摘要：针对某项目制冷机房存在的冷负荷不足、机组运行效率低等问题，本文对 1# 楼和 2# 楼制冷机房改造方案展开研究。通过现状分析明确 1# 楼需增容 200RT、2# 楼定 频离心机组无法启动的核心问题，提出多种改造方案并从造价、年运行能耗、年运行费用、投资回收期等维度进行技术经济比较。结果表明，1# 楼更换 600RT 磁悬浮冷水机组与 2# 楼更换 400RT 磁悬浮冷水机组的组合方案（方案三）综合效益最优，可大幅提升系统效率、延长服役寿命，投资回收期 4.2 年，为项目制冷机房改造提供科学依据。关键词：制冷机房改造；磁悬浮冷水机组；技术经济分析；投资回收期；运行能耗

随着建筑功能的调整与使用需求的提升，既有建筑制冷机房常面临冷负荷不匹配、设备老化、运行能耗过高等问题，严重影响空调系统的稳定性与经济性。某项目 1#楼因手术室面积增加导致冷负荷超出原有机房承载能力，2# 楼定频离心式冷水机组因末端负荷较小无法正常启动，亟需通过改造优化制冷系统。本文以该项目制冷机房为研究对象，基于现状分析与负荷计算，制定多套改造方案，从技术可行性与经济合理性两方面进行系统比选，旨在筛选出高效、节能、经济的最优改造方案，为同类制冷机房改造工程提供参考。

1 主机改造方案

1.1 现状分析

该项目制冷机房包含 1# 楼和 2# 楼两个独立系统，具体配置如下：

（1）1# 楼冷源配置 3 台 RTHD 水冷螺杆式冷水机组，单台名义制冷量1480.6kW，耗电量 248. 9kW ，供回水温度为 7/12℃，现有制冷主机总容量 1200RT。

（2）2# 楼采用大小机组合配置，包含 1 台制冷量 2110kW（600RT）的水冷离心式冷水机组和 1 台制冷量 1392kW（400RT）的水冷螺杆式冷水机组，机组运行年限已达 12 年。

1.2 空调系统负荷

通过对建筑面积与冷热负荷的统计，明确 1# 楼和 2# 楼的空调负荷需求，具体数据如下表 1 所示。

表 1 1# 楼和 2# 楼空调系统负荷表

1.3 问题及分析

1）由于 1# 楼部分楼层手术室面积增加，导致空调冷、热负荷增加，经计算，制冷机房承担的空调冷负荷为 4926 kW（1400RT） ，现有制冷主机总容量 1200RT， 需增容200RT。

2）2# 楼原设计采用大小机组合方式配置，其中螺杆式冷水机组制冷量 1392kW（400RT），离心式冷水机组制冷量 2110kW （600RT），因末端负荷较小，定频离心式冷水机组不能启动，针对此问题，可通过以下几种途径解决：

（1）利旧：原有 1# 楼被替换的一台 400RT 的螺杆机组，移至 2# 楼制冷机房加以利用。优点是改造成本低，缺点是机组效率低，运行能耗大，另外机组已运行 12 年，考虑到设备折旧等因素，能够继续运行的时间有待观察。

（2）变频改造：采用变频启动方式，优点是改造成本较低，缺点是机组已放置12 年，考虑到设备折旧等因素，能够继续运行的时间有待观察。

（3）设备更换：将原 600RT 离心机组更换为 400RT 磁悬浮冷水机组，优点是机组能效高，运行能耗低，寿命长，缺点是相较于利旧和变频改造初投资较大。

2、改造方案及技术经济分析

根据现状问题与负荷需求，分别针对 1# 楼、2# 楼制冷机房及两机房联通系统制定改造方案，具体如下：

2.1 1# 楼制冷机房

1）方案一：1# 楼制冷机房利旧 2# 楼 1 台 600RT 离心式冷水机组

（1）改造设备清单及造价

（2）改造方案特点

设备充分利旧，满足供冷需求，机组已放置 12 年，考虑到设备折旧及性能衰减等因素，能够继续运行的时间有待观察。同时主机对应的冷水泵、冷却水泵、冷却塔相应需更换。

（3）年运行能耗

夏季制冷季节为 4 月中旬 ～10 月中旬，制冷时间按 180 天计算，每天按 24 小时计算（ ⟨00：00～24：00 ），运行时间 H=180*24=4320h。采用“供冷能耗系数”法计算空调全年供冷能耗，供冷能耗系数 CCF=51. 1% （夏热冬冷地区），机组运行平均COP=4.3kW/kW，则冷水机组的年能耗为：

