锂电池厂房中，生产车间有严格的温湿度管控，除湿机和组合式空调机组有巨大的冷冻水需求，且为满足生产需要，需冷冻水为工艺设备降温，冷冻水需求量远远大于其他建筑。因此，高效制冷机房技术在锂电池厂房的应用更为重要，目前大部分的锂电池厂房对提出要做高效制冷机房的要求。

制冷机房综合能效=总制冷量八主机电耗+冷冻水泵电耗+冷却塔电耗+冷却水泵电耗)。美国ASHRAE认为中等能效最低底线为3.5,良好能效底线为4.2,略低于本标准三级水平。优秀的高效机房底线是5.0。目前市场现状，绝大部分制冷机房的能效，在设计工况就已经低于4.1(0.85kW/RT),而根据大量的实时运行监测数据显示，这些机房的实际运行能效大多处于2.0~4.0(0.9~1.1kW/RT)之间，导致制冷机房运行电费高居不下。高效机房的设计，不仅要提升设备能效，还需从实际情况分析，从系统的选择、设备的选用、智慧控制等方案着手，实现制冷机房的高效节能。

高效机房的性能目标的确定，除了满足规范的能效要求，还受很多其他因素的影响，如建设方要求、建筑环境、经济和环保效益等。本项目根据能耗分析、初投资，以及现场冷水机房及管线安装空间分析，最终采用方案三,综合能效比达到5.0以上。

一般来说，实现高效机房，需要通过以下几点来考虑。

合理设计系统容量:根据机房的实际需求合理设计系统容量，合理选取水温，避免过大或过小的设计导致负荷率不合理。

智能控制策略:采用智能控制系统实时监测机房负荷情况，根据负荷变化自动调整设备运行状态，保持负荷率在合理范围内，系统始终保持高运行效率。

设备选型与配置:选用高效节能的设备，并根据机房实际情况合理配置设备数量和类型，以提高整体能效。

设备性能:冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔等设备的性能直接影响EERa。选用高效节能的设备是提高EERa的关键。

系统设计:合理的系统设计包括水系统流量和扬程的优化、冷却塔填料成膜面积的充分利用等，可以降低系统能耗，提高EERa。

运行管理:加强运行管理，如定期维护设备、优化运行策略等，可以保持设备处于良好运行状态，提高EERa。

本文以某一锂电池项目的制冷机房设计为例，探讨在锂电池项目中在高效制冷机房的设计要点。

1 项目概况

本锂电池厂房位于江西吉安市，室外设计参数如下:夏季空调室外设计干球温度35.9℃，湿球温度27.6 ℃。

本项目的冷冻水需求主要由2部分组成，一是为满足生产需要，需提供工艺冷冻水对生产设备降温的工艺冷冻水需求，二是为满足房间温湿度要求的空调冷冻水需求。

工艺冷冻水需求如下:低温工艺冷冻水(供回水温度7~12 ℃)，总需求为5203kW，主要用于正极NMP回收、正负极匀浆段，烘烤段设备所需的低温工艺冷冻水;中温工艺冷冻水(供回水温度18~23 ℃),总需求为920kW，主要用于涂布烘箱段、装配段设备所需的中温工艺冷冻水。工艺冷冻水需求全年恒定，其冷量与室外气象参数无关，至于产线设备负荷率有关。

空调冷负荷需根据空气调节区的夏季冷负荷应根据各项得热量的种类、性质及空气调节区的蓄热特性经计算确定。房间空调冷负荷，尤其是新风负荷，室外气象参数对其影响较大。根据室外气象参数进行8670h全年负荷模拟，其全年冷负荷统计表如图1所示，根据冷负荷统计表可见，空调冷负荷全年最高负荷为20959KW(包括工艺冷冻水负荷),冬季最低负荷为7958KW。在夏季，工艺冷负荷占总冷负荷约1/3;冬季，工艺冷负荷占总冷负荷约3/4。可见，由于锂电池项目有稳定的工艺冷冻水需求及深度除湿要求，即使冬季,冷负荷也有夏季最大负荷的40%。

针对锂电池厂房厂房冷负荷全年制冷，且有中温冷冻水需求的情况，冷水主机的选型对于制冷机房的综合能效更为重要，下面主要介绍制冷机房设备选择，尤其是冷水主机的设备方案选型。

2 设备选型方案

制冷机房设备选型步骤如下。

根据负荷比重分析，匹配冷水机组选型负荷;对冷水机组进行性能参数对比分析，确定主机选型方案;优化机房管路，减少管路阻力;冷冻管路水力计算及冷却端水力计算;确定水泵参数，优选水泵;通过数据分析冷却塔散热面积，优选冷却塔节能的最优方案。

