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2024年第 01 期

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2018 年第 08 期

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

节

能

技

术

1.3 结冰类型

风力发电机叶片结冰类型主要分为三种，分别

为积霜、沉降冰和云雾冰［2］

。

1）积霜。通常是指在温度低于冰点（0 ℃）的

条件下形成，当空气中的水蒸气接触到低于冰点的

物体表面时，就会凝结成冰晶，并附着在物体表面

形成一层薄薄的冰层的现象［3］

。多形成于寒冷季

节晴朗、无风的夜晚。表层结霜后叶片表面粗糙度

会增加，甚至改变叶片的形状，影响叶片空气动力

特性。

2）沉降冰。主要指由于降水导致形成的冰，可

分为湿雪和冻雨［2］

。

（1）湿雪通常是指雪花在降落过程中会经过一

段温暖层，之后以半融化状态落到地面的一种天气

现象。湿雪落到叶片上会在叶片表面重新冻结，冰

体形状为白色堆体状。

（2）冻雨是一种气象现象，指降水中的水滴在

接触到地面或物体时迅速冷却并结冰形成的降水

形式。冻雨通常发生在空中温度接近或低于冰点

（0 ℃）的情况下，但地面或物体的温度仍然低于

冰点。

3）云雾冰。云雾冰也称为大气结冰，指当风力

发电机运行环境低于冰点（0 ℃）时，空气中的过冷

水滴与叶片表面接触，在叶片表面所形成的冰。云

雾冰可分为霜冰、明冰和混合冰。

（1）霜冰形成于温度较低的环境，空气中液态

水含量较多，过冷水滴与叶片接触后会立刻结冰。

其结冰形状较规则，由于在结冰过程中有空气嵌入

冰层内部，进而导致冰体表面粗糙，呈现不透明的

白色。

（2）明冰形成于温度较高的环境（-8~0 ℃），空

气中液态水含量较少，过冷水滴与叶片接触后不会

立刻结冰，部分水滴会以液态的形式附着于叶片表

面，形成一层水膜。明冰的形状不规则，但明冰表

面光滑且均匀，黏附性较强，不易清除。

（3）混合冰具有霜冰和明冰两种冰的形态和特

点，对叶片气动特性影响最大。

1.4 结冰影响

结冰对风力发电机可能产生多方面的影响。

常见的影响如下：

1）减少风能转换效率

结冰会增加风力机叶片的重量和阻力，导致叶

片无法高效地捕获风能，使风力机的性能下降，减

少发电能力。

2）增加机械负载

叶片覆冰会增加旋转部件的负载，如轴承和齿

轮。这可能导致机械磨损加剧，缩短风力机的寿

命，并增加维护成本。

3）停机

如果结冰情况严重，风力机可能会被迫停机

以避免进一步损坏。结冰的叶片可能不再平衡，

造成旋转不稳定，从而对风力发电机的安全性造

成威胁。

4）安全风险

结冰的叶片可能会在风力机旋转时脱落，成为

飞行物，可能会对附近的人员和财产造成伤害。

2 叶片结冰检测方法

结冰检测有助于工作人员及早发现设备结冰

并及早进行防护，可以提高风力发电机的安全性和

降低维护成本。风力机叶片结冰检测技术分为直

接检测和间接检测两种［4］

。

2.1 直接检测

直接检测是在风力机外部安装相应的传感器

装置，通过使用传感器对冰的物理特性来进行检

测。通过传感器检测由冰引起的质量、电导率、电

感、介电常数等特性的变化，来检测是否有冰。

1）超声阻尼。该方法的原理是利用冰影响声

音的传播并加以检测。将声学器件安装在需要检

测区域的两端，检测并接收信号。一旦信号发生变

化，表明在区域内存在冰［4］

。该检测方法非常灵敏

且消耗较少能量。王鹏等［5］

采用基于主成分分析

（PCA）的方法进行结冰检测，验证了超声波结冰检

风力发电机叶片结冰检测及防除冰技术综述

145

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上海节能 No.01

2024

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

节能技术

测方法的可行性。该方法不仅避免了温度对检测

结果的影响，而且结冰检测范围也不局限于叶片的

叶尖，PCA方法可以有效地检测叶片尖端和中端处

的冰。在叶片尖端，可以检测厚度大于1 mm的冰，

而在叶片中部，可以检测厚度大于4 mm的冰，充分

满足实际检测需求。缺点：实际应用较少，缺乏实

际应用经验。

2）压电传感器。该方法是将压电传感器安装在

需要监测结冰的表面上，当表面结冰时，冰层的存在

会对传感器施加压力或应力。传感器在受到压力时

会产生电荷或电压信号。传感器将产生的电荷或电

压信号传递给相关的电路或测量设备进行检测和分

析。根据信号的大小和变化可以用来判断是否结

冰。徐斌等人［6］

使用压电传感器，通过向驱动器输入

正弦波扫描电压采集响应信号，通过分析信号的小

波包能量（WPE）来判断叶片覆冰情况。如果小波包

的能量值有显著减少，说明冰层的厚度在增加。此

外，还发现随着输入电压频率范围的增大，小波包的

能量变化更加明显。缺点：该方法存在一定的误差，

并且对叶片的空气动力学性能产生一定的影响。

3）振动膜片。该方法是将测量装置安装在叶

片表面，通过比较测量线圈和膜片之间的电容变化

判断叶片的结冰情况［7］

。如果膜片结冰，冰层的质

量和刚性将改变膜片的振动特性，导致与基准状态

不同的振动信号。该方法所使用的仪器体积较小，

所以不会影响风力机叶片的空气动力学性能。缺

点：实践中应用较少。

4）温度变化。该方法是利用两组温度传感器

进行比较测量。将一个传感器安装在与叶片相同

的环境中，另一个放置在室温下。对两个传感器同

时进行加热处理，如果外部传感器没有检测到有

冰，其温度将立即发生变化。如果检测到有冰，则

冰会使温度变化延迟一段时间。通过比较可以判

断是否存在积冰［8］

。缺点：该方法不能及时地将覆

冰反馈到风力机叶片上。

2.2 间接检测

根据风力机的外部环境及机组内部运行状况

变化来判断叶片是否覆冰。

1）输出功率差。该方法是通过对比风力发电

机理论输出功率与风力发电机正常运行时的输出

功率的偏差进而判断是否结冰。当叶片覆冰时，风

力机的实际输出功率会低于预期功率，通过对比可

以判断出叶片是否出现结冰。缺点：其他因素也会

导致叶片功率降低。

2）双风速计。该方法是将两个风速计与叶片

放置在相同的环境中。一个风速计加热处理，另一

个不作处理，比较两个风速计的速度。如果没有处

理的风速计的速度趋于零或低于加热风速计的速

度，则可以假定有冰［9-10］

。缺点：当有少量的冰存在

时，则不会导致速度产生显著差异，容易产生误差，

而且无法在没有风的情况下进行测量。

3）噪声检测。该方法通过比较有无结冰时风力

机运行产生的噪声频率，来判断叶片是否结冰［11］

。叶

片结冰后，负载增大，空气动力学特性改变，导致产

生的噪声频率明显高于正常运行条件下［12］

。

4）叶片共振频率。叶片结冰后，会导致其负载

分布不均，进而会改变叶片共振频率。该方法是将

叶片未结冰正常运转时的历史共振频率与结冰后叶

片结冰的共振频率对比，来判断叶片是否结冰。

5）能见度和云层高度。该方法是通过能见度

和云的高度可以用来检测云中的结冰。当温度低

于 0 ℃时，云中开始结冰。缺点：云高和能见度的

数据不容易获得［13］

。

6）机舱机械振动与功率曲线。该方法是通过

采集风力机机舱的振动和功率曲线来确定风力机

叶片的结冰情况。缺点：该方法具有较强的不稳定

性，应结合当地天气预报，才能取得较好的冰情预

报效果［14］

。

3 叶片防除冰技术

风力机叶片防/除冰技术主要分为被动防/除冰

和主动防/除冰两种［15］

。

3.1 被动防冰

1）特殊涂料。该方法是在叶片表面涂抹防

146

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节

能

技

术

护溶液，使其与叶片表面相附着的水相混合，防止

水吸附在叶片上，不会在叶片上结冰。该方法操

作简单，使用方便。缺点：有效防护时间短，但除

冰效果差，只能用于临时防冰，不适合大范围的叶

片结冰。

2）黑色涂料。该方法是在叶片表面涂抹黑色

涂料，利用黑色的吸热特性，使叶片表面温度升高，

进而达到防冰。当叶片稍微结冰时，黑色涂料的防

水效果非常好，但单独使用黑色涂料来防止结冰是

完全不够的，它具有与疏水涂料相同的缺点。缺

点：黑色涂料不容易控制，容易造成过热，叶片材料

可能会受高温影响，导致其发电性能降低［16］

。

3）化学用品。该方法尚未用于风力机叶片除

冰，通常应用于飞机机翼。化学用品可以防止水冻结

成冰，但它也会污染环境［17］

。缺点：如果在叶片中使

用化学品，还需要考虑如何防止腐蚀以及如何防止腐

蚀从叶片上脱落。它可以增加叶片的粗糙度，影响其

气动性能。这种方法目前不用于风力机叶片。

3.2 主动防冰

1）电加热防冰。该方法是在叶片内部安装加

热元件，使叶片表面温度高于 0 ℃，进而达到防冰

目的，当叶片表面温度保持在-5 ℃，不是0 ℃时，有

利于节省33%的能量。

2）空气层防冰。该方法是在叶片前缘布置小

孔，从叶片内部喷出空气，在前缘形成空气层，空气

阻止大部分过冷水滴撞击在叶片前缘，降低结冰的

可能性［18］

。

3）微波加热防冰。该方法是通过加热叶片，使

叶片温度升高，进而阻止冰的形成。

3.3 被动除冰

1）柔性叶片。该方法是利用叶片的物理特性去除

冰，叶片本身弯曲后有足够的柔韧性去破冰［19］

。缺点：

弯曲破裂的冰的动能很大，可能存在安全问题。

2）主动变桨控制。该方法适用于短期结冰事

件，对于失速型风力发电机来说，结冰会使其产生

生产损失。对于变桨距控制风力发电机的影响较

小。该方法实际上并不是除冰技术，但其有助于减

少结冰对风力发电机造成的损失，通过变桨距控制

可以使能量产生最大化。尽管该方法忽略了结构

上的附加载荷及其控制的复杂性，但根据结冰事件

的严重程度和对结构的长期影响，该方法有可能成

为一种最有效的方法。

3.4 主动除冰

1）机械除冰。该方法适用于叶片结冰严重情

况，当叶片结冰严重时风力机停机。借助外力对

叶片的结冰点进行除冰。通常采用人工敲打方式

击碎叶片覆冰，之后在风力机旋转离心力和重力

的作用下使得覆冰脱离叶片。缺点：该方法除冰

效率低且危险性高，停机会影响风场的功率输出，

减少收益。

2）电加热除冰。该方法原理是在风力机叶片

的内部安装加热元件，通过加热元件加热的方式，

使叶片与冰层之间产生空隙，之后在叶片转动离心

力的作用下将冰去除，该方法是当时应用最广的一

种除冰方法。缺点：叶片设计复杂，成本较高，容易

引雷。

3）热空气除冰。该方法是一种表面间接加热

方法，通过在叶根处安装加热器或鼓风机，将加热

的空气输送到叶片腔体中，形成循环暖流，在热空

气作用下，叶片和冰层之间形成一层水膜，在叶片

旋转离心力作用下使冰脱离叶片。该方法结构相

对简单，也不会对叶片的空气动力学性能产生影