W1=CCF*QL*H/COP=0.511*2110*4320/（4.3*1000）=1083MWh。

（4）年运行费用

按 照 湖 北 省 电 力 价 格 0.69 元 /kWh， 计 算 得 年 运 行 费 用 为：1083*1000*0.69/10000=74.7 万元

2）方案二：1# 楼制冷机房更换 1 台 600RT 的磁悬浮冷水机组

（1）1# 楼楼制冷机房改造设备清单及造价

（2）改造方案特点

大幅度提升制冷系统效率、充分满足供冷需求、节省运行能耗，延长现有制冷系统的服役寿命。同时主机对应的冷水泵、冷却水泵、冷却塔相应需更换。

（3）年运行能耗

夏季制冷季节为 4 月中旬 ～10 月中旬，制冷时间按 180 天计算，每天按 24 小时计算（ 00：00～24：00 ），运行时间 H=180*24=4320h。采用“供冷能耗系数”法计算空调全年供冷能耗，供冷能耗系数 CCF=51.1%（夏热冬冷地区），机组运行平均COP=6.71kW/kW，则冷水机组的年能耗为：

W1=CCF*QL*H/COP=0.511*2110*4320/（6.71*1000）=694MWh。

（4）年运行费用

按 照 湖 北 省 电 力 价 格 0.69 元 /kWh， 计 算 得 年 运 行 费 用 为：694*1000*0.69/10000=47.9 万元

2.2 2# 楼制冷机房

1）方案一：利旧原有 1# 楼 1 台 400RT 螺杆式冷水机组

（1）1# 楼被替换的 400RT 冷水机组承压 1.6MPa，2# 楼 600RT 及 400RT 的冷水机组承压为 1.0MPa， 故 1# 楼 400RT 可替换 2# 楼的制冷主机。

（2）此方案考虑设备更换费用，安装费用约 60 万元。

（3）年运行能耗

夏季制冷季节为 4 月中旬 ～10 月中旬，制冷时间按 180 天计算，每天按 24 小时计算（ ⋅00：00～24：00⟩ ），运行时间 H=180*24=4320h。采用“供冷能耗系数”法计算空调全年供冷能耗，供冷能耗系数 CCF=51. 1% （夏热冬冷地区），2# 楼冷源运行平均 ，则冷水机组的年能耗为：

W1=CCF*QL*H/COP=0.511*1394*4320/（4.27*1000）=721MWh。

（4）年运行费用

按 照 湖 北 省 电 力 价 格 0.69 元 /kWh， 计 算 得 年 运 行 费 用 为：721*1000*0.69/10000=49.7 万元

方案二：600RT 冷水机组变频改造

为解决离心式冷水机组不能正常启动及后期节能运行的问题，建议将原有的离心式冷水机组进行变频节能改造。即原设备启动柜更换为变频启动柜，并在机组上增加相关零配件，将设备改造为变频离心式冷水机组。

（1）改造内容确认离心式冷水机组具备改造条件；

变频启动柜到场；

执行相关控制程序；

原有启动柜电缆拆除；

原有控制柜控制线路拆除；

压缩机及新变频启动柜电缆及控制线路的连接；

更换及增加相关零配件；

压缩机启动方式调整；

送电预热及启动前检查；

启动机组及运行状态跟踪；

完成改造并出具报告。

（2）改造方案特点

提升冷水主机的全年综合能效（IPLV）。

心机变频逻辑控制中还拥有很好的喘振保护逻辑降低启动电流，改善对电网的冲击。

变频器启动则可以实现真正的软启动，其启动电流往往不到额定电流的 50% ，减少在低负荷下机组的频繁启停。

造价：机组变频改造费用约 60W 。

施工费用：10 万元（5）年运行能耗

夏季制冷季节为 4 月中旬 ～10 月中旬，制冷时间按 180 天计算，每天按 24 小时计算 （00;00～24;00） ），运行时间 H=180*24=4320h。采用“供冷能耗系数”法计算空调全年供冷能耗，供冷能耗系数 CCF=51.1%（夏热冬冷地区），2# 楼冷源运行平均COP=5 .21 kW/kW，则冷水机组的年能耗为：

