电池企业实施节能环保项目:为制冷系统提供高COP的核心装备
前日,在保定的某大型光伏电池基地,“循环水及制冷系统节能环保项目”通过验收,标志着在该领域的第4个大型项目案例成功实施。在此之前,已经成功实施了湖州某上市电池企业、江苏某龙头电池企业、天津某电池国企的节能项目。这些项目执行的节能服务公司为北京时代科仪,其原理是通过一套COP综合提升系统实现节能,作为用户高效运行的核心装备。
【问题提出】
对于大型工矿企业,中央空调和工艺制冷系统组成复杂、影响因素多,系统运行时的表征值有:冷冻水温度、冷冻水温差、蒸发温度、蒸发压力、冷凝温度、冷凝压力、导叶开度、膨胀阀开度、压缩机电流比、冷却水温度、冷却水温差、环境湿球温度等。对于某一套系统而言,在一定的环境湿球温度和制冷负荷的条件下,通常具有一套最高效的运行特性参数,但是一般的运行管理人员无从了解,因此无法做到简单的管理节能。再加上系统的反馈特性,能够自动建立平衡,即使条件不好,系统仍然能够持续运行,问题不易被发现。那么,如何进行智能化的管理呢?
【问题分析】
经过专家现场勘测,一般系统在运行过程中存在较多问题,常见的主要有:
1、运行参考条件粗放,不能处于最佳平衡点
现场制冷系统在工作时,其冷却泵、冷冻泵、塔顶风机的供应量都是开环的、粗放的,没有进行统一优化,在不同时段、不同季节,都无法根据实际情况进行最佳调节,人员无法找到最佳工作点,在常年的运行过程中,无形中多耗费了很多能源。如果能够借助专家经验,随时将系统调节在最佳状态,实现最大COP值,是能够节能的。
2、冬季自然冷量没有得到合理的利用
企业位于华北地区,每年湿球温度低于6℃的时间有3个月左右,可以用于自然制冷,即直接采用冷却塔进行制冷,避免压缩机的运行。原有制冷系统没有完善这部分功能,使得冬季仍然需要运行压缩机,导致能源的大量浪费。如果冬季采用冷却塔进行自然制冷,则能够合理利用冬季的自然冷量。
3、夏季制冷存在困难
原系统在夏季运行时,由于制冷量需求大、环境湿球温度高,造成制冷系统容量不足的困境,其典型表现就是冷却水温度过高,致使制冷系统无法再增大制冷量,制冷量无法满足生产要求,出现困难局面,此时采用抽取井水并注入到冷却水的做法,强制降低冷却水温度,不但不可靠,操作难度也很大。这暴露出系统的冷却系统存在问题,我们对冷却系统进行整改,以提高冷却效率,降低冷却水温度,使系统持续、安全运行。
【专家点评】
制冷的过程是串联关系,各个部件执行相应的功能,环环相扣,系统性能是各个部件性能的串联。换句话说,任何一个环节效率低,都会引起整体的效率降低。制冷系统具有一套“反馈自愈”机制,能够处于不同的热平衡点运行,自身具有掩盖一部分问题的能力,因此其节能判断比较复杂。
例如,当冷凝器存在污垢,传热性能不佳,就会出现冷凝器温度偏高、冷凝压力增大,会增大压缩机的负荷,压缩机减小导叶阀,流量下降,实际制冷量下降;随着实际制冷量的下降,系统传递的内能减少,冷凝器部位的传热温差减小,对冷凝器的温度有降低的作用,从而限制了冷凝器温度进一步升高。这说明通过反馈具有一定的自愈能力。
同样,对于冷冻水的运行,情况类似,假设冷冻水温度偏低,会引起制冷效率下降,实际制冷量减少,由于制冷量减少,有阻止冷冻水温度进一步降低的效应。通过反馈,使得制冷机组运行在冷冻水温度偏低、效率偏低的平衡点上。