响，不会有雷击的危险。缺点：加热效率较低，叶片

前缘除冰效果不佳。

4）超声波除冰。该方法是一种利用超声波的

能量和振动特性来清除表面结冰的方法。它基于

超声波的机械振动作用和声波传播特性，通过将超

声波传递到结冰表面，产生振动和能量来破坏冰

层，使其脱落。王绍龙［20］

通过实验证明了超声波除

冰优于电加热除冰，且该方法对叶片气动性能产生

影响较小。缺点：该技术尚不成熟，应用较晚。

5）柔性充气罩法。该方法使用充气罩或充气

袋覆盖在结冰的表面，并通过向充气罩注入热空气

风力发电机叶片结冰检测及防除冰技术综述

147

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2024

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节能技术

或温暖的气体来加热结冰表面，以使冰层融化或变

软，并最终脱落。

4 结语

综上所述，可以根据不同区域及气候条件，风

电场选取相应的结冰检测技术和防除冰技术，提高

检测效率和防除冰效果。当前结冰检测方法中超

声阻尼检测结冰效率最高，不仅可以检测到覆冰的

存在，而且还可以检测到覆冰的厚度。虽然超声波

除冰效率较高，但该技术尚不成熟。电加热除冰是

目前应用较为广泛的除冰方法，该方法可以与叶片

涂层方法相结合，提高防除冰效率。目前还没有一

种较为理想的防除冰方法，因此未来研发一种简

单、高效的防除冰技术对风电机组的稳定运行具有

重大意义。

参考文献

［1］IEAWind. 13. Wind Energy Projects in Cold Climates. Expert group

study on recommended practices 2011; 2012, May 22, 2012.

［2］姜禹. 转速对直线翼垂直轴风力机叶片结冰分布影响试验研究［D］.

东北农业大学,2020.

［3］田茂. 霜形成的有利条件和观测记录技巧初探［J］. 北京农业,2014

(9):198-199.

［4］Carlsson V. Measuring routines of ice accretion for Wind Turbine applications: The correlation of production losses and detection of ice［J］.

2010.

［5］Wang P, Zhou W, Bao Y, et al. Ice monitoring of a full‐scale wind turbine blade using ultrasonic guided waves under varying temperature

conditions［J］. Structural control and health monitoring, 2018, 25(4):

e2138.

［6］徐斌，郭雪怡，陈洪兵.基于压电陶瓷的风力发电机叶片模型覆冰主

动监测［J］.压电与声光，2017,39(1): 72-76.

［7］Wei K, Yang Y, Zuo H, et al. A review on ice detection technology and

ice elimination technology for wind turbine［J］. Wind Energy, 2020, 23

(3): 433-457.

［8］Zhao X, Rose J L. Ultrasonic guided wave tomography for ice detection

［J］. Ultrasonics, 2016, 67: 212-219.

［9］Venna S V, Lin Y J, Botura G. Piezoelectric transducer actuated leading

edge de-icing with simultaneous shear and impulse forces［J］. Journal

of Aircraft, 2007, 44(2): 509-515.

［10］Tammelin B, Cavaliere M, Kimura S, et al. Ice free anemometers. Finland: Proceedings of the Boreas IV Conference. Enontekiö, 1998:

239-252.

［11］Seifert H. Technical requirements for rotor blades operating in cold climate, Pyhatunturi, Finland: Proceedings of the Boreas VI Conference, 2003.

［12］Björkman M. Long time measurements of noise from wind turbines. J

Sound Vib. 2004, 277: 567-572.

［13］Szasz RZ, Ronnfors M, Revstedt J. Influence of ice accretion on the

noise generated by an airfoil section. International Journal of Heat

and Fluid Flow. 2016,62:83-92.

［14］Skrimpas GA, Kleani K, Mijatovic N, et al. Detection of icing on

wind turbine blades by means of vibration and power curve analysis.

Wind Energy. 2016,19(10):1819-1832.

［15］Dalili N, Edrisy A, Carriveau R. A review of surface engineering issues critical to wind turbine performance. Renew Sustain Energy

Rev. 2009,13: 428-438.

［16］Tammelin B, Cavaliere M, Kimura S, et al. Ice free anemometers. Finland: Proceedings of the Boreas IV Conference. Enontekiö, 1998:

239-252.

［17］Patreau V, Morency F, Paraschivoiu I. Analysis of Thermal De-Icing

System for Horizontal Axis Wind Turbine Blade. Finland: Proceedings of the Boreas IV Conference. Hetta, 1998:222-235.

［18］胡良权. 水平轴风力机叶片结冰问题研究［D］.上海交通大学,2019.

［19］Botta G, Cavaliere M, Viani S. S. Pospıšil. Effects of hostile terrains

on wind turbine performances and loads: the Acqua Spruzza experience. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics.

1998,74:419-431.

［20］王绍龙. 基于超声波法的风力机叶片翼型防除冰研究［D］.东北农业

大学,2014.

148

基于沸石转轮的吸附浓缩

VOCs 治理系统余热利用

分析

常鹏涛

中船第九设计研究院工程有限公司

摘要：随着国内环保治理攻坚战的持续，国内VOCs治理的情况得以大

幅改善，在我们逐渐看到了蓝天白云的时候，又一新的课题引起了我们

的注意。大量的VOCs治理设备上马造成了新的能源消耗，在国家提出

“双碳”战略的当下，新增的能源消耗既为企业增加了负担，也为国家“双

碳”战略增加了一定的碳排放总量，从典型的VOCs治理系统入手，探讨

VOCs治理系统的余热利用空间及其方式方法。

关键词：余热；VOCs；治理系统；采暖

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2024.01.018

Analysis of Waste Heat Utilization in

Adsorption and Concentration VOCs

Treatment System Based on Zeolite

Rotor

CHANG Pengtao

CSIC Ninth Design & Research Institute Engineering Co.,

Ltd.

Abstract: As the domestic environmental protection governance con收稿日期：2022-10-24

基金论文：上海市2020年度科技创新行动计划社会发展科技领域项目“低温余热深度利用技术研究

及示范应用”（20dz1205700）

作者简介：常鹏涛（1984-07-），男，本科，高级工程师，从事热能与动力相关研究以及大气污染物防治

的相关研究

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上海节能 No.08

2018

tinues to make progress, the situation of domestic VOCs governance has been greatly improved. As

we gradually see blue sky and white clouds, another new issue has attracted our attention. The launch

of a large number of VOCs governance equipment has caused new energy consumption. At the moment when the country proposes the \"Double Carbon\" strategy, the new energy consumption not only

increases the burden on enterprises, but also increases the total carbon emissions of the country's

\"Double Carbon\" strategy. Starting from typical VOCs governance systems, this article discusses the

space and methods for waste heat utilization in VOCs governance systems.

