張勝蘭 涂淑平
上海海事大學(xué)商船學(xué)院
隨著中央空調(diào)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,系統(tǒng)節(jié)能已成為最終用戶、設(shè)計(jì)單位、空調(diào)廠商、BAS廠商所關(guān)注的焦點(diǎn)??照{(diào)系統(tǒng)中能耗最大的冷水機(jī)組的高效節(jié)能,成為空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵問(wèn)題。而行之有效的技術(shù)手段就是采用冷水機(jī)組群控。由于外界環(huán)境溫度和實(shí)際空調(diào)面積的變化,建筑物的空調(diào)負(fù)荷始終在變化。使用冷水機(jī)組群控不僅可以根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的大小,準(zhǔn)確控制制冷機(jī)組的運(yùn)行數(shù)量和每臺(tái)制冷機(jī)組的運(yùn)行工況,從而達(dá)到節(jié)能并降低運(yùn)行費(fèi)用的目的,使制冷站內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行達(dá)到最高效率。而且可以通過(guò)機(jī)組輪換、故障保護(hù)、負(fù)荷調(diào)節(jié)等控制程序,確保冷水機(jī)組的安全,延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命,從而避免人工管理的盲目性和主觀性。
本汽車(chē)配件工廠于江蘇省昆山市,其中設(shè)計(jì)要求冷水機(jī)組提供的冷源主要供給包括:車(chē)間工藝空調(diào),鑄造崗位空調(diào),辦公室空調(diào)。工藝空調(diào)用于涂裝車(chē)間的工藝?yán)鋮s送風(fēng)。鑄造崗位空調(diào)用于對(duì)車(chē)間中24個(gè)崗位點(diǎn)進(jìn)行局部送風(fēng),所送為全新風(fēng)。二樓和三樓的辦公室由冷凍站提供冷源,單獨(dú)設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng),采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)。
冷凍站主要設(shè)備包括:1044kW螺桿式冷水機(jī)組3臺(tái),機(jī)組兩用一備。30kW單級(jí)單吸臥式離心冷卻水泵4臺(tái),冷卻水泵三用一備。22kW單級(jí)單吸臥式離心冷凍水泵4臺(tái),冷凍三用一備,同時(shí)配備方型冷卻塔一組,冷卻塔11kW風(fēng)機(jī)3臺(tái)。其中冷卻水泵與冷卻塔風(fēng)機(jī)均采用變頻控制,冷凍站集水器與分水器之間有壓差旁通閥。本冷凍站系統(tǒng)為典型的綜合性冷凍站。
機(jī)房冷凍站控制原理和冷卻塔布置圖分別如圖1和2所示,控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)范圍[1]包括:①冷水機(jī)組啟動(dòng)(手自動(dòng)啟動(dòng),運(yùn)行,故障),啟停次數(shù),累計(jì)運(yùn)行時(shí)間,故障報(bào)警;②冷凍、冷卻水泵變頻控制(手自動(dòng)啟動(dòng),運(yùn)行,故障頻率監(jiān)測(cè))[2];③冷水機(jī)組的冷負(fù)荷(制冷量);④冷凍水供,回水溫度;⑤冷凍水供回水壓差檢測(cè)和壓差旁通閥的開(kāi)度;⑥冷卻水供回水溫度監(jiān)測(cè);⑦冷卻塔風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)(手自動(dòng)啟動(dòng),運(yùn)行,故障);⑧蝶閥開(kāi)關(guān)及狀態(tài)監(jiān)測(cè)。
圖1 機(jī)房冷凍站控制原理圖
圖2 冷卻塔布置圖
1)冷水機(jī)組啟停順序[3]:?jiǎn)?dòng)時(shí)先冷卻塔蝶閥開(kāi)啟,冷卻水蝶閥開(kāi)啟,開(kāi)冷卻泵,冷凍水蝶閥開(kāi)啟;停止時(shí)先停冷水機(jī)組,關(guān)冷凍泵,冷凍水蝶閥,關(guān)冷卻泵,關(guān)冷卻水蝶閥,關(guān)冷卻塔風(fēng)機(jī),蝶閥。
2)冷水機(jī)組臺(tái)數(shù)控制:由于現(xiàn)在流行的空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷=供回水溫差×冷凍水流量策略存在各種問(wèn)題,本文采用新型冷機(jī)群控策略,根據(jù)冷凍水回水溫度,和冷水機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷(制冷量)大小[4],自動(dòng)調(diào)整冷水機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù),當(dāng)供水或回水溫度低于或接近設(shè)定溫度時(shí),說(shuō)明已運(yùn)行的冷機(jī)提供足夠的冷量來(lái)滿足建筑的需要,檢查當(dāng)前冷機(jī)的冷負(fù)荷,如:3臺(tái)的冷機(jī)運(yùn)行負(fù)荷為65%時(shí),卸載一臺(tái)冷水機(jī)組,剩下的兩臺(tái)冷水機(jī)組當(dāng)運(yùn)行負(fù)荷為45%時(shí),繼續(xù)再卸載一臺(tái)冷水機(jī)組。當(dāng)供水或回水溫度低于設(shè)定溫度時(shí),冷機(jī)加載,當(dāng)已運(yùn)行的冷機(jī)制運(yùn)行負(fù)荷已經(jīng)到達(dá)100%仍然不能滿足需要時(shí),相繼加開(kāi)一臺(tái)冷水機(jī)組,直到滿足要求為止,達(dá)到節(jié)能目的。
