節能降耗技改項目的常用經濟指標是投資回收期，即實施項目的投入資金除以預期節能的年化收益。通過六西格瑪對冷水機組運用VSD變頻控制技術實現節能的方法已十分成熟，并獲得較廣泛的推廣應用。
一、變頻簡介
變頻與定頻相比，變頻控制節能的空間主要取決于機組部分負荷運行的分布及其運行時間的長短，準確獲取機組運行負載率數據是測算變頻節能技改項目節電量及投資回收期的關鍵。全面收集運行負載率的年化生產實際運行數據，借助運算工具對冷量負荷進行日化精確統計，將電耗測評分月進行，納入枯水期、豐水期電價差異因素，準確測算電耗、電費，可大大提高投資回收期測算的準確性，為節能改造項目的優選與實施排序提供可靠數據依據。
二、冷水機組并網改造后續改進需求與優化方案選擇
1、并網改造后續改進需求
成功實施并網改造后，冷凍水系統如圖1所示。運行狀態為：熱季(6月～9月)3#／4#機組并行，冷季(11月～次年4月)3#或4#機組單機運行；過渡季(5月～10月)，視天氣條件，3#／4#機并行或單行，1#／2#機組冷季停用，熱季備用。
圖1 冷凍水系統運行流程圖
在獲得顯著節電成效的同時，系統還存在以下改進需求:
①熱季雙機并行期間，3#,4#機組任一發生故障，需重返改造前Ⅰ、Ⅱ期并行方式，才能滿足供冷需求，電耗將重返高位。
②1#、2#機組已連續運行了15a，進入故障高發期，維護費用高，所用冷媒R22將于2015年全面禁用，機組的更新換代已進如議事日程。
③冷水機組尚未應用VSD變頻控制節能技術。為此，按預防性控制管理要求，該公司成立了冷水機組節能優化論證項目組，應用精益六西格瑪方法，在固化并網節電改造項目成果的同時，進一步識別論證優化方案，繼續挖掘節電空間。
2、優化改進方案選擇
對離心式冷水機組實施VSD變頻技術改造可以實現節能，但針對昆明特殊的氣候條件和企業特定的運行模式(如冷水機的冷卻水與生產主工藝冷卻水共用等)，尤其是實施了并網改造，運行設備減半后，“節能空間”成為項目組優化方案論證的核心。
對現有二期的1臺機組實施VSD改造是已經獲批的2011年度技改項目，但還不能解決啟用備用模式的電耗損失問題，也不能解決R22禁用問題。如果調整為新增1臺帶VSD控制機組，可報廢一期設備，停用R22冷媒，還可進一步節電。項目組經過分析，得到如下結論:
①新增1臺帶VSD機組，是長久穩固可靠的節能優化方案。
②摸清并網后機組實際運行負載率水平，是評價應用VSD變頻控制技術經濟性能的關鍵。
③落實系統冷量負荷需求的均值水平與最大值，是確定新增機組容量選型的關鍵。
④對投資回收期進行測算，是對多種備選方案進行優選的關鍵。
三、數據收集統計計算
1、機組運行負載率統計、計算
受工作量和計算手段的限制，通常的計算都是抽取一定量的代表性數據，運用常規測算方法，進行較粗略的估算，達不到所需的經濟測算精度，尤其昆明的氣候四季不分明，早晚溫差大，空調運行工況特殊，與國家(公共建筑節能設計標準)設定的標準工況差距較大。項目組從生產管控系統中收集了2010年5月并網改造后連續8個月，245d,每天24組，共計5880組運行負載率數據，應用Minitab“基本統計量”中的“存儲描述性統計”功能，計算獲得單日運行負載率均值。運用“控制圖”中的“單值I-MR圖”功能，分別繪制3#、4#‘機組運行負載率分季節(過渡季、熱季、冷季)的I-MR控制圖，獲取負載率均值與極值的描述性統計結果。經過數據分析，得到如下結論:
①3#機熱季平均負載率53%；冷季平均負載率48%。
②4#機熱季平均負載率62%；冷季平均負載率11%(2010年冷季主要運行3#機，4#機只運行了9d)。
③單機運行的最大負載率均出現在過渡季單機運行時。3#機最大運行負載率90%(2010/10/23),4#機最大運行負載率88%(2010/10/11)。
2、系統供冷負荷統計計算