Key words: Waste Heat; VOCs; Treatment System; Heating

0 引言

近年来，随着国内环保要求越来越严格，VOCs

治理的情况大幅改善，大批的企业通过源头减排、

末端治理等措施，使企业VOCs排放的情况达到了

相关规范和标准的要求，空气质量大幅改善，工人

的生产环境也有了显著的提升，我们又看到了久违

的蓝天白云，呼吸到了新鲜的空气。

在 VOCs 治理日渐完善后，大部分上马 VOCs

末端治理设备的企业把目光的焦点转移到了另一

个问题上，就是VOCs治理设备的能耗问题，焦点主

要集中在以下几方面：一是生产负荷的变化对

VOCs气体的挥发产生了周期性或非周期性波动，

设备的能耗在生产负荷波动的过程中变化较大，特

别是生产负荷较低的时候，VOCs末端治理设备的

能耗显著上升；二是VOCs治理设备以CO、RTO为

代表的焚烧法会产生大量的末端尾气，尾气带走大

量的热量，造成了能量的流失。

本文就上文中的第二个问题展开讨论，以涂装

车间的末端VOCs治理设备为研究对象，以“沸石转

轮+RTO”的典型末端治理系统为分析模型，探讨

VOCs末端治理设备的余热利用思路。

本文重点针对上海某重工企业的涂装车间

VOCs治理系统，以典型的系统进行余热量分析，对

余热的可利用数量、利用途径、利用方法等展开讨

论。典型 VOCs 治理系统的流程见图 1。VOCs 治

理系统主要参数见表1。

根据采取的工艺不同，VOCs 治理设备主要分

为浓缩治理和不浓缩治理两类，当采取不浓缩治理

时，其治理设备排出的热风可以在余热利用中直接

排入烟囱，该类VOCs治理设备余热利用计算相对

简单，本文重点讨论上述典型VOCs治理系统（吸附

浓缩+燃烧氧化）中的余热利用。

在上述系统中，其热量的产生来源主要有两

图1 典型VOCs治理系统流程图

150

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节

能

工

程

与

经

济

处：一处是RTO中的燃烧器燃烧产生的热量，其来

源为天然气等化石能源或者电力能源；另一处是

VOCs自身发生氧化反应产生的热量。本文对热量

的产生不展开具体计算，仅对上述项目中的可利用

余热及利用方法展开讨论，进而为VOCs治理行业

的余热利用提供借鉴。

1 可利用余热热量计算

首先，在上述典型项目中，明确其余热用途，由

于VOCs治理设备的余热具体有以下特点：品质较

低，一般VOCs治理系统的可利用余热温度在80～

120 ℃左右，且热量由空气承载，因此其品质不高；

热能总量较大；具有时效性，在喷漆及固化阶段，设

备开启时，有余热可以利用，在设备关闭后余热也

相应停止供应。基于上述特点，将该项目的废气余

热进行风风换热后，供车间冬季采暖是比较合适。

因此热交换器一次侧/二次侧的温度参数为：一

次侧出口温度25 ℃；二次侧进/出口30 ℃/0 ℃（默

认为南方环境，二次侧设计参数按照上述计算）。

该典型VOCs治理系统每天可利用余热总量计

算如下。

（1）热交换器余热风量计算：

W1= 32 500 × 190 - 50

800 - 130 ÷ 0.85 =7 990 m3

/h

（2）换热器一次侧废气可用余热计算［1］

：

Q11=7 990×1.29×1.005× (130-25)×3+

3 975×1.29×1.005×(80-25)×5=5 982 112 kJ/d

（3）RTO尾气可用余热热量计算［1］

：

Q12= 32 500×1.29×1.005×(80-20)×3+

16 250×1.29×1.005×(80-20)×5

=11 587 022 kJ/d

（4）一般产生VOCs的车间需要采暖时，车间采

用微负压状态，避免车间内VOCs气体逸散到车间

外的空气当中，因此送风取排风量的85%，车间送

风需要的热量为：

Q2= 260 000 × 0.85 × 1.29 × 1.005 ×

(80-20)×3.5+130 000×0.85×1.29×1.005×

(80-20)×5= 37 541 950 kJ/d

（5）根据《建筑设计防火规范》（GB 50016）中

第9.1.4 的相关要求［2］

，产生VOCs的车间一般有易

燃物存在，其空气不应循环利用，因此如果要对余

热进行合理利用供车间采暖，需要采用交换装置，

热交换装置的效率取85%，计算该典型VOCs末端

治理系统的可转化热量为 Q1=(Q11+Q12)×0.85 =

表1 VOCs治理系统主要参数

序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

参数

处理风量［4］

系统入口浓度

系统入口温度

浓缩倍率

RTO风量

RTO运行温度［5］

脱附风热交换器一次侧出口温度

RTO入口平均温度

RTO出口平均温度

脱附风换热前温度

脱附温度

热交换器换热效率［6］

余热利用热交换器一次侧出口温度

余热利用热交换器二次侧进出口温度

设备运行时长（平均）

脱附风换热器换热效率

单位

m3

/h

mg/m3

℃

m3

/h

℃

℃

℃

℃

℃

℃

℃

℃

h/d

数据

260 000

1 300

20

8

32 500

800

130

50

80

50

190

0.85

25

0/30

8

85%

备注

说明：设备每天全风量运行3 h，半风量运行5 h

［3］

基于沸石转轮的吸附浓缩VOCs治理系统余热利用分析

151

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2018

14 933 764 kJ/d，折算标准煤约14 933 764/29 307=

510 kgce，折耗电约 14 933 764/3 600=4 148 kWh，

折天然气约14 933 764/38 460=388 m3

。

可转化热量占车间需求热量的比例为

14 933 764/37 541 950=40%

由此可知，该末端治理系统可以提供的余热，

在冬季环境温度为0 ℃的时候，可以满足车间40%

的采暖热风需求，当环境温度高于0 ℃时，VOCs末

端治理设备可以提供的余热热量是不会发生变化

的，因此其可以满足车间采暖热风的需求比例会根

据温度的不同有一定的增加，当环境温度上升到

10 ℃时，热量需求量变为原来的2/3，此时VOCs治

理系统余热的可转化热量占车间采暖需求热量的

比例为40%×3/2=60%。

2 VOCs末端治理系统余热利用存在的问题

我们通过对典型VOCs末端治理设备的可利用

余热计算，通过冬季采暖的方式将余热加以利用，

可以看到经济效益是比较明显的。考虑到南北方

差异，北方企业冬季采暖大都采用市政热电厂热

源，南方更多采用天然气热风机组、热泵机组、电热

风机组等方式采暖，因此，考虑余热利用时，南方的

经济效益要明显好于北方。接下来，我们同样以上

述典型VOCs末端治理系统为例，梳理该系统余热

利用过程中存在的问题。

1）供热时间与用热时间的匹配［7］

在车间的生产过程中，VOCs 气体的产生是与

生产紧密关联的，而大部分VOCs治理设备的企业

其VOCs治理设备余热和供应周期和企业自身热能

的需求周期是有一定的偏差的，需要设计人员通过

合理的设计和计算，为企业自身做好供需关系上的

匹配。

2）余热无法完全满足车间用热需求

从本文的计算中，可以看到一个典型的涂装

车间，在设计条件下，仅通过余热是无法满足车

间用热需求的，这就需要另外设置补热设备或功

能，并涉及不同的热源之间供热量及供热时间上

的互补。

3）冬夏季余热利用空间差异大

以上海为例，冬季采暖季一般 3-5 个月，也就

是说如果余热的热源用来采暖，其季节性是非常明

显的，理想的余热利用是VOCs治理设备产生的余

热供车间生产用热，从而避免季节性与供需时间的

不匹配。

4）在充分利用余热的同时，需确保VOCs治理

设备的稳定性和排放达标性能

VOCs 治理设备的达标性、安全性和稳定性都

是非常重要的，余热的取用会在一定程度上影响

VOCs治理设备内部风压的稳定性，部分情况下会

对其安全性造成影响，这些都是设计人员在制定方

案时需要考虑的。

3 结论

在有效保证VOCs治理设备的达标、安全以及

稳定运行的前提下，其余热是可以考虑充分利用

的，根据企业不同的用热情况可以将余热以热风或

热水的形式用于生产或生活，VOCs治理设备的余

热品质低、总量大，应用有一定的局限性，是否有应

用场景以及应用场景是否匹配是设备余热是否能

够有效利用的重要基础，优秀的能源综合应用方案

是实现VOCs治理设备余热利用的有效途径，在“双

碳”背景下的今天，区域化的能源调度是大势所趋，

在一定程度上能够为VOCs治理设备余热的应用场

景提供更多选择的余地。

参考文献

［1］采暖通风与空气调节设计规范: GB 50019-2003［S］.

［2］建筑设计防火规范: GB 50016-2006［S］.

［3］上海市船舶工业大气污染物排放标准: DB 31/934-2015［S］.

［4］船舶工业工程项目环境保护设施设计标准: GB 51364-2019［S］.

［5］蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范: HJ 1093—2020［S］.

［6］苏翔. 船厂VOCs治理系统节能方向［J］. 机电设备, 2020, 37(3):3.

［7］盛同范, 叶峰, 王晨昊,等. 船舶行业室内涂装VOCs治理和节能方案

的探讨［J］. 船舶物资与市场, 2021.

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节

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工

程

与

经

济

数据中心主机房的能效评价方法

及提升路径

何晓燕

上海市建筑科学研究院有限公司

摘要：本研究主要根据数据中心主机房的气流组织和UPS应用的实测结果，分析低负载率工况下气流组

织存在的问题和UPS电源质量和运行效率，提出相应的机房能效提升路径，从而降低数据中心PUE值。

关键词：数据中心主机房；气流组织；UPS电源质量和运行效率；能效提升路径

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2024.01.019

Energy Efficiency Evaluation Method and Improvement

Roadmap of Data Center Mainframe Room

HE Xiaoyan

Shanghai Academy of Building Research Co., Ltd.

Abstract: This study mainly analyzes the problems of airflow distribution and the quality and operating

efficiency of UPS power supply under low load conditions based on the measured results of airflow organization and UPS application in the data center server room. It proposes corresponding energy efficiency improvement paths for the server room, thereby reducing the PUE value of the data center.

Key words: Data Center Mainframe Room; Airflow Distribution; UPS Power Quality and Operating Efficiency; Energy Efficiency Improvement Road map

