丁才成 馮荷蘭

【摘要】本文以武進(jìn)水務(wù)大廈這幢5A級(jí)智能辦公大樓為設(shè)計(jì)背景，進(jìn)行冷水機(jī)組傳統(tǒng)控制策略與優(yōu)化設(shè)計(jì)控制策略的對(duì)比分析與研究，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的單機(jī)、聯(lián)機(jī)調(diào)試及試運(yùn)行表明，設(shè)計(jì)的冷水機(jī)組節(jié)能控制系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、節(jié)能，控制方案合理。

一、工程概況

武進(jìn)水務(wù)大廈由3臺(tái)制冷機(jī)組組成，其中2臺(tái)制冷量為1250KW的螺桿式制冷機(jī)型號(hào)為30XW和1臺(tái)875KW的螺桿式制冷機(jī)型號(hào)為30HXC，2臺(tái)流量為200t/h的冷凍水泵，1臺(tái)流量為120t/h的冷凍水泵，2臺(tái)流量為290t/h的冷卻水泵，2臺(tái)流量為180t/h的冷卻水泵（一用一備），兩臺(tái)冷水補(bǔ)水泵組成。

二、傳統(tǒng)的冷水機(jī)組控制策略

目前冷機(jī)的節(jié)能控制策略有2種方案，第一種采用回水溫度法，第二種采用冷量控制法。

1、冷凍水回水溫度法

采用冷凍水回水溫度法進(jìn)行冷水機(jī)組的臺(tái)數(shù)控制適用于冷水機(jī)組設(shè)定出水溫度的空調(diào)系統(tǒng)中，一般冷凍水出水溫度設(shè)定在7℃，回水溫度一般設(shè)定在12℃，不同的回水溫度代表不同的冷量需求，根據(jù)冷量的需求進(jìn)行冷水機(jī)組的臺(tái)數(shù)控制。

理論上回水溫度可以反映冷量的需求，但是對(duì)傳感器的精度要求較高，目前精度最好的鉑溫度傳感器精度在0.4℃，而冷凍水供回水溫差一般在5℃左右，因此控制精度不可能很高，為防止冷機(jī)頻繁啟動(dòng)，一般采用手動(dòng)控制啟停，自動(dòng)監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)，大大影響了冷機(jī)的節(jié)能效果[20]。

2、冷量控制法

冷量控制法就是根據(jù)冷凍水供回水溫度差及流量可以計(jì)算出整個(gè)空調(diào)冷源系統(tǒng)總的冷量需求[21]，從而決定冷機(jī)的臺(tái)數(shù)。供水溫度T1、回水溫度T2，供水流量Q如圖3-1所示。

Q=41.868×L×（CPT2×T2-CPT1×T1） （2-1）

式中Q為空調(diào)所需的冷負(fù)荷，L為冷水機(jī)組的回水流量， T1為冷水機(jī)組的供水溫度，T2為冷水機(jī)組的回水溫度，CPT1：對(duì)應(yīng)于T1時(shí)水的比熱容， CPT2：對(duì)應(yīng)于T2時(shí)水的比熱容。

由公式可以知道當(dāng)空調(diào)冷負(fù)荷增加時(shí)，回水溫度T2上升，溫差△T=（T2-T1）就會(huì)增加，因此Q值上升。當(dāng)空調(diào)冷負(fù)荷需要減少，回水溫度T2下降，溫差△T=（T2-T1）就會(huì)降低，因此Q值下降。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，樓控系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算冷負(fù)荷的需求，根據(jù)計(jì)算結(jié)果自動(dòng)控制冷機(jī)的臺(tái)數(shù)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

傳統(tǒng)的冷機(jī)加載/卸載策略還有其它缺陷：1. 流量數(shù)值的精確度比較難保證，目前市場(chǎng)上流量計(jì)的種類很多，電磁式、渦輪式等等，其安裝位置，安裝方式、測(cè)量介質(zhì)都有嚴(yán)格要求，任何的忽視都將使測(cè)量有偏差。其次，不少流量計(jì)允許滿流量值可設(shè)置，其數(shù)值一般應(yīng)該根據(jù)對(duì)應(yīng)水泵的額定流量來(lái)確定，這里的誤差已經(jīng)非常大。再次，讀到的流量值怎么判斷正確與否，現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有比對(duì)值。2. 在變水量系統(tǒng)中末端負(fù)荷的變化使流量變化波動(dòng)較大，導(dǎo)致傳統(tǒng)測(cè)量方式計(jì)算冷量波動(dòng)較大，如果以這個(gè)參數(shù)作為冷機(jī)臺(tái)數(shù)切換閾值，會(huì)導(dǎo)致冷機(jī)在切換點(diǎn)頻繁啟停，導(dǎo)致冷機(jī)設(shè)備損壞[22]。