3)冷凍水壓差控制:根據(jù)冷凍水供回水壓差,調(diào)節(jié)冷凍水泵頻率同時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)旁通調(diào)節(jié)閥,維持供水壓差恒定,達(dá)到節(jié)能的目的[5]。
4)冷卻水溫度控制:根據(jù)冷卻水溫度,自動(dòng)控制冷卻塔風(fēng)機(jī)的啟停臺(tái)數(shù),達(dá)到節(jié)能的目的。
5)累積計(jì)算各設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間,使設(shè)備交替運(yùn)行。避免一部分設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,而另外一些設(shè)備長(zhǎng)期閑置不用的情況,冷水機(jī)組實(shí)現(xiàn)實(shí)際工作時(shí)間累加記錄,實(shí)際工作時(shí)間最少的機(jī)組會(huì)優(yōu)先工作,達(dá)到工作時(shí)間均衡的目的。開(kāi)列維修報(bào)告,及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修保養(yǎng),降低設(shè)備故障率,減少因設(shè)備故障造成經(jīng)濟(jì)損失。
本工程自控系統(tǒng)包括管理層、控制層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備三個(gè)基本組成部分,管理層設(shè)備包括監(jiān)控中心工控機(jī)服務(wù)器、UPS、打印機(jī)等,通過(guò)組態(tài)王上位機(jī)圖形界面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制??刂茖釉O(shè)備是整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心,由于整個(gè)控制系統(tǒng)包括模擬輸入(AI)點(diǎn) 23個(gè),數(shù)字輸入(DI)點(diǎn) 88個(gè),模擬輸出(AO)點(diǎn)19個(gè),數(shù)字輸出(DO)點(diǎn)34個(gè)。系統(tǒng)采用了西門(mén)子PLC-200,根據(jù)點(diǎn)數(shù)選擇的PLC為:CPU226,擴(kuò)展模塊6*EM223DI16/AI16、1*EM221DI18對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并按控制要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)出控制指令。
該系統(tǒng)的主要功能有:1)遠(yuǎn)程操作功能;2)圖形化系統(tǒng)配置工具;3)系統(tǒng)運(yùn)行記錄報(bào)告;4)管理警報(bào)和事件消息;5)監(jiān)控點(diǎn)歷史;6)趨勢(shì)分析;7)累積、統(tǒng)計(jì)功能;8)節(jié)能管理控制;9)時(shí)間預(yù)定功能;11)設(shè)備循環(huán)啟/停/及重大設(shè)備啟/停延時(shí)保護(hù);12)供電恢復(fù)啟動(dòng)程序;13)用電量限制/負(fù)載循環(huán)。
本文針對(duì)某汽車(chē)零部件廠房冷凍站系統(tǒng)的實(shí)際情況和特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一套切實(shí)可行的高效節(jié)能冷凍機(jī)組群控系統(tǒng),該項(xiàng)目現(xiàn)經(jīng)過(guò)一年的運(yùn)行,控制系統(tǒng)能夠適時(shí)地加載和卸載,并且出水溫度也控制在很小的波動(dòng)范圍。且節(jié)能效果十分明顯,而大型冷水機(jī)組的群控也必然是未來(lái)空調(diào)節(jié)能的主要發(fā)展方向之一。
[1] 尉遲斌.實(shí)用制冷空調(diào)工程手冊(cè)(第2版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010
[2] 鄒同華,馬淑媛.水泵變頻能耗的試驗(yàn)研究[J].流體機(jī)械,2011,39(10):1-3
[3] 黃慧麗.機(jī)房群控系統(tǒng)機(jī)組啟停策略研究[J].低溫與特氣,2011,29(5):12-15
[4] 榮劍文.冷水機(jī)組群控策略的討論[J].暖通空調(diào),2005,35(12):9-10
[5] 宋靜,顧培強(qiáng).樓宇自控系統(tǒng)中冷水系統(tǒng)群控策略[J].IB智能建筑與城市信息,2006,111(2):41-43