收稿日期：2023-02-28

作者简介：何晓燕（1973-06-），女，博士，教授级高工，从事建筑能源管控的研究和实践

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2018

0 引言

2022年上海市政府工作报告中明确指出，将聚

力推进城市数字化转型，加快建设具有世界影响力

的国际数字之都。上海高度重视数字产业发展，由

此对信息基础设施具有强烈需求和较高要求。根

据上海市经信委2021年12月印发的《上海市新一

代信息基础设施发展“十四五”规划》（沪经信基

［2021］1197号），互联网数据中心标准机架可用规

模将从 2020 年的 11 万架扩展至 2025 年的 28 万

架，增量达150%，意味着上海将大力建设数据中心

的产业发展导向。数据中心建设的快速发展，能源

需求也将持续攀升。上海市经信委提供的统计数

据显示，上海2019年投运的IDC共计107个，总用

电量为33.8亿kWh，折合97.34万tce，占全市全年

用电总量的 2.1%，数据中心已成为影响上海完成

“碳达峰”“碳中和”工作的重要环节。如何全面响

应国家“双碳”战略，增强全社会可持续发展能力，

需要从数据中心的碳足迹出发，探索低碳数据中心

的长远发展路径，逐步实现数据中心碳中和的目

标。

PUE(Power Usage Effectiveness，电源使用

效率)是指数据中心总能耗与IT负载能耗之比,PUE

值的大小最能准确反映数据中心综合能效。根据

上海市相关要求，新建数据中心PUE不应高于1.3，

既有数据中心PUE不应高于1.4。数据中心节能是

涉及多专业的系统工程，涉及建筑与热工、IT设备、

电气系统、空调系统、给排水系统和运营管理等方

面，本文结合笔者的测评工作经验，重点阐述数据

中心核心区域即主机房的节能策略，主要包括机房

气流组织优化及UPS系统效率提升两部分。因为

气流组织形式是主机房设计过程中极为重要的一

个环节，好的气流组织形式能够保证冷量快速高效

地送至IT设备处，并及时带走热量，高效节能；反之

即使配置了高效的空调设备，也可能会产生局部热

点，空调系统整体能效低。此外，由于一般银行或

金融类数据中心的UPS单机负载率都长时间保持

在20%～40%，因此相比较于UPS满负荷时的整机

效率，研究UPS在低负载率情况下的整机效率和提

升路径将更有价值。

1 数据中心机房测试数据分析

1.1 项目概况

被测数据中心机房位于上海市，设计温度为

20～26 ℃，相对湿度50%RH±10%RH，露点温度

12 ℃。机房内共摆放机柜94个，测试当日IT设备

运行总功率约为 142 kW，单台机柜平均功率为

1.51 kW。配置精密空调 8 台，单台额定制冷量为

1 235 kW。送风采用下送上回方式,气流组织为静

压地板下送上回+封闭冷通道形式，架空地板高

800 mm，采用不同开孔率的地板。

1.2 机房气流组织测试

该项目采用自主研发的温度场自动测试仪进行测

试，测量元件为PT100温度传感器，精度±0.1 ℃，

本次选取了B-C列机柜间的冷通道进行测试，测点

位置为每个机柜正前方中轴处，测试高度分别为

0.25、0.80、1.35和1.90 m，并绘制不同高度的温度

场热力图，如1.9 m高度热力图如图1所示。

图 1 温 度 最 高 点 为 C24 机 柜 进 风 口 ，为

33.98 ℃ ；温 度 最 低 点 为 C16 机 柜 进 风 口 ，为

23.89 ℃，可见该通道进风口温差较大。

图1 冷通道1.9 m高度热力图

154

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能

工

程

与

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济

测试及分析结论如下：

1）机柜入口温度分析。总计测点96个，被测冷

通 道 最 低 20.34 ℃ ，最 高 34.88 ℃ ，平 均 温 度

24.27 ℃，部分区域温度不满足ASHRAE TC9.9《数

据中心环境散热指南》和国家标准《数据中心设计

规范》（GB 50174-2017），两个标准均要求 IT 设

备的入口温度保持在18～27 ℃。温度分布如图2

所示。

2）温度场分布规律分析。从图3可以看出，测

点温度总体上随着高度的增加逐渐升高，但由于机

柜功率的分布情况等因素，个别机柜前测点温度分

布不具有一般规律。

3）热点分布分析。如 C22 机柜前最高测点与

最低测点的温差高达12.2 ℃，C24相差9.8 ℃，C17

相差 6.59 ℃，如图 4 所示。采用红外成像仪测得

C22 最热点温度高达 42.8 ℃（如图 5 所示）该问题

是由于服务器反装导致，机柜散热排入冷通道，造

成机房气流组织紊乱，温度场分布出现异常。此

外，机柜内空闲 U 位未安装盲板,导致机柜内微环

境气流紊乱,IT 设备排出的热气流,经空闲 U 位回

流至设备进风口,致使设备入口温度大于机柜进

风温度,使设备进风温度升高。

图2 冷通道温度分布直方图

图3 不同高度的冷通道温度分布图

数据中心主机房的能效评价方法及提升路径

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图4 不同高度的冷通道温度分布图

图5 C22机柜前方温度热成像

4）送风风速分析。该机房采用下送风，气流从

空调机的底部送出，地板以下形成静压箱，通过地

板出风口疏散到机房各个角落，回风是从机房上送

回到空调机组。一般采用活动地板作为静压箱时，

出风口风速不应大于 3 m/s，测试期间冷通道地板

风速为1.18 m/s～4.43 m/s，基本属于合理范围。

1.3 UPS测试

该被测机房所在楼层设有2个主机房，UPS配置

形式为2N系统，每个系统采用3台5 000 020 kVA以

并机互投方式为主机房设备提供不间断电源，总计

6 台。测试期间每台 UPS 负载率约为 15%。采用

电能质量分析仪对该UPS系统进线侧进行测试，测

试及分析结论如下：

1）电能质量分析。由表1检测结果分析得知，

被测UPS上游存在少量谐波，但UPS注入电网的谐

波等参数不能采用常规电气性能指标评价。根据

通信用交流不间断电源(UPS)YD/T 1095-2018（表

1所采用标准），输入电流谐波成分在30%非线性负

载时，三类指标要求最大不超过25%，因此，注入电

网的谐波符合标准要求。

2)UPS 效率分析。UPS 电源效率η的定义是

输出有功功率P与输入有功功率P'之比的百分数，

表1 UPS电源输入侧电能质量数据汇总

测试参数

V1

（V）

V2

（V）

V3

（V）

电压波动范围

输入功率因数

频率波动范围

（Hz）

电压波形

畸变率

输入电流

谐波成分

U1 min

U1 max

U2 min

U2 max

U3 min

U3 max

最小值

最大值

最小值

最大值

U1

U2

U3

U1

U2

U3

回路编号

UPS-13

223.8

224.2

224

224.2

224.2

224.6

+1.7%～+2.1%

0.953

0.997

50

50

8.4%

8.36%

8.69%

0

0

0

标准要求

176～264 V（I类）

≥0.94（I类）

48～52 Hz

/

＜25%（III类）（2～39次谐波）

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与

经

济

即η=（P/P'）％。UPS电源效率并不是一个固定的

数值，而是负载率的一个函数。该项目UPS在负载

率 15%工况下，三台 UPS 的损耗分别为 9.65%、

11.69%和 10.41%，效率分别为 90.3%、88.3%和

89.6%。厂商资料显示，该高频UPS系统效率可达

94.5%，因此，在低负载情况下，UPS的实际运行效

率低于厂家指标。

1.4 pPUE测试

数据中心局部 PUE 即 pPUE 是 PUE 概念的延

伸，由于部分设备共用，因此计算pPUE时需要做仔

细的拆分。测试工况下共开启了4台精密空调机组，

合计35.5 kW，机房IT设备总功率为142 kW，因受计

量器具配备不足限制，暂无法拆分冷源和UPS损耗

等共用设备能耗；则在不考虑上述分摊的情况下，计

算pPUE为1.43。当然，由于部分能耗未进行分摊，

因此单独评价该pPUE无实际意义。但如果各机房

模块均采用此pPUE计算方法，则在同等条件下计算

结果可以横向比较气流组织对精密空调综合能效的

影响，也不失为一种简易可行的评价方法。

2 数据中心机房能效提升路径

2.1 气流组织优化

气流组织形式选用的原则是：有利于电子信息

设备的散热，建筑条件能够满足设备安装要求。主

机房空调系统的气流组织形式，应根据电子信息设

备本身的冷却方式、设备布置方式、设备散热量、室

内风速、防尘和建筑条件综合确定，并宜采用计算流

体动力学对主机房气流组织进行模拟和验证。当电

子信息设备对气流组织形式未提出要求时，主机房

气流组织形式、风口及送回风温差可按表2选用。

数据机房常采用房间级空调、行间空调和机柜

表2 主机房气流组织形式、风口及送回风温差

气流组织形式

送风口

回风口

送回风温差

下送上回

1.活动地板风口（可带调节阀）

2.带可调多叶阀的格栅风口

3.其它风口

上送上回（或侧回）

1.散流器

2.带扩散板风口

3.百叶风口

4.格栅风口

5.其它风口

1.格栅风口 2.百叶风口 3.网板风口 4.其它风口

8～15℃ 送风温度应高于室内空气露点温度

侧送侧回

1.百叶风口

2.格栅风口

3.其它风口

级空调三种方式末端形式。单机柜平均功率小于

6 kW 时，宜采用房间级精密空调，地板下送风+冷

（或热）通道封闭或弥漫送风+热通道封闭的气流

组织形式；单机柜平均功率 6～15 kW 时，宜采用

行间空调+冷（或热）通道封闭的气流组织形式；单

机柜平均功率 15～25 kW 时，宜采用水冷背板、热

管背板等机柜级空调；单机柜平均功率大于25 kW

时，宜采用封闭式机柜；单机柜平均功率超过

30 kW，应考虑散热效率更高的芯片级或浸入式液

冷技术。

2.2 提高UPS效率

UPS 系统的损耗是数据中心能耗的主要组成

部分，大约占到数据中心能耗的6%～15%，数据中

心要达到低 PUE，必须选择运行效率更高的 UPS。

UPS的效率直接决定了整个UPS系统的能耗。按

UPS的电路工作频率来划分，UPS可分为工频机和

高频机。影响UPS效率的因素较多，比如前置变压

器、滤波器、整流器、逆变器、输出变压器以及负载

的功率因数和负载百分比。在同样指标下，比如要

求输入功率因数为0.95以上时，工频机UPS就必须

外加谐波滤波器或改为12脉冲整流，就是说前面要

增加一个设备，再加上输出变压器，就比高频机

UPS 多了两个环节，由于此二者的影响，使得工频

机 UPS 的效率比高频机 UPS 约低 5%。一般情况

下，UPS 的效率会随着负载率的提高而提高，并且

数据中心主机房的能效评价方法及提升路径

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会在负载率达到 70%时达到效率最高点。考虑到

UPS的初期投资，可以选用模块化UPS达成这一目

的。模块化的一大优势在于可按需扩容，不必过于

超前规划UPS系统的容量，而是可以在适合的范围

内接近负载容量，从而达到最好的效率点。根据工

信部联合五部委共同出台的《关于数据中心建设布

局的指导意见》(工信部联通［2013］13 号)，不同类

型 UPS 对 PUE 贡献差异可达 0.1 以上。不同类型

UPS对PUE贡献差异见图6。

高频机UPS取代工频机UPS是必然的，在国家

提倡环保节能的今天，绿色节能型模块化UPS备受

关注，输入功率因数达0.999以上，模块化UPS采用

N+X的并联方式，用户可以根据自己的负载以及为

体现安全性所需要的功率冗余来决定UPS模块数。

图6 不同类型UPS对PUE贡献差异

3 结语

加强数据中心机房节能工作的重要性不言而

喻，针对现在已建成的 PUE 大于 1.4 的数据中心，

可通过数据中心评测，提出节能技改、运行管理优

化等方面措施建议，从而优化机房气流组织、提高

UPS电源的使用效率和电源质量等，在保证机房安

全稳定运行的同时，促进绿色数据中心建设。

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百万千瓦二次再热机组汽动给水泵

高效经济运行探究

邵 飞

中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华东电力试验研究院

摘要：百万千瓦二次再热机组给水泵1×100%BMCR容量配置已成当前配置主流。介绍了百万千瓦二次

再热机组给水泵配置现状及中低负荷段给水流量异常波动问题，分析研究了波动产生的原因，并提出了

改造措施，为解决该类问题提供了思路和借鉴。

关键词：百万千瓦；超超临界；二次再热；给水泵；流量波动

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2024.01.020

Research on Efficient and Economic Operation of

Steam-Driven Feed Pump for 1 Million kW Secondary

Reheating Unit

SHAO Fei

East China Electric Power Research Institute of China Datang Group Science and

Technology Research Institute Co., Ltd.

Abstract: The configuration of 1×100% BMCR capacity for the feed water pump of a million-kilowatt

secondary reheating unit has become the mainstream configuration. This article introduces the current

configuration status of the feed water pump of a million-kilowatt secondary reheating unit and the abnormal fluctuations in feed water flow at low and medium load sections. This paper analyzes and studies the causes of the fluctuations, and proposes renovation measures to provide ideas and references

for solving such problems.

Key words: 1 Million kW; Ultra-Supercritical; Secondary Reheating; Feed Pump; Flow Fluctuation