W1=CCF*Q *H/COP=0.511*1394*4320/（5.21*1000）=591MWh。

（6）年运行费用

按 照 湖 北 省 电 力 价 格 0.69 元 /kWh， 计 算 得 年 运 行 费 用 为：591*1000*0.69/10000=40.8 万元。

3）方案三：600RT 冷水机组更换为 400RT 磁悬浮冷水机组（1）2# 楼制冷机房改造更新设备清单及造价

W1=CCF*QL*H/COP=0.511*2110*4320/（4.3*1000）=1083MWh。

（3）年运行能耗

夏季制冷季节为 4 月中旬～ 10 月中旬，制冷时间按 180 天计算，每天按 24 小时计算 （00：00～24：00） ），运行时间 H=180*24=4320h。采用“供冷能耗系数”法计算空调全年供冷能耗，供冷能耗系数 CCF=51.1%（夏热冬冷地区），2# 楼冷源运行平均COP=4.27 kW/kW，则冷水机组的年能耗为：

（4）年运行费用

W1=CCF*QL*H/COP=0.511*1394*4320/（4.27*1000）=721MWh。

（2）年运行能耗① 1# 楼

按 照 湖 北 省 电 力 价 格 0.69 元 /kWh， 计 算 得 年 运 行 费 用 为：1083*1000*0.69/10000=74.7 万元

② 2# 楼

3、改造方案技术经济分析

按 照 湖 北 省 电 力 价 格 0.69 元 /kWh， 计 算 得 年 运 行 费 用 为：573*1000*0.69/10000=31.6 万元

2.3 1# 楼与2# 楼制冷系统联通方案

夏季制冷季节为 4 月中旬 ～10 月中旬，制冷时间按 180 天计算，每天按 24 小时计算（ ⋅00：00～24：00⟩ ），运行时间 H=180*24=4320h 。采用“供冷能耗系数”法计算空调全年供冷能耗，供冷能耗系数 CCF=51 .1%（夏热冬冷地区），2# 楼冷源运行平均COP=6 .71 kW/kW，冷水机组的年能耗为：

W1=CCF*Q *H/COP=0.511*1394*4320/（6.71*1000）=458.6MWh。

（3）运行费用

3.1 分析方法与参数设定

经济评价指标：选取造价、年运行能耗、年运行费用、投资回收期、预计使用年限、年均投资额作为核心评价指标，其中投资回收期 Ψ=Ψ （方案造价 - 基准方案造价）/（基准方案年运行费用 - 方案年运行费用）（基准方案为两机房联通方案），年均投资额 Σ=Σ 方案造价 / 预计使用年限。

）方案：1# 楼与2# 楼增加 DN300 的联通管道

运行时间：夏季制冷季节为 4 月中旬 ～ 10 月中旬，按 180 天计算，每天 24 小时运行，总运行时间 H=180×24=4320h。

按 照 湖 北 省 电 力 价 格 0.69 元 /kWh， 计 算 得 年 运 行 费 用 为：721*1000*0.69/10000=49.7 万元。

（1）改造新增管线费用

此方案需将 2# 楼制冷机房集、分水器与 1# 楼制冷机房集、分水器分别联通，根据测算，“连通管”管径为DN300， 共分为 3 段。

能耗计算方法：采用“ 供冷能耗系数” 法计算全年供冷能耗，公式为：W1=CCF×QL×H/COP，其中 CCF 为供冷能耗系数（夏热冬冷地区取 51.1%），QL 为冷负荷（kW），COP 为机组运行平均能效比。

