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工业洁净车间空调净化系统节能改造实例
摘要：分析了工业洁净车间空调净化系统的能耗特点。针对杭州某工业洁净车间空调净化运行过程中存在的问题，提出了空调净化系统节能降耗的改造控制。对空调净化系统进行了集中控制和冷却水热回收两方面的改造。通过节能改造后现场实测数据对比计算，改造后取得了良好的节能效果与经济效益。
0 引言
空调净化系统运行控制对空调净化能耗有重要影响，风机水泵和制冷机组的能耗在空调净化系统当中所占比重较大。空调净化末端冷负荷的变化对冷冻机组的运行效率有着重要影响，进而影响整个空调净化系统运行的能耗。本文通过一个工程实例分析空调净化系统的控制调节及其他因素对空调净化系统能耗的影响，给出相应的改造与改造方案，并总结改造后的控制效果和节能收益。
在公共建筑当中，暖通空调净化系统能耗通常占建筑能耗的60%以上[1]，而冷冻机房的能耗在暖通空调净化能耗中占据重要部分[2]。笔者通过在实际工程当中，工业洁净车间在生产过程中影响生产成本的因素有很多，而设备能耗就是影响生产工艺的重要因素之一。探究冷冻机房节能以及空调净化系统热回收的技术经济问题，因而空调净化系统节能改造成为企业降低生产成本的重要途径。
1 案例能耗分析
杭州市某工业洁净车间是专注于半导体功率芯片的设计开发企业，该厂现有6 台制冷压缩机组（4 台400 RT螺杆式制冷压缩机、2台550 RT 离心式制冷压缩机），运行使用情况统计见表1，2014 年该厂能耗情况统计见表2。
2 节能改造措施
近年来工厂在节能改造过程中总结出很多实用的节能改造措施，根据工厂产品工艺不同，其可行的节能改造措施存在较大差异，表3 是近年该工业洁净车间在节能改造实践中总结的半导体芯片工业洁净车间的实用节能改造措施。
本文主要从机房节能、冷却水热回收两个方面分析其节能效果。
2.1 冷冻机房节能改造
经实际调研发现，该厂现有6 台制冷压缩机（4 台400 RT 螺杆式制冷压缩机、2 台550 RT 离心式制冷压缩机）。循环水泵和冷却塔均为定频控制；冷冻水出水温度在6~7 ℃，回水温度为9~10 ℃；冷却水温度根据天气和冷却塔开启台数变化，冷却塔开启为人工根据经验手动启停。制冷压缩机启停和台数控制，也是人工根据经验手动完成。目前冷冻机房控制属于传统的一次泵定流量系统，有较大节能改造空间。此次空调净化节能改造采用空调净化机房节能改造控制系统对整个空调净化机房进行节能改造控制，包括如下内容：
1）首先对冷冻水系统进行水力平衡的测试；
2）在系统适当位置增加必要的温度、压力和流量传感装置，以在线实时测量冷冻机房的各个物理指标，随时了解系统的冷/ 热量需求及室外焓值变化。跟踪末端冷负荷变化情况，对冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔进行变流量调控，冷冻水和冷却水流量可根据需求自动调节，减少输配系统浪费现象；
3）采用基于系统行为特性的全局改造软件，在满足系统冷热负荷及供水温度需求并确保可靠运行的情况下，对冷冻水、冷却水、热水流量及温度进行调节，使系统始终在最高效率下运行；
4）为空调净化机房能耗设备增加电力监测仪表，配合分项计量及能耗监测平台，提供能效分析、运行数据自动记录以及多种形式的能耗报表，以实现持续管理节能。
空调净化节能测试中使用了温度传感器、超声波流量计、网络电力仪表等仪器仪表见图2。测试方法为：约定空调净化系统节能率为R，机房总用电量E，则节电量△E=E×R/(1-R)。约定空调净化节能率每季度测试一次，每年测试四次。按照以上方法测算一个（www.iwuchen.com）周期的节能量公式为：本月节能效益=本月改造后能耗×R/(1-R)×平均电价。以此根据每月空调净化机房改造后的实际能耗对比测试节能率R 计算节能量。节能量和技能率统计见表4～7 空调净化机房节能量和节能率统计。
由以上数据可知，通过对暖通空调净化系统中的冷冻机房进行节能改造控制改造，节能效果较为明显，全年的节能收益约为68.1万元。
2.2 冷却水热回收
冷却水系统能耗是空调净化系统能耗的重要组成部分，占15%～20%[6-7]，冷却水节能对于空调净化系统节能具有重要意义。文献中提到空调净化冷却水系统节能的控制策略的关键在于如何获得各个设备的数学模型，控制策略的实施并不复杂，重要的是要加强冷却水系统的调试，通过调试确定控制参数，所以调试的工作量很大。
本文通过对该厂蒸汽用途分析，该厂生产车间蒸汽用途主要分为两个部分，第一部分是纯水加热，第二部分是空调净化用热。纯水加热后用于职工及厂房生活用水，纯水加热部分的蒸汽热量可以用冷却水余热回收代替。计算如表8。
如上，热回收年节能收益49.9 万元，替代了7925 GJ 热量。计算方法：热回收管路增加流量计和温度传感器、水泵增加网络电力仪表等；通过计量热值折算成蒸汽量，乘以蒸汽单价，计算得到节省蒸汽费用。节能费用= 替代蒸汽费用- 水泵费用。
3 结论
在低碳节能环保的大背景下，建筑节能将是永恒的主题，而暖通空调净化系统节能在建筑节能中占据重要地位。经过以上的几项节能改造措施，对该工业洁净车间的能耗进行重新统计，年节能收益约118 万元。由此可知，以下几项节能措施在工业洁净车间节能改造实践中节能效果明显：
1）冷冻机房采用节能改造控制系统。采用空调净化机房节能改造控制系统，实现节能技术及产品的合理选用与系统整体改造，实现冷热供需平衡，以此创造出更多使系统整体改造、低碳节能的空调净化系统。
2）冷却水热回收代替部分蒸汽用热。冷却水系统能耗是空调净化系统能耗的重要组成部分，冷却水热回收实现了废热再利用，在工程中替代了部分蒸汽用热，创造了可观的效益。当前经济迅猛发展的同时，企业的经营成本也在不断增加，对于降低工业洁净车间经营成本的众多技术当中，节能改造不失为企业经营的良策之一。
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