收稿日期：2022-10-27

作者简介：邵飞（1987-09-），男，硕士，高级工程师，从事电站汽轮机及热力系统节能诊断与节能优化工作

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0 引言

二次再热技术是采用两次中间再热以蒸汽朗

肯循环为基本动力循环的发电技术，其典型特征是

超高压缸和高压缸出口的工质分别被送入锅炉高

压再热器和低压再热器，实现整个热力循环二次再

热。相比一次再热机组，二次再热机组锅炉增加了

一级再热回路［1］

。

目前，国内外已有大量关于二次再热机组技术

经济性分析［2-6］

、系统优化集成研究［7］

、关键技术研

究等［8］

论著，国内也有不少二次再热机组顺利投产。

1 百万千瓦二次再热机组给水泵配置现状

十年前，国内外1 000 MW超超临界一次再热

机组给水泵配置基本以 2×50%BMCR 容量为主，

国内首批建设的 1 000 MW 超超临界二次再热机

组给水泵亦采用 2×50 %BMCR 容量配置居多，

如国电泰州二期、华能莱芜电厂等。随着给水泵

及驱动汽轮机制造能力的提高及现场运行经验

的增加，1×100%BMCR给水泵容量配置逐渐成为

主流［9-11］

。国内部分百万千瓦二次再热机组给水泵

配置见表1。

表1 国内部分百万千瓦二次再热机组给水泵配置

发电企业

大唐东营

华电莱州

大唐雷州

申能平山二期

国电泰州

华能莱芜

深能河源

华能瑞金

给水泵配置

1×100%给水泵

1×100%给水泵

1×100%给水泵

1×100%给水泵

2×50%给水泵

2×50%给水泵

2×50%给水泵

1×100%给水泵

制造厂家

苏尔寿

苏尔寿

凯士比

凯士比

凯士比

荏原

荏原

凯士比

50%THA工况

给水流量稳定性

波动

波动

波动

/

正常

正常

正常

波动

1 000 MW超超临界二次再热机组给水泵扬程

较高，相比常规超超临界百万机组给水泵扬程增加

20%～25%，轴功率增加10%～12%，流量减少7%。

从泵的工作点来看基本是现有成熟给水泵性能曲

线的延升，只不过曲线在高流量时更陡峭［12］

。图1

为某百万二次再热机组汽动给水泵组变转速工况

下的流量-扬程特性曲线，从图中可看出，高流量工

况下曲线较陡峭，1 500 t/h及以下时较平缓。

2 运行中的问题

采用 1×100%BMCR 容量给水泵配置方案可

有效降低项目初投资，且可提高机组经济性能，故

在近期新建机组中得到广泛应用。但近两年投产

的机组运行中发现，在 50%～75%中低负荷段，给

水流量会出现异常波动，危及机组的安全运行，目

前的做法是通过开启给水泵再循环阀方式来降低

波动。但给水泵再循环阀的开启会造成大量蒸汽

损失，且阀芯磨损更换费用很高。以往亚临界、超

临界一次再热机组虽也有此现象发生，但通常在

50%负荷以下，危害较小。

对于蒸汽损失，以某厂为例，2021年2-3月份，

其汽动给水泵耗汽量分别为95.83 t/h、117.4 t/h，较

对应负荷下的设计值高41.0 t/h、40.3 t/h，影响机组

供电煤耗 2.38 g/kWh 和 2.34 g/kWh，严重影响了

机组经济性，不符合机组宽负荷的节能要求［13］

。

3 给水泵流量波动原因分析

众所周知，配置1×100%BMCR容量给水泵的

百万一次再热机组和配置2×50%BMCR容量给水

泵的百万二次再热机组均不存在给水流量异常波

动问题，而配置1×100%BMCR容量给水泵的百万

二次再热机组则在中低负荷段流量出现异常波

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动。为此，对百万一次再热 1×100%BMCR 容量

给水泵、百万二次再热 2×50%BMCR 容量给水

泵、百万二次再热 1×100%BMCR 容量给水泵三

种配置方案的特性曲线和给水泵设计参数进行了

对比分析。

3.1 给水泵特性曲线分析

分析某百万二次再热 1×100%BMCR 容量给

水泵流量-扬程特性曲线，发现给水泵在中低负荷

段有明显平缓区域，在此区域运行时，管道阻力的

微小变化都会使给水流量大幅波动，如图 2 所示。

而某百万一次再热1×100%BMCR给水泵配置和

某二次再热2×50%BMCR给水泵配置则未有明显

平缓区域(如图3、图4所示)。

3.2 设计参数分析

典型百万机组给水泵组性能数据见表2。

1)百万二次再热 1×100%BMCR 容量给水泵

（C和D）和百万一次再热1×100%BMCR容量给水

泵（A）比较

由于主蒸汽流量减少，蒸汽压力提高，百万二

次再热1×100%BMCR容量给水泵较一次再热1×

100%BMCR容量给水泵流量减少、扬程增大、转速

降低约300 r/min。

2)百万二次再热 1×100%BMCR 容量给水泵

（C 和 D）和百万二次再热 2×50%BMCR 容量给

图1 某百万二次再热机组汽动给水泵组变转速工况的流量-扬程特性曲线

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2018

图2 某二次再热1×100%BMCR容量给水泵流量特性曲线

图3 某二次再热2×50%BMCR容量给水泵组流量特性曲线

图4 某一次再热1×100%BMCR容量给水泵流量特性曲线

162

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能

工

程

与

经

济

表2 典型百万机组给水泵组性能数据

项目

再热类型

给水泵汽轮机

厂家

型号

数量

形式

调速范围

第一临界转速

第二临界转速

超速保护跳闸转速

汽动给水泵

型号

级数

流量

扬程

额定转速

单位

/

/

/

/

/

r/min

r/min

r/min

r/min

/

/

t/h

m

r/min

A

百万一次再热1×100%

BMCR容量给水泵

一次再热

杭汽

WK71/90

1台/机组

单缸双流

2 800～5 050

2 450

6 700

5 350

CHTD 9/5

5

3 258

3 572.8

4 867

B

百万二次再热2×50%

BMCR容量给水泵

二次再热

上汽

ND（Z）89/84/06

2台/机组

单缸单流

2 750～6 000

2 202

7 142

6 300

CHTD 7/6

6

1 396.3

3 857.7

5 252

C

百万二次再热1×100%

BMCR容量给水泵

二次再热

上汽

SD(Z)/91/84/10

1台/机组

单缸单流

2 400～5 000

1 900

5 453

5 250

CHTD 9/6

6

2 711

4 084

4 556

D

百万二次再热1×100%

BMCR容量给水泵

二次再热

上汽

SD(Z)91/84/10

1台/机组

单缸单流

2 700～5 000

2 409

5 429

5 146

HPT500-505/33-5S

5

2 803

3 850

4 567

导致二次再热机组 1×100%BMCR 容量给水

泵流量-扬程特性曲线设计不合理的根本原因在于

二次再热1×100%给水泵与以往同类型机组配置

相比，流量特性、转速调节范围等参数发生了较大

变化，但给水泵制造厂家未能及时开发合适的给水

泵水力模型，导致中低负荷工况下流量特性与给水

系统不匹配。

通过调研发现，某厂家生产的二次再热机

组 1×100%给水泵，其设计是在一次再热机组

1×100%BMCR 容量给水泵的基础上通过降低转

速、增加叶轮级数（由5级变为6级）来适应二次再

热机组低流量、高扬程要求的，而另一厂家则采用

在降低转速的基础上增大叶轮直径的方法。此外，

为满足二次再热1×100%BMCR容量给水泵高扬

程、大轴功率的需求，给水泵制造厂家在其他类型

的基础上对轴径尺寸、强度方面进行了调整，但由

此叶轮进口流态也发生了变化，这也进一步导致了

部分负荷下给水泵性能的恶化。由于给水泵制造

厂家未根据二次再热机组特性开发新的水力模型，

其设计仅保证满负荷工况要求，故机组在 50%～

75%中低负荷区间给水流量异常波动。

4 优化方案

由于给水泵流量波动为给水泵流量特性与给

水泵（B）比较

总给水流量相同（单台泵减半），扬程相当，

但 泵 额 定 转 速 偏 差 较 大 ，二 次 再 热 1×100%

BMCR 容量给水泵额定转速较 2×50%BMCR 容

量给水泵降低约 700 r/min，主要原因是 1×100%

BMCR 容量给水泵汽轮机采用双分流设计，轴系

更长，导致其二阶临界转速和额定转速均相应

降低。

3.3 波动原因分析

由3.1节和3.2节分析可知，百万二次再热1×100%

BMCR容量给水泵汽轮机由于采用双分流设计，其

转子二阶临界转速较低，因此，在实际运行中其转

速均控制在低转速范围内，给水泵流量-扬程曲线

整体变缓，低负荷时更为平缓，导致了在微小扰动

下给水流量发生大幅波动。

百万千瓦二次再热机组汽动给水泵高效经济运行探究

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水系统不匹配造成，可采取以下措施优化：

4.1 优化给水泵水力模型

改变给水泵特性曲线，在兼顾给水泵效率的同

时，增加流量-扬程曲线的陡度，具体为改造给水

泵的芯包。图 5 为某制造厂家提供的给水泵改造

前后流量特性曲线，从图中可看出，改造后 75%

THA 工况点已不处于平缓区，50%THA 工况点略

有改善。

值得注意的是，给水泵特性曲线改变后，需对

给水泵关断扬程与设计压力进行校核，以确认系统

的适应性。校核的内容主要包括给水泵出口至第

改造前 改造后

图5 给水泵改造前后给水泵流量特性曲线

一个关断阀之间的阀门和管件强度。

给水泵改造需给水泵制造厂家进行开发和试

制，若前期无相关基础或积累，开发周期会较长，投

入也会较大。

4.2 提高给水系统阻力

给水泵运行点在给水泵组性能曲线和管路特

性曲线的交点上，提高系统阻力可让管路特性曲线

变“陡”，阻力可通过阀门节流的方式来改变。由于

一般锅炉上水阀不具备调节功能，故需在给水管道

上合适位置增加调节门。由于给水系统压力高，拟

选的阀门造价也高，且改造工作耗时，最终效果需

由实际运行验证，增加的管道阻力也会增加给水泵

汽轮机的汽耗量，进而影响经济性，故此方案要慎

重选择。

4.3 提高给水泵额定转速

在满足给水泵汽轮机安全运行裕量的前提下，

适当提高给水泵额定转速，将转速调节范围上移。

该方案需制造厂家充分校核安全性，方案对改善中

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与

经

济

低负荷段给水泵流量特性曲线陡度有一定的作用。

4.4 提高中低负荷段给水流量

增设0号高加，并在运行中适当提高主调门阀

位，以增加主汽流量，提高给水流量，但提高有限。

4.5 提高给水泵汽轮机二阶临界转速

改变给水泵汽轮机设计，提高二阶临界转速，

给水泵额定转速也相应提高。该方案对现役机组

而言，造价过高难以实现。

另一方案为采用双机回热系统，给水泵汽轮机

采用单流设计，由于其末级叶片短，二阶临界转速

有所提高，但该方案只适合新建机组。

综上五种方案，对已投产机组，可结合4.1～4.4节

措施进行改造和优化。对新建机组，应总体考虑，

全面布局，确保给水泵制造厂家根据机组不同负荷

段运行要求开发水力模型并校核性能曲线，将再循

环阀开启点降至50%甚至40%负荷。鉴于目前尚

无成功改造案例，如何保证在 40%负荷点无需开

启给水泵再循环阀依然是需要深入研究的问题。

5 结语

本文介绍了百万千瓦二次再热机组汽动给水

泵在运行中存在的问题，并从给水泵特性曲线及设

计参数方面对给水流量产生波动的原因进行了分

析。鉴于目前尚无成功改造案例，如何保证在40%

负荷点无需开启给水泵再循环阀依然是需要深入

研究的问题。本文根据给水流量波动原因提出了

相应的优化措施，为解决问题提供了思路。

参考文献

［1］王月明,牟春华,姚明宇.二次再热技术发展与应用现状［J］.热力发电,

2017,46(8):1-10+15.

［2］谷雅秀,王生鹏,杨寿敏.超超临界二次再热发电机组热经济性分析

［J］.热力发电,2013,42(9):7-10.

［3］吴涛,付昶.二次再热汽轮机热力性能评价方法初探［J］.东方汽轮机,

2016(3):24-28.

［4］王红娟,屠珊,鲁敬妮,等.二次再热机组热经济性分析［J］.热力发电,

2017,46(1):7-10.

［5］刁美玲,唐春丽,朱信,等.超超临界二次再热机组热经济性及技术经

济性分析［J］.热力发电,2017,46(8):23-29.

［6］赵晓军.超超临界二次再热机组热力系统经济性分析［D］.东南大学,

2016.

［7］马汀山,茅义军,何胜,等.超超临界二次再热机组给水泵小汽轮机优

化选型［J］.热力发电,2017,46(8):127-130.

［8］廖军林,宋晓辉,王涛,等.1000 MW二次再热机组启动技术关键点分

析与控制［J］.热力发电,2017,46(8):113-118+126.

［9］俞兴超.1000MW 超超临界火电机组给水泵配置及分析［J］.华东电

力.2008(9).

［10］俞兴超.外高桥第三发电厂1000MW机组给水泵配置方案［J］.电力

建设,2009(2).

［11］韩功博.1000MW二次再热发电机组全容量给水泵选型浅析［J］.电

力设备管理,2021(5):73-75.

［12］王亚军,朱佳琪.1000MW级二次再热机组汽动给水泵选型研究［J］.

电力勘测设计,2016(5):1-11.

［13］蒋寻寒,邵飞.煤电机组宽负荷运行与节能技术研究［J］.热力透平,

2022,51(3):147-154.

百万千瓦二次再热机组汽动给水泵高效经济运行探究

勘 误

发表在本刊杂志2023年第11期《基于PWM在LED智能系统中的控制算法研究》和2023年12期《基于改

进YOLO v5的巡更安全风险识别方法研究》文章第一作者齐芳平的原性别“女”更改为“男”。

《上海节能》杂志社

2024年1月2日

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上海市保障医疗废物安全收运

处置举措分析

张红霞

上海市固体废物处置有限公司

摘要：上海市通过加强顶层设计、强化区域统筹、发挥国企力量、创新收运模式、政企联动发力等举措，加

大医疗废物收运处置能力建设，破解小型医疗机构医疗废物收运困局，有效应对新冠疫情期间医疗废物

应急收运处置挑战，托底上海市医疗废物收运处置，保障了上海市医疗废物收运处置安全。

关键词：上海市；医疗废物；安全；收运；处置

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2024.01.021

Analysis of Air Conditioning System Design for NGS and

PCR Laboratories in a Tumor Hospital

ZHANG Hongxia

Shanghai Solid Waste Disposal Co., Ltd.