冷水主机选型:以冷水机组设计能效为目标，根据峰值负荷确定冷水机组总装机容量，然后根据全年逐时负荷分布特征确定冷水机组台数和容量划分。冷水机组选型的实质应以运行效率最高为目标，实现建筑负荷动态需求和冷水机组动态特性的合理匹配。

根据本项目全年有制冷要求，且有中温冷冻水需求，根据项目冷冻水需求，以3个冷水机组选型作为对比。因锂电池项目为保障生产需要,3种方案均考虑备用机组，3种选型如下。

方案一:选用4台1900RT定频离心机组，1台1900RT变频离心机组，4用1备，单台制冷量6680kW，冷冻水进出水温度12/7℃。

方案二;选用5台1900RT变频离心机组，4用1备，单台制冷量6680kW;冷冻水进出水温度12/7℃。

方案三:低温冷冻水选用4台2200RT变频离心机组,3用1备，单台制冷量7735kW;冷冻水进出水温度12/7℃;中温冷冻水需求选用2台270RT高温冷水磁悬浮机组，1用1备，单台制冷量937kW,冷冻水进出水温度18/23℃。

方案一和方案二的中温冷冻水(18~23℃)需求是低温冷冻水(7~12℃)通过板换换成中温冷冻水(18~23 ℃).

水泵选型:本项目的冷冻水泵、冷却水泵采用变频控制，水泵电机采用变频电机。为降低水泵扬程:机房内采用微阻力过滤器，以及大曲率半径管道，主管与支管45°柔性连接。机房内采用BIM建模，阻力损失尽量小，同时又满足安装空间要求。水泵流量扬程特性曲线需与水管网特征曲线匹配，即流量扬程与实际相适应并保证水泵在设计工况及变转速工况均在相对高效的区间运行。水泵均选用能效等级为二级能效及以上的变频水泵。

冷却塔选型:冷却水供水温度对冷水机组的实际运行效率有较大的影响(冷却水供水温度每降低1℃，冷水机组性能 可提高2%~3%),而冷却水供水温度同时由室外环境、室外湿球温度及设备自身结构等共同决定。因此，需分析全年气象参数条件下，冷却塔可提供的冷却水供水温度，对冷却塔进行详细选型。江西吉安地区空调供冷期间，室外湿球温度大多低于28℃，在这个温度区间，冷却塔供水温度会优于设计工况。但全年空调供冷时间段湿球温度高于28℃的小时数仍有17h,在该温度区间，冷却塔散热能力会低于设计工况。为确保制冷主机供冷时有较低的冷却水温，冷却塔选型按时逼近度3℃进行选型，并考虑一定富余量。同一个系统所有冷却塔的塔体扬程需一致且塔体扬程建议小于5mH,0,冷却塔需在30%~100%设计流量区间能保证塔内均匀布水。为保证冷却塔出力能力，建议选用CTI认证冷却塔，冷却塔能效等级应不低于2级，以降低单位冷却水量的电机功耗。冷却塔变频具有较大的节能空间，采用变频控制，冷却塔电机采用变频电机。

冷却塔免费制冷:冷却塔免费供冷技术，是一种降低空调能耗的有效方法，它充分利用自然冷源，在常规空调水系统基础之上增设部分管路、设备及自控阀门，在过渡季尤其是冬季，当室外湿球温度低于某值时，关闭冷水机组，通过阀门切换将空调水系统末端与冷却水系统直接或间接相连，通过冷却塔向水系统提供所需冷负荷，由于冷却塔、水泵等设备运行仍然需要消耗电能，所以冷却塔供冷并非绝对意义上的免费，但其减少了主机能耗，因此相对地将该技术视为“免费”供冷形式。

室外湿球温度是决定冷却塔免费供冷技术能否实施及节能空间大小的决定性因素，因此应根据室外湿球温度的全年分布特征、计算空调末端需求的供水温度、冷却水能够提供的水温以及空调系统运行时间等因素分析冷却塔免费供冷全年时间，计算冷却塔供冷的节能量，结合初投资以及运行成本等进行经济性，判断冷却塔供冷系统的可行性和合理性。

因本次方案二和方案三选择的磁悬浮机组及中温变频离心机组，在冷却水温低的情况下，COP已达15左右，已经非常节能，且本项目机房面积紧凑，因此未考虑增加板换，利用自然冷源的方案。