系統供冷負荷量是計算系統實時運行電耗的依據。項目組經過討論，選擇了通過日均負載率計算獲得日均供冷負荷冷噸量TR的公式，即:系統供冷負荷=3#機負載率×機組額定冷噸+4#機負載率×機組額定冷噸。
應用Minttab的“計算器”功能，計算獲得每天的冷量負荷需求，運用“控制圖”中的“單值I-MR圖”功能，獲得系統分季節的供冷量負荷平均水平與最大值。經過數據分析，得出如下結論:
①冷季平均負荷量298冷噸；熱季平均負荷量577冷噸；過渡季平均負荷量417冷噸；單日最高負荷量649冷噸(2010/7/22)。
②1臺700冷噸機組單機運行可滿足熱季最大供冷量需求。
3、投資回收期計算
新增1臺700冷噸帶VSD機組，全年單機運行方案；與新增1臺500冷噸帶VSD機組，熱季雙機運行，過渡季和冷季優先運行VSD機組方案，2個方案的篩選可通過投資回收期的計算進行對比論證。投資回收期的計算公式，即:投資回收期(年)=項目投入費用/年節約電費金額。年節約電費的計算方案如下:
①應用年化同比方案進行計算。
②按月收集2010年5月-2011年4月的實際電耗、電價和電費作為基線。
③假定用戶端的供冷負荷不變，用本文3.2計算方法獲取全年365d的日均冷量負荷，作為測算機組電耗的供冷負荷依據。
④用月均供冷量除以新增機組的額定冷噸，獲得新增機組運行模式的月均負載率(其中，新增1臺500冷噸方案在熱季雙機并行時，假定供冷負荷為均分方式)。
⑤查閱供貨商產品數據手冊提供的能效比參數表，獲得特定負載率水平對應的能效比。
⑥冷水機月均功耗=機組額定冷噸×月均負載率所對應的能效比×修正系數。
⑦冷水機月度電耗=月均功耗×運行天數×24小時×當月電價。
⑧月節約電費=當月運行電費基線-新增設備運行方式的計算電耗×當月對應電價。
修正系數用于修正實際運行工況與標準工況的能效差異。假設冷卻水溫每降1℃和冷凍水溫每升1℃，節能率均為3%，則修正系數=0.97,冷凍水實際運行溫度與標準工況的差值之和。
以該企業在用的約克機為例，能效比是在標準工況下確定的，即冷卻水進水溫度32℃，回水37℃；冷凍水出水溫度7℃，回水溫度12℃。企業的實際運行參數為冷卻水進水溫度27℃，回水32℃；冷凍水出水溫度9℃，回水溫度14℃。與標準工況相比，冷卻水有5℃溫差，冷凍水有2℃溫差，共進行7℃的實際工況能效修正，修正系數=0.977=0.81。
計算結果得知，新增1臺500冷噸變頻機組可節約電費24.6萬元/a，新增1臺700冷噸機組可節約電費33.3萬元/a。用供貨商提供的技改報價進行計算，500冷噸的投資回收期4.1a,700冷噸的投資回收期為3.3a。
四、方案選擇
1、備選方案綜合評價
由生產人員和設備維護人員組成的評價小組，共同對備選方案的重要評價參數進行評分，如表2所示。綜合評分顯示，700TR機組得分最高，最具優勢。
2、方案利弊比較
方案比較分析如表3所示，得到如下結論:新增1臺700TR帶VSD機組雖然一次性投入資金量最大，但投資回收期短，綜合效益好。
表2 方案比較分析
3、新增1臺700TR帶VSD冷凍機組的未來運行
報廢1#、2#機組，日常只運行700TR機組，需要維修時，運行并網節電改造后雙機并行模式。
五、論證結果
1、政府節能減排的號召，同時面對原材料、人工不斷漲價的經營壓力，通過內部挖潛改造，節能降耗，是企業增強競爭力的不二選擇。在投入資金實施節能優化項目前，應用精益六西格瑪方法，對方案進行系統論證，對工藝數據進行全面的分析，對投資回收期進行精確的測算，是對節能項目進行優先實施排序和保障項目成效的有效手段。
2、該企業借鑒和發展了來自美國合資方的適用于連續化流程的精益六西格瑪方法，對節能降耗資本金項目進行精細化的前期論證，極大地提高了，資本金投入成效。截至2011年，與2007年相比，企業的噸標煤綜合能耗累計遞減37．6％，節能降耗優化機會的挖掘論證與實施還在深入進行中。
