）：
1、制冷机组部分参数见下表：
机组型号
机组
制冷量输入功率
kWTonskW
电机功率
满负荷性能、额定电流、星型堵转电流
kW/TonAA
重量
吊装重量R123充注量
Kgkg
CVHE/G=G420
（最小）
1406400244
0.6114361063
7515870
CVHE/G=G1100
（最大）
47471350823
0.61014782087
157232697
2、技术上的节能措施
（1）结构上采用三级压缩，可以在广阔的容量范围内保持机组高效运行，消除常见的热气旁通结构造成的能量浪费。
可最大程度避免低负荷状态下的离心式压缩机喘振问题。
三级压缩间的两极经济器，利用节流过程中的闪蒸气体冷却压缩机的级间气体，大大提高机组的效率。
（2）全封闭直接驱动离心式压缩机，避免齿轮传动的能量损失。
可将机组效率提高7%。
（3）专利的换热器技术，换热效率高。
（4）高效的制冷剂R123，也是特灵的致命弱点，因（冷剂）R123使用有年限限制，北京奥运会场馆建设中，其制冷设备不准许进北京。
3、运营控制与管理
（1）三级离心式冷水机组配备了先进的AdaptivewTW摇背控制器，可以方便、有效的实现空调系统设计工程师所提的系统节能方案，还可以让冷水机组达到前所没有的节能效果。
其控制措施是：
冷冻水温度重设：
根据冷冻水回水温度或室外温度重新设定冷冻水温度，使机组更高效运行；
机组软加载功能：
通过容量控制和电流限制，控制机组在瞬间符合变化时逐步加载，避免机组频繁启停，达到节能目的。
（2）特灵是空调水系统优化方案的倡导者
近30年，冷水机组效率提高很快。
但冷水塔和水泵的耗能的提高几乎抵消的冷水机组效率提高。
以减少水泵能耗为目标的水系统优化得到特灵的重视。
特灵空调水系统节能的措施是：
大温差小流量系统：
常规空调系统的进出水温差（△T）为5℃，大温差小流量系统通过提高进出水温差（7～10℃），
可大大降低水泵的流量及杨程，进而达到降低水泵功耗和系
统整体能耗的目标；
一次泵变流量系统（VPF）：
不同于传统的二次泵系统，VPF系统的冷媒側与复合側均为变流量，并共用一套变频泵组，其流量可以以空调负荷的减少而降低，可大大节省空调制冷水泵的能耗。
4、分析与结论
（1）离心机采用独有的全封闭三级压缩，直接驱动离心式压缩机，的确减少了传动能量损失，将机组效率提高7%；他的大温差小流量系统把常规空调系统的冷却水进出温差（△T）为5℃，提高到（△T）7～10℃，达到降低水泵功耗和系统整体能耗的目标；一次泵变流量系统（VPF）也可大大节省空调制冷水泵的能耗，且减少投资。
是“特灵”的节能优点。
（2）采用制冷剂R123，虽然提高了制冷效率，但R123使用是有年限的制冷剂，北京地区不让该设备进入。
做为其他地区，楼宇或工厂应用还是不错的选择。
5、应用案例
特灵制冷机组应用案例有家乐福商场、欧倍德超市、北京飞利浦、上海普东大拇指广场、重庆希尔顿酒店；
在国电电网北京亦庄容灾中心运行有三台850冷顿制冷机组，用方反应在断电3分钟，发现需预热30分钟才能启动，这是它的不足。
（二）Carrier开利：
1、部分参数见下表
机组型号
机组
制冷量输入功率
kWTonskW
电机功率
满负荷性能、额定电流、星型堵转电流
ikW/kWAA
重量
吊装重量R134充注量
Kgkg
19x3031327cls52（最小）
1055300210
0.199368896
5725371
19xr8r84595mfh52（最大）
52791500912
0.173********
177541075
2、技术上的节能措施