Abstract: By strengthening top-level design, strengthening regional planning, giving full play to the

power of state-owned enterprises, innovating collection and transportation modes, and coordinating efforts between government and enterprises, Shanghai has increased the capacity building of medical

waste collection, transportation and disposal, solved the difficulties of medical waste collection and disposal in small medical institutions, effectively coped with the challenges of medical waste emergency

collection, transportation and disposal during the COVID-19 epidemic, supported the collection, transportation and disposal of medical waste in Shanghai, and ensured the safety of medical waste collection, transportation and disposal in Shanghai.

Key words: Shanghai; Medical waste; Safety; Collection and Transportation; Disposal

收稿日期：2022-10-25

作者简介：张红霞(1982-11-)，女，硕士研究生,工程师，主要从事医疗废物处理处置管理工作

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0 引言

2003年非典疫情后，我国医疗废物管理问题受

到广泛关注。2003年12月19日，《国务院关于全国

危险废物和医疗废物处置设施建设规划的批复》（国

函〔2003〕128号）要求，到2005年，全国危险废物、

医疗废物和放射性废物基本实现安全贮存和处置，

各省、自治区、直辖市人民政府要切实做好危险废

物、医疗废物处置设施和放射性废物库建设的实施

工作，积极落实项目业主单位、建设用地和配套资金

等建设条件，加强项目建设管理。2004年1月19日，

国家环境保护总局也印发了《全国危险废物和医疗

废物处置设施建设规划》（环发〔2004〕16号）。

上海市按照《全国危险废物和医疗废物处置设

施建设规划》要求，经过近20年建设, 形成了老港、

嘉定、崇明“一南一北一岛”医疗废物集中收运处置

格局，医疗废物集中处置能力达 392 t/d,另有 2 条

12 t/d的医疗废物自行处置线，处置能力超400 t/d，

可满足非疫情情况下未来20年的处置需求。此外，

上海还建立了老港能源利用中心、松江生活垃圾焚

烧厂、奉贤生活垃圾焚烧厂协同处置医疗废物，有

效保障了疫情突发、处置设施检修等情况下医疗废

物的应急处置。

2022年3-6月上海市新冠疫情暴发期间，医疗

废物单日最大产生量达1 400 t，连续37天超1 000 t，

上海市医疗废物集中处置设施和应急处置机制经

受住了超极限状态下的考验，医疗废物100%安全

收运处置，这归功于政府顶层设计和各级主管部

门、集中收运处置企业的责任担当。本文总结提炼

了几点重要举措供其他城市参考和借鉴。

1 上海市保障医疗废物安全收运处置的重要

举措

1.1 加强顶层设计，加大医疗废物收运处置能力的建设

作为国际化大都市，上海市医疗资源丰富，在保

障上海市民良好医疗服务的同时，也保障了其他省市

看病人员，但由此也产生了大量的医疗废物。为保障

上海市医疗废物收运处置安全，上海市加强了顶层设

计，2004年在嘉定区规划建设了处置能力为122 t/d

的医疗废物处置设施，2010年建成投产，保障了除崇

明区以外上海市医疗废物100%的集中处置。

为有效应对医疗废物产生量的不断增加和处

置设施维修、公共卫生事件突发等，2017年上海市

环境保护局印发了《上海市医疗废物处置设施发展

规划》（2017—2040 年），按照“规划先行、重点推

进，合理布局、强化保障”的原则，构建“一南一北一

岛”医疗废物处置设施点，在浦东新区老港生态环

保基地和崇明区各建设一规模为 240 t/d 和 20 t/d

的医疗废物集中处置点，两处设施分别于 2019 年

底和 2021 年初建成投产。至此，上海市医疗废物

集中处置能力达392 t/d，可满足非疫情情况下上海

市未来20年的医疗废物集中处置需求。

2022年3-6月，上海市新冠疫情暴发，医疗废

物单日最大产生量达1 419 t，应急收运处置体系遭

遇重大考验。为进一步强化上海市医疗废物应急

收运保障体系，2022年7月20日,上海市人民政府

办公厅印发了《上海市强化危险废物监管和利用处

置能力改革实施方案》。《方案》要求完善危险废物

和医疗废物的应急处置体系，完善平战结合的医疗

废物应急处置机制和保障重大疫情医疗废物应急

处置能力。《方案》明确，市、区两级应将医疗废物收

集、贮存、运输、处置等工作纳入重大传染病疫情领

导指挥体系，坚持常态化防控和应急处置相结合，

分别制定完善市、区两级疫情医疗废物应急收运处

置方案，明确分工职责，充分保障所需的人员、车

辆、设备、物资、场地、处置设施等；将生活垃圾焚烧

设施纳入本市医疗废物协同应急处置设施清单；充

分发挥各区小型医疗机构“最后一公里”，强化环

卫、第三方运输单位等收运体系作用，完善各区短

驳集中和自行收运能力。《方案》的出台进一步夯实

了上海医疗废物应急收运处置体系，补齐了处置工

作中的短板和不足。

1.2 发挥国企力量，托底保障医疗废物安全收运处置

上海市医疗废物集中处置设施建设初期，由于

建设单位经验不足和运行管理不到位等原因，最初

上海市保障医疗废物安全收运处置举措分析

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建设的嘉定区医疗废物焚烧处置设施不能稳定达标

运行，严重影响了上海市医疗废物集中处置的安全。

由于医疗废物集中处置设施建设投入大、处置

费用较低，造成收益回本慢，甚至前期严重亏损的

情况。为切实托底保障上海市医疗废物安全收运

处置，2007年起上海市发挥国资国企力量，由上海

市国资委管理企业——上海城投集团有限公司收

购了嘉定区医疗废物焚烧处置设施，将其划归至下

属企业固处公司进行管理。固处公司对原有设施

进行了技术改造，并启动建设了3条处置能力为122 t/d

的焚烧生产线，于2010年投产。2019年，上海城投

集团有限公司下属企业上海环境集团股份有限公

司又收购了上海崇明区港沿镇的危险废物焚烧处

置设施，对其进行提升改造，于2019年底完成1条

生产线，处置能力达30 t/d。

国资国企力量的加入，有利推动了上海市医疗

废物收运处置的托底保障，保证了上海市医疗废物

100%安全收运处置。

1.3 创新收运模式，破解小型医疗机构医废收运困局

《医疗废物管理条例》第四章第二十五条规定：

医疗废物集中处置单位应当至少每2天到医疗卫生

机构收集、运送一次医疗废物，并负责医疗废物的

贮存、处置。但此规定在很多地区存在执行困难问

题［1-2］

，上海也不例外。

以上海市黄浦区为例，由于该地区地处市中心

商业核心区，道路通行状况不佳，区域内近200家小

型医疗机构医疗废物收运工作一直存在车辆通行

难、停车难的问题，导致收运频次低，难以达到要

求。为破解困局，上海市于2019年在该区创新建设

了“定时定点收集、车对车交接”的收运模式。试点

运行1年后，实现了黄浦区所有小型医疗机构医疗废

物 48 h内的安全收运，试点工作获得巨大成功。

在黄浦区小型医疗机构医疗废物定时定点收集

试点经验的基础上，2020年7月1日，上海市生态环

境局和上海市卫生健康委联合制定了《小型医疗机

构医疗废物定时定点收运工作要求》，用于指导全市

小型医疗机构医疗废物的收集。《要求》明确各区通

过对本区范围内医疗卫生机构数量、办医规模、区域

分布、道路通行状况和医疗废物收运现状等开展排

摸和分析，合理设立医疗废物临时交接点，开展小型

医疗机构医疗废物集中收运工作。各区通过委托第

三方机构或政府购买服务等多种方式，集中收集小

型医疗机构的医疗废物，并在规定时间内交由医疗

废物集中处置单位进行安全处置。《要求》同时明确

了医疗废物定时定点收运场地、交接车辆、包装、卫

生防护、事故处理及监管的具体要求。

《要求》的出台有力促进了上海市小型医疗机

构医疗废物 48 h 收运难题的解决，并有效规范了

医疗废物定时定点收运的安全管理。截至2022年9月，

除宝山区外，其他15个区均有效落实了收运工作，

其中 14 个区（除浦东新区外）实现了 48 h 的及时

收运。

1.4 政企联动发力，守牢疫情医疗废物收运处置防线

2019年新冠疫情发生后，上海市多方联动建立

了医疗废物联防联控机制［3］

。主管部门动态研判医

疗废物管控要求，指导、监督医疗废物收运处置企业

安全规范地开展工作，处置企业通过工作日报、微信

群等方式与政府部门保持密切沟通与信息共享。

2022年3-6月，上海市新冠疫情最高峰时，全

市定点医院数量达42个、床位数2.19万张，方舱医

院251个、床位数41万张，日产医疗废物最大1 419 t，

远超上海市医疗废物集中收运处置能力。

面对严峻的防控形势，上海市进一步强化联防

联控机制，成立了以分管市长为组长的医疗废物收

运处置专项工作小组，加强对全市医疗废物应急收

运处置工作的统一领导。市生态环境局、城投集团

联合建立了市区应急收运工作专班，统筹协调医疗

废物的处置。城投集团协调久事、建工集团等多方

力量，着力解决收运车辆、收运人员不足难题，最高

峰时协调投入近 600 辆应急车辆、1 000 名驾驶员

和装卸工，确保了医疗废物的及时清运。城投集团

统一部署，下属企业上海环境集团、城投环境、城投

老港“三环合力”，协调老港能源中心、江桥生活垃

圾焚烧厂、奉贤生活垃圾焚烧厂、松江生活垃圾焚

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烧厂应急处置医疗废物，确保了疫情期间医疗废物

的及时安全处置。

2 进一步提升上海市医疗废物收运处置效能

的建议

2.1 加大数据对接，提升医疗废物收运效能

利用信息化管理系统将医疗废物产生单位的

数据与集中处置单位进行对接，使集中处置单位可

在线查看产生单位的收集、贮存和库容使用率数

据，并根据实时数据精准收运，减少车辆空载率，提

升收运效能。医疗废物产生单位发现贮存将库满

或突发情况导致废物量激增时，可在线提出紧急收

运需求，以便集中处置单位及时安排车辆。

2.2 统筹运行设施，提升医疗废物处置效能

上海市公共卫生临床中心（简称“公卫中心”）

自有2条处置能力为12 t/d的医疗废物焚烧处置设

施用于其金山区本部院区医疗废物的处置。2021

年，公卫中心金山区本部院区医疗废物产生量约2.47

t/d，新冠疫情暴发期间日产生量最大也仅约12 t,远

低于其设计规模，未能有效发挥设施使用价值，同

时也带来了较大的环境污染。

为此，建议扩大公卫中心医疗废物处置范围，

平战结合，非疫情时期，开启1条处置生产线，除处

置自产医疗废物外，还就近接纳金山区、奉贤区其

他医疗卫生机构的医疗废物。疫情情况下，开启2条

处置生产线，除处置自产医疗废物外，优先接纳金

山区发热门诊、奉贤区发热门诊、定点医院产生的

医疗废物，在有余力的情况下，再接收金山区、奉

贤区一级以下医疗机构的医疗废物。设施运行方

面，可委托第三方专业单位进行管理，提高运行的

稳定性。

2.3 规范准入资质，提升定时定点收运效能

2020年7月1日，上海市生态环境局和上海市

卫生健康委联合制定了《小型医疗机构医疗废物定

时定点收运工作要求》，用于指导上海市小型医疗

机构医疗废物收集工作，但国家层面和上海地方层

面尚未有明确的文件。

由于医疗废物中含有大量病原微生物和有害

化学物质，收集、运送不当极易引起疾病传播和公

共卫生问题，因此建议上海市尽快出台相关政策，

明确收集单位、收集人员资质要求。