电费标准：参考湖北省电力价格，按 0.69 元 /kWh 计算年运行费用。

考虑对此段管线路由内其他管线的拆除、复原费用，此管段造价：36 万元。

基于 1# 楼、2# 楼及联通系统的单一方案，组合形成 4 套整体改造方案，具体技术经济指标如表 56 所示。

① 管段1 ：此管段为1# 楼地下二层制冷机房至地下室北侧外墙 H^～G/1^～2 轴处，“联通管”供回主管总长度为 104m ，如下图所示：

3.2 各组合方案技术经济指标

② 管段 2 ：此管段为从 1# 楼地下室外墙至 2# 楼地下室外墙 ， 室外埋地管线长度54m，如下图所示：

考虑对此段管线路由内其他管线、道路、绿化带的拆除、复原费用，此管段造价：45 万元。

考虑对此段管线路由内其他管线的拆除、复原费用，此管段造价：29.8 万元。

③ 管段 3 ：此管段为从 2# 楼地下室外墙进入后接入 2# 楼制冷机房的集、分水器，DN300 供、回水管总长度约 115m。

两个制冷机房联通后，系统工作压力相同 ， 其值接近 1.0MPa，高于 2# 楼制冷系统原工作压力（ （0.6MPa） ），考虑到现有 2# 楼机房的阀门和附件年久失修，应更换此部分阀门和附件以确保系统正常运行，造价约 35 万元。

估算总成本约145.8 万元。

（3）改造方案特点

① 设备可以充分利旧，满足供冷需求，节省初投资，但机组已运行 12 年，考虑到设备折旧及性能衰减等因素，能够继续运行的时间有待观察。

② 联通两个制冷系统需增加供、回水管（DN300）总长度 287m ， 其中埋地管线54m ，施工中需破坏院区内部道路，同时地下既有管线尚不明确，需进行地下管线物探，施工难度和风险均较大。

③ 管线路由所经之处多次穿越房间及走道隔墙、吊顶，影响沿线房间和走道的净高，对现状破坏较大，恢复成本较高。

② 2# 楼

（3）年运行能耗

① 1# 楼

夏季制冷季节为 4 月中旬 ～10 月中旬，制冷时间按 180 天计算，每天按 24 小时计算（ ⋅00：00～24：00⟩ ），运行时间 H=180*24=4320h。采用“供冷能耗系数”法计算空调全年供冷能耗，供冷能耗系数 CCF=51. 1% （夏热冬冷地区），机组运行平均 COP=4.3 kW/kW，则冷水机组的年能耗为：

表 5 整体改造方案技术经济比较表

3.3 方案比选结果

方案一（基准）：虽实现两系统联通与设备利旧，但施工风险高、对建筑破坏大，且机组老化问题未解决，预计使用年限仅 5 年，年均投资额 29.2 万元，综合效益最差。

方案二：设备利旧率最高，造价 183.5 万元，但年运行能耗与费用未降低，机组老化导致预计使用年限短（5 年），年均投资额 36.7 万元，长期经济性差。

方案三（推荐）：采用磁悬浮机组全面升级，虽造价最高（333.3 万元），但年运行能耗降至 1153MWh、年运行费用降至 79.5 万元，投资回收期仅 4.2 年；预计使用年限 17 年，年均投资额 19.6 万元，且大幅提升系统效率、延长服役寿命，施工周期短，综合技术与经济效益最优。

方案四：1# 楼升级磁悬浮机组、2# 楼变频改造，造价 273.5 万元，投资回收期 3.6年，但 2# 楼机组仍为老化设备（预计使用年限 5 年），后续需再次改造，长期稳定性与经济性不如方案三。

4、结论与建议

4.1 结论

某项目制冷机房改造的核心需求为解决 1# 楼冷负荷不足与 2# 楼机组启动故障，通过多方案比选，1# 楼更换 600RT 磁悬浮冷水机组 ⁺2# 楼更换 400RT 磁悬浮冷水机组的组合方案（方案三） 为最优选择。

该方案可大幅提升制冷系统效率（COP 提升至 6.71kW/kW），年运行能耗较基准方案降低 36.1%，年运行费用降低 36.1% ；投资回收期 4.2 年，预计使用年限 17 年，年均投资额最低，兼顾短期经济性与长期稳定性。

设备利旧与变频改造方案虽初投资较低，但受限于机组老化问题，后续运行能耗高、寿命短，长期综合效益较差；两机房联通方案施工风险高、对建筑破坏大，不具备可行性。

4.2 建议

优先采用方案三进行改造，改造过程中需同步做好 1# 楼屋面楼板结构加固与 2#楼外墙、地面楼板的拆除与复原工作，确保施工安全。

改造后建立机组运行监测系统，实时跟踪磁悬浮机组的 COP、运行电流等参数，及时发现并解决运行问题，进一步提升系统能效。

对于同类既有建筑制冷机房改造，建议优先考虑磁悬浮等高效节能设备，结合设备寿命与运行能耗进行全生命周期经济评价，避免仅关注初投资而忽视长期成本。