（1）机组采用半封闭型高效电机，采用液态制冷剂喷淋冷却，运行温度低，运行效率更高。
又能充分降低制冷剂和润滑油大量泄漏的风险，又不会向机房大量散热，这不仅降低能耗，还节省对机房增加冷却装置和运行控制箱的投资。
（2）采用錐管扩压器，提高压缩机效率。
开利享有专利技术可旋转扩压器结构（SRD）的内环，可随负荷变化而转动。
调节气流通过面积和气流方向，极大改善了机组部分负荷性能，提高部分符荷时，机组运行稳定性，降低能耗。
（3）开利采用最新超高效传热管进一步降低了传热热阻，提高了换热效率，降低能耗。
（4）采用电机变频运行可节电20%。
开利变频启动柜可配标准系列和高端系列，高端系列为新一代变频器（LF2、VFD）,采用有源整流器（ActiveRectifier）抑制谐坡失真，总谐坡畸变率THD＜5%，满足IEEE519-1992及GB/T14549-93要求。
其具有自动功率因数修正功能，功率因数高达0.99，充分应用电能，大大降低电器设备容量，节能降耗。
开利的机载变频启动都采用制冷剂冷却，安全可靠，启动电流始终低于100%RLA（额定负荷电流）,对电气系统的冲击降至最低。
NPLV（综合部分负荷性能）高达9.0以上，大大降低运行费用，满足节能需求。
（5）能源与环境设计先锋奖（LEED）认证，关注系统整体的耗能。
LEED标准中：
能源与大气章节，必备条件EA-P2，目标为最小化建筑与系统能耗。
得分条件EA-C2,考量的是整体建筑的能耗减少，“整体建筑的能耗模拟”选项下，得分的多少取决于整体建筑的能耗减少的百分比。
开利与暖通设计专家一起致力与冷水机组系统优化，可帮助用户获取LEED
高分，通过LEED认证。
3、运营控制与管理
（1）开利针对我国供电特殊状况设计的非机载启动柜，具有带分励脱扣的主断路器，三相电流相对相、相对地不平衡保护，缺相、反相、相不平衡保护等。
采用多项电器保护，极大的提高机组运行的可靠性。
（2）开利机组上的大频幕中文液晶显示，新一代微电脑集中控制（PICIIICVC）系统，菜单式管理，机组运行状况一目了然，操作维护便捷，保证机组正常可靠运行。
（3）开利在制冷节能控制方面有：
冷却水变流量控制；空调设备自动适应优化启停；冷却塔与冷机优化匹配；冷机在线自诊断及冷集群控离线数据自动分析等技术和工具，为用户合理化管理及节能消耗创造了舒适的空调环境。
（4）开利对制冷系统配套设备冷水塔新型优化配置中，将这两部分作为一个整体运行系统，整合设计与选型配置，提升冷机效能。
满足外部环境变化时效率要求，智能化运行的冷水塔提高节能效果。
4、分析与结论
（1）“开利”半封闭型高效电机采用液态制冷剂喷淋冷却，运行温度较低，运行效率更高；电机变频采用有源整流器，抑制谐坡失真，总谐坡畸变率THD＜5%。
其具有自动功率因数修正功能，功率因数高达0.99，充分应用电能，大大降低电器设备容量，节能降耗。
（2）开利在制冷节能控制方面有：
冷却水变流量控制；空调设备自动适应优化启停；冷却塔与冷机优化匹配；冷机在线自诊断及冷集群控离线数据自动分析等技术和工具，极大的提高了智能化管理性能。
5、应用案例
开利机组已用在国家游泳中心，首都机场、上海2010世博场馆、国际财经中心，大成国际，浪琴国际等。
（三）YORK约克：
1、部分参数见下表
机组型号
机组
制冷量输入功率
kWTonskW
电机功率
满负荷性能、额定电流、星型堵转电流
kM/TRAA
重量
吊装重量R134充注量
Kgkg
YKC3CPQ45EHG
（最小）
1055300200
0.666346821
6508368
YKM3MK25DBG