2.4 建设统一平台，提升医疗废物应急响应效能

2022 年 3 月 18 日，上海市人民政府办公厅印

发了《上海城市数字化转型标准化建设实施方案》，

提出聚焦风险发现、智能分析和协同处置要求，制

定和完善公共安全、城市公共安全风险处置、应急

感知和通信、公共卫生突发事件应急处置等标准，

以增强城市快速响应效能。

建议由市生态环境主管部门牵头建设医疗废

物统一管理平台，加强医疗废物产生、收集、贮存、

运送、处置、监督、应急响应全过程的沟通和信息共

享，全面提升上海市医疗废物应急响应效能。

3 小结

上海市通过顶层设计，加大了医疗废物收运处

置能力建设，形成“一南一北一岛”医疗废物集中处

置设施布局，医疗废物集中处置能力达392 t/d。通

过发挥国企力量，克服了处置设施不能稳定达标运

行的难题，托底保障了上海市医疗废物的收运处

置。通过创新收运模式，建立“定时定点”收集，破

解了小型医疗机构医疗废物收运困局。通过政企

联动发力，有效应对了新冠疫情期间医疗废物应急

收运处置的挑战，保障了上海市医疗废物收运处置

的安全。

参考文献

［1］殷丽萍.卫生城市创建中医疗废物管理存在的问题及对策建议［J］.清

洗世界，2022,38 (6):90-92.

［2］徐青云.江苏省医疗废物管理政策和处置技术研究［J］.中国资源综合

利用，2022,40(2): 172-174.

［3］李传华.新冠肺炎疫情下上海市医疗废物收运处置管理实践［J］.中国

卫生监督杂志, 2021,28(4):306-309.

上海市保障医疗废物安全收运处置举措分析

169

SHANGHAI ENERGY SAVING

上海节能 No.01

2024

ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMY

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

上海节能 No.08

2018

某肿瘤医院NGS、PCR实验室空调

系统设计浅析

王 玮

中冶长天国际工程有限责任公司

摘要：NGS、PCR实验室已成为医院建设的重要部分，而空调、通风系统的合理设计和布局对这两个实验

室安全、稳定、高效的运行起到重要的作用。以某肿瘤医院实验室为例，对 NGS、PCR实验室各区域平面

布局作了简要介绍，并结合其使用要求，对室内参数、压力梯度、送风、排风系统等要求作了简要阐述。

关键词：NGS；PCR；空调；通风系统；压力梯度

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2024.01.022

Analysis of Air Conditioning System Design for NGS and

PCR Laboratories in a Tumor Hospital

WANG Wei

MCC Changtian International Engineering Co., Ltd.

Abstract: NGS and PCR laboratories have become an important part of hospital construction, and the

rational design and layout of air conditioning and ventilation systems play an important role in the safe,

stable and efficient operation of these two laboratories. Taking a tumor hospital laboratory as an example, this article briefly introduces the layout of each area in the NGS and PCR laboratories, and combines with their use requirements, briefly expounds the requirements for indoor parameters, pressure

gradient, air supply, exhaust system, etc.

Key words: NGS; PCR; Air Conditioning; Ventilation System; Pressure Gradient

收稿日期：2022-11-03

作者简介：王玮（1985-12-），女，硕士，工程师，主要从事空调设备的设计安装研究

170

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上海节能

SHANGHAI ENERGY SAVING

2024年第 01 期

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

上海节能

ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMY

节

能

工

程

与

经

济

0 引言

NGS（Next-generation sequencing）下一代

测序技术又称高通量测序技术，以高输出量和高解

析度为主要特色，一次并行对几十万到几百万条

DNA分子进行序列测定，在提供丰富的遗传学信息

同时，还大大降低了测序费用，缩短了测序时间。

PCR（Polymerase Chain Reaction）聚合酶链式反

应又称多聚酶链式反应，是利用模板DNA在93 ℃

高温时变性为单链 DNA，55 ℃低温时引物与单链

DNA 按碱基互补序列配对结合，72 ℃最适反应温

度下DNA聚合酶合成复制链的过程。PCR是一种

用于放大扩增特定DNA片段的分子生物学技术，是

生物体外特殊DNA的复制，其最大特点是将微量的

DNA 大幅增加。NGS、PCR 用于疾病筛查、诊断、

基因突变检测等，在临床应用中越来越广泛。本文

以某实验室空调系统设计为例，对NGS、PCR实验

室的空气净化作了简要阐述。

1 实验室主要功能分区

1.1 NGS高通量测序功能分区

NGS高通量测序功能分区包括［1］

：

1)试剂准备区

实验过程中所需的试剂、试剂的分类和保

存、一些主要反应混合液的分装和储存。

2)标本与文库制备区

血液处理、血浆制备、DNA提取、片段化、纯化

及构建样本。

如果标本量少，标本制备区每天仅使用一次的

话，可将标本制备区和文库制备区合并，否则分开，

以避免前次建库可能存在的、已带标签的核酸样本

气溶胶交叉污染。

3)文库检测区

浓度检测、混合后的质检分析，检查浓度、片段

大小是否符合要求。

4)文库扩增区

DNA 片段末端修复与纯化、文库混合、缺口

平移。

文库扩增会涉及PCR过程，产生高浓度的扩增

产物和气溶胶，故需自成一区。

5)测序区

测序模板制备、上级测序、数据分析，检查测序

后下机的数据是否符合要求。

扩增和定量后的文库在此区进行芯片加载、测

序过程和数据产生。由于测序仪对室内温湿度要

求较高，且受周围环境振动影响较大，故测序区需

单独设置。

6)电泳区

DNA制备及浓度测定、目的DNA片段分离，是

一代测序扩增产物电泳纯化和二代测序判断DNA

提取质量、片段分析的公共区域。

1.2 PCR功能分区

PCR功能分区包括［2］

：

1)试剂储存和准备区

试剂的制备和分装、主反应混合液的制备。

2)标本、文库制备区

RNA、DNA 的提取和贮存。

3)扩增区

cDNA的合成、DNA扩增及检测。

4)扩增产物分析区

扩增片段的进一步分析测定。

NGS、PCR 实验室按上述分区分成了独立的

实验区，每个实验区之间设置缓冲间，实验室与其

他科室之间设置缓冲走廊，以控制空气流向，防止

实验室内外空气互通。缓冲间本身是静态的安全

屏障，如在缓冲间内部增设机械通风，便形成了静

态+动态的安全屏障［3］

。试剂、标本通过传递窗传

递，传递窗采用双开门形式，以避免封闭不严或物

品传递过程中造成交叉污染，同时，压力梯度也使

整个检测过程中试剂、标本不受到污染。

2 实验室压力梯度要求

实验室空气流向为试剂储存和准备区→标本

制备区→扩增区→扩增产物分析区，禁止反向流

动［4］

。实验室各区域，物理上都应永久分隔，各区域

某肿瘤医院NGS、PCR实验室空调系统设计浅析

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SHANGHAI ENERGY SAVING

上海节能 No.01

2024

ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMY

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

上海节能 No.08

2018

间不能有空气直接流通。试剂储存和准备区为最

洁净的区域，从标本制备到测序反应需要的试剂都

在此配置和储存，若该区域被污染，整个流程乃至

最终测序结果都将受到影响，因此，维持各区间的

压力梯度非常重要。实验室压力梯度是通过控制

该区域内的送风量和排风量来实现的，送、排风机

均为变频风机，送风系统与排风系统互为联锁，根

据各区域压力梯度要求进行控制。通过调节风机

频率及送风、排风管道上的文丘里变风量阀实时匹

配送风及排风量，排风风机先于送风机启动，后于

送风机停止。该项目实验室平面布置及压力梯度

设置见图1。

图1 实验室平面布置及压力梯度示意图

3 空调系统设计

3.1 室内参数要求

实验室设备均有温湿度要求，温湿度过高会影

响设备的使用寿命。此外，温湿度还应满足工作人

员舒适性要求，如样本制备区工作人员需穿实验

服、戴口罩、戴护目镜等不利散热设备，室内温度应

控制在 22～24 ℃，而放置测序仪的房间湿度应在

20%～60%之间，以便仪器获得最佳性能。

3.2 送风系统

NGS、PCR 实验室没有严格的净化要求，但为

避免交叉污染，该项目采用了全新风系统，洁净级

别按十万级考虑，气流组织采用上送侧下回形式。

NGS、PCR分别设置一套无级变量新风机组对实验

室各区域进行送风，承担室内热湿负荷。新风机组

功能段包括初中效段、加热段、表冷段、加湿段、风

机段等，其冷热水由大楼四管制风冷热泵提供，各

区域末端送风口均设置高效过滤器。各实验区域

及缓冲间送风支管上均设置文丘里变风量阀，调节

室内压力。各房间设有送风和排风进行通风换气，

稀释有害物浓度。送风具体布置见图2。

3.3 排风系统

实验室各区域内的通风换气对减少实验室前

一次检测过程中遗留或扩增产物的污染非常重要，

各区域通风换气大于 10 次/h。样本制备间、扩增

区内设生物安全柜，该项目由于空间受限，生物安

全柜与房间排风共用一套系统。排风支管上设文

丘里变风量阀，废气高空排放至屋顶，经初效、活性

炭吸附、高效过滤后排至大气。排风量根据各区域

压力要求、设备要求、送风量等匹配设置。排风机

组变频运行，调节室内风量及压力。排风具体布置

见图3。

172

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上海节能

SHANGHAI ENERGY SAVING

2024年第 01 期

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

上海节能

ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMY

节

能

工

程

与

经

济

4 结语

NGS、PCR 实验室是目前临床检测的重要手

段，其空调系统设计重点是根据建筑功能的分区设

置压力梯度。标本制备区由于灵敏性高，极其微量

的气溶胶污染也会造成假阳性的检测结果，因此相

对于邻室区域，房间需维持正压；分析区可能会用

到一些有毒物质，因此废气排风系统必须经过吸

附、过滤处理后方可高空排至室外。结合建筑平

面、工艺流程，通过设置缓冲走廊、缓冲间、传递窗，

及配置合理的空调、通风系统，才能保证实验室可

靠、安全地运行。

参考文献

［1］高通量测序技术［M］.北京：科学出版社，2019.

［2］医疗机构临床基因扩增检验实验室工作导则［S］.

［3］赵凌云.吴青.曹志国.PCR 实验室暖通空调系统设计若干问题探讨

［J］.建筑设备技术.2020（6）117.

［4］医院通风空调设计指南［M］.北京：中国建筑工业出版社，2019.

