張勝蘭 涂淑平

上海海事大學(xué)商船學(xué)院

0 引言

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。

1 系統(tǒng)概況

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。

2 方案制定

2.1 監(jiān)控內(nèi)容

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

2.2 控制邏輯

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。

3 工程總說(shuō)明

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)。

4 結(jié)論

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