（最大）
45711300836
0.64315443279
172301398
2、技术上的节能措施
（1）约克的热交换器采用最先进的高效换热铜管束，内、外壁经强化传热以得到最优的性能，减少机组能耗和管道接垢。
另外离心机组的P、Q和H压缩机采用约克专利技术的混合降膜式蒸发技术，制冷剂首先通过喷淋的方式被均匀分配到降膜换热区，自然下降成膜，与换热管间实现膜式换热，其转热系数大大提高。
同时系统所需冷媒充量明显减少，从而节省能耗。
有助于满足LEED认证的标准。
（2）约克机组配置变频驱动器，她它通过控制电源的频率和电压来改变压缩机电机的速度，这种自适应的冷量控制逻辑通过分析机组传感器传来的信号，自动调节电机的速度和压缩机的导流叶片的开度，独特的自适应容量控制将电机变频和导流叶片调节完美的结合在一起，大大提高机组的效率，令部分耗能指标达0.kW/ton。
机组年节能达15～25%。
（3）约克机组能充分利用底达12.8℃的冷却水，符合实际工况下的节能要求，获得明显的节能效果。
而不像有些机组那样需要人为地降水温控制在21～24℃。
（4）优越的部分负荷性能，显著的降低运行成本。
由于大部分运行时间处在非设计工况，冷水机组不但要满足满负荷要求，而且在较低符荷时，以及冷却塔水温较低时也能有效的运行。
约克的部分负荷的性能指标可以通过电脑准确地计算出来，智能的进行控制。
3、运营控制与管理
（1）YKOptiView彩色图像显示控制中心大大提高了效率且为机组提供了监控、数据记录、安全保护便利操作，是当今最先进的微处理器控制系统。
该系统对冷水机组进行运行控制和对传感器、执行器、继电器及开关监测并提供：
系统运行信息、状态信息；用通用键盘对设定值进行数字编程；
安全码可以防止未经许可改变设定值，允许现场或远程控制制冷机组，并允许手动操作导流叶片和油泵；具有打印机接口，具有与自动化系统连接的能力，等。
极大的方便运营控制与管理。
（2）机组具有快速启动功能，重新启动时间高达75%。
该功能可快速重建冷冻水温度，保持工艺设备的冷却，避免数据丢失、过热导致的设备损坏、及运营中断带来的灾难性后果，减少了昂贵的停机风险。
（3）RSR制冷剂储存/回收系统，约克的该系统是对大中型冷冻空调设备进行制冷剂回收、转移、储存和充注的专用设备。
具有回收压力低，运行效率高，回收/充注时间短等特点，可显著减少设备的维护时间和维护费用。
（4）热回收利用，约克的热回收机组冷凝器采用两个单独的冷却水会路设计，在满足冷负荷的前提下，利用制冷运行的副产品—排热量，来提供热水。
（5）约克提供中央制冷集成系统产品（PDS-C），该系统采用标准的配置适用于冷冻泵、冷却泵及冷却塔控制系统解决方案。
系统提供并联或串联式一次泵组的冷站设计，适用标准冷水机组（带N2微网通信网关）控制面板。
系统基于微软公司web浏览器主页上可同时多人进行控制及监控。
4、分析与结论
（1）约克机组配置变频驱动器独到之处，自适应容量控制将电机变频和导流叶片调节完美的结合在一起，令部分耗能指标达0.kW/ton。
机组年节能达15～25%；约克机组能充分利用底达12.8℃的冷却水；优越的部分负荷性能；这些都显著的降低运行成本，降低能耗
（2）YKOptiView彩色图像显示控制中心极大地方便运营控制与管理；他的机组具有快速启动功能，RSR制冷剂储存/回收系统，中央制冷集成系统产品（PDS-C），在自动控制管理方面具有不可比拟的优势。
5、应用案例