3 材料辅件选用方案

高效机房设备选型十分重要，其材料辅件选用及布置也同样重要。为优化高效制冷机房冷冻水冷却水管路系统设计，降低管路系统的阻力，从而降低水泵扬程，节约水泵能耗，高效机房空调水系统管路根据现场安装条件，宜配置低阻型连接构件。

水泵与冷水机组就近布置对应，直进直出连接;尽量避免90°弯头，用钝角弯头代替直角弯头;采用顺流三通，用锐角三通代替直角三通;水系统宜采用低阻力阀门，尽量不采用静态平衡阀;尽量采用低阻过滤器。宜选用直角式过滤器(可安装在水泵人口，省去一个弯头)或导流式过滤器。实际设计中常在冷水机组入口和水泵人口处设置过滤器，由于水泵和冷水机组之间距离较短，可以考虑取消其中一组过滤器，宜仅在水泵人口设置过滤器，同时保护水泵和冷水机组;采用低阻力能量表;同时，为了减少机房管线输配阻力，需采用BIM精细化设计，优化机房布置。

4 能耗分析

根据全年负荷表和江西吉安的气象参数，负荷率不同，全年的湿球温度不同，冷水机组的COP也会发生变化。图2为在不同湿度情况下3种方案的COP情况，可见，冷却水温越低，磁悬浮COP越高，变频离心冷水机组其次，而定频离心冷水机组冷却水温降低COP提高的幅度最小。

不同负荷率下3种方案的主机全年COP如图3所示，方案三全年COP最高，方案一全年COP最低。可见，变频离心机组在部分负荷情况下的COP比定频离心机组高很多，磁悬浮在部分负荷下的COP最高。3种方案的主机耗电量如图4所示，小于80%负荷率的主机运行时间达72%，负荷率小于50%的主机运行时间占24%，根据全年主机运行时间及COP,得出全年主机耗电量，可见方案一的全年耗电量最高，方案三全年耗电量最低。

由图3、图4数据可知，冷却水温低，冷水主机的COP会提高，变频冷水主机与定频冷水主机相比COP提高更多，且在非满负荷运行的情况下，变频冷水机组比定频冷水主机的COP会提高很多。磁悬浮用于中温冷水机组，其冷却水温低，COP提高最高。通过能耗模拟，采用方案二相比方案一全年能效提高21%全年总制冷量相同情况下主机每年节约耗电2708543kWh。方案三相比方案一全年能效提51%，全年制冷量相同的前提下主机每年节约耗电5186597kW。可见，锂电池项目全年制冷的情况下，且冬季冷冻水需求较大的情况下，选用变频冷水可大大提高全年COP,减少运行费用。不同项目的负荷分布情况不同，更应该做好全年负荷模拟，精确选型。为提高各设备的运行效率，以达到高效机房的目的，本项目采用群控系统。

5 智能控制策略优化

当建筑负荷发生改变时，末端出水温度会发生改变，温度改变的冷冻水回水经过变频制冷主机时，主机会感应到并通过调节制冷量以适应当前的建筑负荷。与此同时，群控系统接收来自制冷主机的信号，根据制冷量变化情况来控制制冷主机的开启台数;也接收冷冻水管路上安装的温度传感器反馈的温度信息，根据反馈的温度信息来控制变频冷冻水泵、变频冷却水泵及变频冷却塔风机运行状态。

群控系统根据前期建模分析数据得到水泵及冷却塔等的运行特性，搭建机组特性模型，通过验证系统来得到系统所需的冷量，以此确定当下冷量下系统效率最优的搭配方式，调整运行台数，使整套制冷系统始终运行在高效区间。

6 结论

本文通过江西吉安的实际案例，通过采用不同水温的系统及其智能控制，以达到系统高效运行的目的，提高系统综合能效比。通过不同冷水主机方案的对比，得出对于锂电池项目来说，高效机房的设计需根据冷负荷需求，尤其是冷冻全年制冷，且有不同冷冻水水温需求，要重点考虑采用变频冷水主机，不同水温双冷源系统，本项目未采用自然冷源，以后的项目还可同时考虑自然冷源的利用。

高效节能机房建设是一个系统工程，需要从多个方面入手。需要结合具体项目具体分析，高效机房的实现，是一个精细化设计而非简单加大投资选用更昂贵的设备。要达到节能高效，通过包括合理规划机房布局、选用合适高效节能设备、采用合适的系统方式、实施智慧控制和运维等。只有这样，才能真正降低制冷机房能耗，实现可持续发展。同时，也应关注锂电池行业制冷机房的最新技术和趋势，不断学习和创新，为锂电池行业建设贡献更多的力量。