三、優(yōu)化設(shè)計(jì)的冷水機(jī)組控制策略

在武進(jìn)水務(wù)大廈冷機(jī)節(jié)能控制采用CCN（Carrier Comfort Network）系統(tǒng)，CCN系統(tǒng)是開(kāi)利公司使用的冷凍機(jī)組能源效率管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以全面管理開(kāi)利公司的冷水機(jī)組，同時(shí)能夠無(wú)縫集成第三方控制系統(tǒng)[23]。CCN系統(tǒng)架構(gòu)圖如下圖1所示。

圖1 CCN系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

（1）冷機(jī)加減載策略研究

a、冷機(jī)加載策略

1）當(dāng)溫度傳感器所測(cè)的冷凍水供水溫度高于當(dāng)前的冷凍水供水溫度設(shè)定點(diǎn)與一個(gè)可修改的溫度偏差值之和；

2）已運(yùn)行的冷機(jī)的平均負(fù)荷是否已接近100%（可修改）；

3）冷機(jī)出水水溫的降低速度是否小于0.5F/min（可修改）；

4）一定的平穩(wěn)運(yùn)行延時(shí)是否已到 （可修改）；

當(dāng)以上四條判據(jù)都符合時(shí)系統(tǒng)可以進(jìn)入冷機(jī)加載模式；

圖2 冷機(jī)加載策略流程圖

冷機(jī)加載策略如上圖2所示，例如當(dāng)冷凍水供水溫度設(shè)定值為7℃，設(shè)定偏差值為1℃，當(dāng)供水溫度檢測(cè)值在9：00AM為9.5℃時(shí)，在9：01AM為9℃，降溫速率小于0.5℃/min，目前冷機(jī)負(fù)荷已經(jīng)達(dá)到95%，延時(shí)時(shí)間15min已到，這時(shí)滿足冷機(jī)加載條件，將完成冷機(jī)加載動(dòng)作。

b、冷機(jī)減載策略

1）目前運(yùn)行的機(jī)組臺(tái)數(shù)多于一臺(tái)；

2）運(yùn)行機(jī)組的平均負(fù)載小于某個(gè)設(shè)定值（一般為65%～69%）；

3）當(dāng)溫度傳感器所測(cè)的冷凍水供水溫度，小于當(dāng)前的冷凍水供水溫度設(shè)定點(diǎn)與一個(gè)可調(diào)整溫度偏差值的0.6倍之和；

4）機(jī)組停機(jī)的延遲時(shí)間已經(jīng)結(jié)束（延遲時(shí)間可以設(shè)定）；

當(dāng)以上四條判據(jù)都符合時(shí)系統(tǒng)可以進(jìn)入冷機(jī)減載模式。冷機(jī)減載策略圖如下圖3所示。

圖3冷機(jī)減載策略流程圖

例如當(dāng)冷凍水供水溫度設(shè)定值為7℃，設(shè)定偏差值為1℃，當(dāng)供水溫度檢測(cè)值為7.2℃時(shí)（<7+1*0.6=7.6℃），目前冷機(jī)平均負(fù)荷已經(jīng)降到58%，延時(shí)時(shí)間15min已到，這時(shí)滿足冷機(jī)減載條件，將完成冷機(jī)減載動(dòng)作。

下圖為武進(jìn)水務(wù)大廈7月份的某天冷水機(jī)組的運(yùn)行加減載情況分析圖，從中我們可以看到，綠色線是一臺(tái)制冷機(jī)組的運(yùn)行時(shí)段，粉色線是第二臺(tái)制冷機(jī)組的運(yùn)行時(shí)段，黃色線是第三臺(tái)制冷機(jī)組的運(yùn)行時(shí)段，紫色線是制冷機(jī)組出水溫度設(shè)定值，紅色線是制冷機(jī)組實(shí)際出水溫度。

機(jī)組從7：00AM啟動(dòng)，1#冷機(jī)投入運(yùn)行，出水溫度持續(xù)在設(shè)定與偏差值的和之上，延時(shí)20min后，進(jìn)入冷機(jī)加載程序模式，在7：32AM 2#冷機(jī)投入運(yùn)行，此時(shí)出水溫度依舊持續(xù)在設(shè)定與偏差值的和之上，在9：12AM 3#冷機(jī)投入運(yùn)行，在19：46PM，，出水溫度持續(xù)在設(shè)定與偏差值的0.6倍以下，持續(xù)20min后在20：06min 3#冷機(jī)停機(jī)，在21：50PM 2#冷機(jī)停機(jī)，在23：30min 1#冷機(jī)停機(jī)。

四、項(xiàng)目運(yùn)行效果及結(jié)束語(yǔ)

從下圖可見(jiàn)，由于武進(jìn)水務(wù)大廈采用CCN冷機(jī)群控系統(tǒng)后使冷機(jī)的冷凍水出水溫度始終保持在設(shè)定值允許工程偏差范圍內(nèi)波動(dòng)，達(dá)到了比較好的控制精度，也說(shuō)明了這個(gè)冷機(jī)加卸載控制策略比較合理，既避免冷機(jī)的頻繁啟停，又適時(shí)的實(shí)現(xiàn)冷機(jī)加卸載。

圖4武進(jìn)水務(wù)大廈某天冷機(jī)減載情況分析圖