约克机组应用较广泛，特别是一些有影响力的建筑，如美国白宫、美国国会大厦、英国国会大楼、英法海底隧道、法国地铁、法国蓬皮杜中心、巴黎艾菲尔铁塔，悉尼歌剧院、东京世贸大厦、香港会议展览中心、香港中环广场、北京东方广场、中国国家大剧院、中国人民大会堂等。
二、三家离心式制冷机组节能技术及控制的综合分析
（一）三家在节能技术应用上都有优秀的共有和独有的措施：
1、共有的节能技术
（1）都在热交换器材料上及制作工艺上下功夫，选用了高效的热导材料，在传热管制作工艺上各有专利；
（2）低压电机都采用变频控制，大大的节约能耗；
（3）都具有冷却水流量自动控制系统，有一定的自适应控制节能技术。
2、独有的节能技术
（1）特灵、约克有机组快启动装置，这对保持工艺设备的冷却，避免数据丢失、过热导致的设备损坏、及运营中断带来的灾难性后果，减少昂贵的停机风险具有重要意义。
（2）约克、开利机组冷凝剂是HRC-134a,对臭氧层没有损害，满足LEED绿色建筑标准相关规定，是永久使用的环保产品，特灵机组冷凝剂是R123，R123虽然比HRC-134a效能高，但是对臭氧层有破坏作用，使用R123是有时间限制的产品。
（3）约克机组能充分利用底达12.8℃的冷却水，获得明显的节能效果，有优越的部分负荷性能，显著的降低运行成本。
“开利”半封闭型高效电机采用液态制冷剂喷淋冷却，运行温度较低，运行效率更高；特灵的大温差小流量系统把常规空调系统的冷却水进出温差（△T）为5℃，提高到（△T）7～10℃，达到降低水泵功耗和系统整体能耗的目标，一次泵变流量系统VPF也可大大节省空调制冷水泵的能耗。
是“特灵”的节能优点。
三家各有千秋。
（二）三家离心式制冷机组智能控制、运营管理分析
1、三家的制冷机组都装有彩色图像显示控制屏幕，提高了用户使用效率。
特灵的带有摇背功能，开利的新一代电脑集中控制，约克的可编程功能，各有特点。
2、约克机组在空调工况情下，导流叶片（PRV）可以再设定值的100%到15%之间机组的制冷量；开利机能与冷却塔优化配置及智能调节；特灵机组有解决整机喘振的方法。
二、三家离心式制冷机组性价比
按机房中心按需1.8万Tons所配制冷机组，三家制冷机组的所需台数、总造价、所消耗电力对比如下表：
厂家
机组型号
机组
制冷量输入功率
TonskW
造价（万元）
单价台数总价
投入电力（kW）
单台台数总功率
比较
结论
特灵
1100/142LL
1350
823
200
14台
2800
823
14台
10944
投资较高用电少R123冷剂有实用年限
较差
开利
19XR8R84595MFH52
1500
912
210
12台
2520
912
12台
11522
投资少、用电中
较好
约克
YKMQMRK25DAG
1300
836
200
14台
2800
836
14台
11704
投资较高用电高
一般
从上表可以看出，开利因具有单台制冷量最大的机组的优势，所占台数少，这样总用电量及机组投资少，占有一定的优势。
三、结论
1、本文对仅对全球公认的前三大制冷设备供应商，生产的制冷机组进行了节能技术及管理控制方面的分析。
可以看出提高空调机组的能效比，采用变频技术、改善风机效率，自动控制冷却水流量，自适应控制节能技术的应用是机房空调节能的关键。
使用更先进的节能机组可取得事半功倍的效果。
2、具有先进的节能技术机组，需要智能化的控制管理系统的配合才能发挥最大的节能效果。
3、随着先进技术及智能化管控手段的不断推进及发展，机房建设单位应具备创新思维来认识和决断机房建设方案及机房运营管控手段，使建设的绿色机房中心永处于先进的节能行列。
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