图2 实验室送风平面示意图

图3 实验室排风平面示意图

某肿瘤医院NGS、PCR实验室空调系统设计浅析

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ENERGY CONSERVATION ENGINEERING AND ECONOMY

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上海节能 No.08

2018

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上海市能源经济相关信息

——2023年1-10月

Shanghai Energy Economic Related Information

from Jan. to Oct. in 2023 Accumulatively

注：

1. 资料来源：上海市统计局综合处(指标1～9)

2. 规模以上工业企业：为年主营业务收入2000万元及以上的工业企业

3. 根据国家统计局统一要求，各省（包括基数未调整地区）月度投资总量数据不能对外发布

指标名称

1. 全市工业总产值（亿元）

2. 规模以上工业总产值（亿元）

3. 高技术产业工业总产值(亿元)

4. 工业战略性新兴产业制造业总产值（亿元）

#新能源(亿元)

高端装备(亿元)

生物(亿元)

新一代信息技术(亿元)

新材料(亿元)

新能源汽车(亿元)

节能环保（亿元）

数字创意（亿元）

5. 规模以上工业综合能源消费量（万tce）

6.﹟五大高载能行业

7. 单位产值能耗（tce/万元）

8. 能源业工业总产值/亿元

8.1 电力、热力生产和供应业

8.2 燃气生产和供应业

8.3 水的生产和供应业

9.规模以上工业主要产品产量

9.1 原油加工量（万t）

9.2 汽油(万t)

9.3 柴油(万t)

9.4 发电量(亿kWh)

指标名称

10. 居民消费价格

10.1 居民消费价格总指数

10.2 水电燃料价格

11. 工业生产者出厂价格指数

12. 工业生产者购进价格指数

12.1 燃料、动力类

累计

34079.10

32054.55

6412.84

14064.67

595.86

2119.08

1402.71

4018.64

2371.34

3092.36

724.68

63.94

4007.49

3074.76

0.125

累计

1312.05

409.52

83.37

累计

2052.04

461.88

530.79

790.95

以上年同期为100的指数

当月

100.4

100.1

99.6

99.5

95.9

同期增长/%

0.1

0.1

-13.5

-1.1

26.2

7.8

-4.4

-22.3

-0.6

35.2

-1.6

-29.6

1.8

0.9

1.6

同期增长/%

5.1

0.8

6.2

同期增长/%

21.3

16.3

24.0

5.1

累计

100.4

99.5

99.8

98.9

96.3

环比

99.7

100.3

100.3

101.1

101.5

174

光伏异质结电池成套

装备及工艺

1 基本信息

产品名称：光伏异质结电池成套装备及工艺

规格型号：OAK-Q、BAMBOO、LOTOS型

产品类型：新能源和可再生能源利用类

生产企业：理想万里晖半导体设备（上海）股份有限公司

2 企业介绍

理想万里晖半导体设备（上海）股份有限公司是从事新能源、集成电

路、新型显示行业的高端设备制造商，通过自主研发，形成以研制开发异

质结电池量产用于PECVD设备、PVD设备、异质结电池成套装备及工艺

产品、集成电路PECVD覆膜设备、新型显示AMOLED-PECVD设备为主

的高端设备及整线集成供应商。

公司年产值超过2亿元，通过ISO 9001质量管理体系认证、知识产

权管理体系认证，拥有自己的知识产权和专有技术，公司及全资子公司已

获得境内专利114项（其中发明专利39项）、境外专利5项、软件著作权

22项，2019年被认定为“国家高新技术企业”，2020年被认定为上海市

“专精特新”中小企业，上海市科技小巨人培育项目，产品被列入“上海市

创新新产品推荐目录”。

3 产品介绍

产品具有明显的技术、性能和经济性方面的优点：

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节能产品

ENERGY SAVING PRODUCTS

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2018

1）异质结电池技术推动节能技术的最重要技术发展方向之一

光伏电池有HJT（异质结电池）、PERC、TOPCON三种技术，其中HJT电池的光电转换效率最高（现已达

到26.81%）。

2）理想万里晖异质结装备和工艺引导行业技术方向

（1）理想万里晖是国内首家提供国产研发型和量产型异质结电池发电层沉积设备的国产设备商。

2013年，理想万里晖首台研发设备与进口设备性能相当，甚至略优于进口设备。作为唯一投标的国

产厂商在国际招标上以技术优势中标，打破了该领域的国外垄断，实现国产替代。

（2）理想万里晖的设备生产异质结电池光电转换效率高。

2022年，公司提供的PECVD设备在隆基绿能实验室实现了N型HJT电池26.81%的单结晶硅电池光电

转换效率，打破了2017年由日本在该领域所创造的26.70%世界纪录，代表了目前该行业电池转换效率的

最高水平。

4 产品适用领域及经济性分析

适用领域：该产品为公司自主研发，为异质结太阳能电池生产所用。公司产品在异质结太阳能电池生

产领域客户占比率超过50%，市场占有率超过30%。

经济性分析：投资回收期一般为两年半左右。

5 应用案例

实施企业：宣城华晟光伏科技有限公司

实施时间：2022年4月

项目情况：理想万里晖异质结电池整线设备从2022年开始投入运行至今，整线所有设备运行情况良

好，保证了系统正常、安全，同时技术指标达到了验收要求。

使用效果：整线的产能、产品良率、碎片率、薄膜覆膜均匀性等指标均满足运行技术要求，在运行中体现

了高效率的特点，良好的经济性得到体现，为促进清洁能源的发展提供了有益的设备保证。

产品来源：上海市能效中心《节能减排技术产品推广目录》（2023年版）1

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2018 年第 08 期

ENERGY SAVING PRODUCTS

节

能

产

品

1 基本信息

产品名称：磁悬浮相变自然冷却技术

产品规格型号：PCCS系列

产品类型：制冷与空调类

生产企业：克莱门特捷联制冷设备（上海）有限公司

2 企业介绍

公司成立于1971年，具有50多年的制冷空调产品的生产经验，拥有著名的意大利中央空调生产厂家，

是欧洲乃至世界空调制冷市场上享有盛誉的跨国公司。公司在意大利、印度和中国全资拥有13个生产工

厂，占地面积10万m2

。在亚洲有商用空调、风冷水冷中央空调产品及机房精密空调的生产基地、用户培训

及中国零配件供应中心。上海工厂对遍布全国的销售及服务网络给予全面的技术支持、快捷全面的零配件

供应和细致周全的用户技能培训，以保证服务的质量和速度。

3 产品介绍

立足“节能低碳”，克莱门特磁悬浮自然冷却系统精准聚焦高能耗数据中心，有效实现PUE低至1.15目

标，在“磁悬浮无油技术”“蒸发冷却技术”“自然冷却技术”“动力热管技术”四大核心技术加持下，该系统能

够有效助力数据中心实现算力提升。

磁悬浮相变冷却技术是指采用泵送相变制冷原理的冷却系统解决方案，其主要由室外散热模块、室内

末端吸热模块和冷量输配模块组成，满足中高密度服务器散热、分布式模块化快速部署、节能高效等需求。

系统主要由室外散热模块、室内末端吸热模块和冷量输配模块等组成。其中，室外散热模块是泵送相

变冷却系统方案的核心，即冷源侧，可以满足在中国所有地区气候条件下稳定运行，全年大部分时间实现无

“制冷压缩循环”的免费冷却。该系统具备高适应性、快速交付及成本优势，以相变冷却系统为散热核心，大

大提升数据中心算力，目前已由克莱门特等合作伙伴在百度数据中心全面实现规模化部署。随着今后的发

展、成本的降低，磁悬浮相变自然冷却技术有着很好的市场竞争力和广阔的应用前景。

4 产品适用领域及经济性分析

适用领域：该产品系列是能源、资源利用效率提升技术产品，主要应用于新建数据中心、在用数据中心

改造。

磁悬浮相变自然冷却技术产品

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节能产品

ENERGY SAVING PRODUCTS

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2018

经济性分析：以“蒸发冷型磁悬浮相变自然冷却系统”和“水冷磁悬浮+板换冷冻水系统”两个系统，在总

需求冷量2 050 kW的前提下，针对初投资、运行费用等方面进行有效分析，投资回收期约为3年。

5 应用案例

实施企业：百度云计算技术（山西）有限公司

实施时间：2019年12月

项目情况：在百度云计算（阳泉）数据中心，使用冰川相变系统，室外制冷主机为克莱门特PCCS系列蒸

发冷磁悬浮相变机组，末端为克莱门特F系列风墙系统及其它配套设施。

使用效果：该系统配置有冷媒泄漏检测设备，可及时发现系统冷媒泄漏，运行维护方便。系统内每台主

机和末端均配置独立控制器，可单独控制每个主机和末端的运行参数、运行状态等。经实际测试，空调系统

全年CLF值可达到0.07以下，该制冷系统模式已经成为百度未来规模化应用方案。

产品来源：上海市能效中心《节能减排技术产品推广目录》（2023年版）2

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ENERGY SAVING PRODUCTS

节

能

产

品

DLC直接浸没式液冷技术

1 基本信息

产品名称：液冷机柜

规格型号：微型一体化液冷机柜数据

中心液冷机柜5G BBU液冷机柜

产品类型：制冷与空调类

生产企业：网宿科技股份有限公司

2 企业介绍

网宿科技股份有限公司是全球领先的云分发及边缘计算公司，业务遍及全球70多个国家和地区。通过

提供内容分发与加速（CDN）、边缘计算、云安全、SD-WAN、数据中心产品及解决方案，帮助客户业务创新，

是客户数字化升级值得信赖的合作伙伴。公司2009年10月在深交所上市（股票代码300017），服务的客户

超过3 000家。公司总资产105.7亿元，近三年营收超过160亿元。

公司是国内最早布局绿色环保液冷数据中心产品线的企业，在该领域已取得专利数十项，并获得工信

部、国管局、中国质量认证中心、中国电子学会等部门的多项节能技术认证。

3 产品介绍

DLC直接浸没式液冷技术是一种将IT设备完全浸没在冷却液中的液冷技术，通过对流换热，在冷却液

中实现IT设备的散热，然后再将热量传递给二次冷却设备去处理。

该技术颠覆传统数据中心冷却方式，液体换热取代传统空气换热，散热能耗降低60%~80%，服务器能

耗降低10%~20%，制冷能耗降低90%，PUE逼近1.0，与传统数据中心相比，同等算力下减碳超过39%。液

冷数据中心选址不受气候条件限制，静音舒适，噪音值远低于国家标准，适用于各类型场景的新建及改造的

数据中心。

4 产品适用领域及经济性分析

适用领域：技术具备模块化优势，工厂集成式生产。可根据尺寸、功能模块随时按需扩展。微型一体化

液冷机柜，适用于边缘场景，可直接放置在办公区域。数据中心液冷机柜，适用于大规模部署，兼具扩展灵

活、易部署、高密度、绿色环保的特点。5GBBU液冷机柜适用运营商基站场景，高功率密度、更低运行成本。

经济性分析：相比传统数据中心，该产品建设投资约多30%，运行成本节约25%以上。投资回收期约在

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2-3年。

5 应用案例

实施企业：上海云宿科技有限公司

实施时间：2021年5月

项目情况：项目共部署浸没式液冷机柜504个，IT设备运行平均负载11 kW。设计PUE小于1.1。

使用效果：应用绿色高效节能的浸没式液冷技术，节约大量数据中心冷却能耗，同时IT设备去除风扇还

降低了IT能耗。运行期间，综合PUE达到1.083，由于IT设备在液冷系统中运行不需要风扇，额外节能15%

左右，节能效果显著。

产品来源：上海市能效中心《节能减排技术产品推广目录》（2023年版）3

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