即便如此,上述两种例子中,以及其它类似情况下,制冷系统依然能够持续运行,由于能够持续运行,从表观上来看一切正常,一般的值班人员看不出问题,但系统其实已经运行在能效较低的状态,造成能源的大量浪费。
我们提到制冷系统的“能效”,就不得不使用COP的概念。COP就是coefficient of performance,它是制冷功率和耗电功率的比值。在计算耗电功率的时候,是将各个用能部件的功率相加,制冷系统的功耗应该是全部环节的总功耗,是并联式的;而制冷系统的效率是全部环节的总效率,是串联式的。这提示我们,为了提高效率就要将所有环节做好,不能出现短板。要获得最大的节能效果,并不是单个环节达到最大效果可以解决的,需要整体解决。
【问题解决】
中央空调及循环水智能控制系统实现最大COP控制:该系统是北京时代科仪新能源科技有限公司经过多年的研发经验综合而成的一套系统,它主要是通过冷冻水、冷却水、冷却塔风机的联合控制,使压缩机以及全系统实现最大效率。
【系统介绍】
冷却水散热系统是制冷系统与外界关联的重要通道,散热系统的效能将直接影响整体的制冷量和效能。文献显示,冷却水每降温1℃,压缩机的功耗下降4%左右。例如,冷却系统的散热能力不足将导致冷却水温度上升,进而引起制冷量下降、能效下降的不良后果。理想的冷却水散热系统应具有充分的散热能力,使散热相对容易,冷却水处于温度较低的平衡点运行。
但是在实践中,由于冷却塔的散热表面积总是有限度的,不能无限增大,冷却主要还是靠冷却泵、塔顶风机的做功来实现,为了追求较低的冷却水温度从而降低压缩机功耗,势必会增大冷却泵、塔顶风机的功耗,两者是一对矛盾。换言之,冷却水流量和塔顶风机的风量不是越大越好,也不是越小越好,其中必然存在一个最佳点,使得整体效果最佳。
另一方面,冷却水的温度不是人为可以决定的,冷却水的最低水温受到湿球温度的严格限制,一般无法低于湿球温度。因此,即便是采用很大的流量和风量,也可能无法使冷却水温度变得足够低。因此,对冷却水的温度控制应该“量力而行”、“适可而止”不做徒劳的尝试,这种与人的经验和智慧有关的控制逻辑,称为人工智能技术。北京时代科仪通过多年实践,将人工智能技术注入控制系统机柜中,全年365天,每天24h实现最佳控制逻辑,极大的优化了整体性能。
【自然制冷】
自然制冷系统是用大气中的自然冷量为我们服务,不运行压缩机,极大的节约能源。自然制冷是采用冷却水与大气进行热交换,将冷却水温度降低到一定程度(6℃),并通过换热器与冷冻水系统换热,换热器实际上取代了压缩机蒸发器的作用。
考虑到冬季气温很低时,冷却水容易在填料边缘结冰,因此,冷却水泵和塔顶风机应做充分的、精密的控制,风量与水量严格匹配,严格控制水温,将极大的减少结冰的情况。控制柜还配有反吹的逻辑,在适当的时候进行反吹(发生频率很小)。
考虑到冷却水流量与冷冻水流量之间可能存在失配,当失配较重时,不宜采用普通的板式换热器,而应采用容积式换热器。容积式换热器的特点是,流量可以存在较大的失配,对工作的影响较小。
【使用效果】
采用时代科仪制冷和循环水智能控制系统,能够实现节能效果在25%~65%,在保定曾经出现过节能率70%以上的特例。同时,对于冬季的制冷压缩机可以节能80%以上,甚至100%完全不用运行压缩机。不但节电,而且节水,通过节省冷却水和药剂的使用,取得了环保的效果。通过北京时代科仪的技术,已经为百余个大型厂矿企业实现了节能环保,获得用户好评。