摘 要：本文分析了冷源系統(tǒng)的構(gòu)成和節(jié)能途徑，依據(jù)按需供冷的控制新方法，采用美國(guó)奧萊斯公司的控制模塊庫(kù)，編制了簡(jiǎn)明實(shí)用的冷源群控節(jié)能管理程序。著重研究了按冷需求優(yōu)化設(shè)定冷凍水供水溫度、冷機(jī)群控管理和按冷需求對(duì)冷凍水泵變頻控制。通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的測(cè)試驗(yàn)證了程序的可行性和穩(wěn)定性，并在實(shí)際工程應(yīng)用中取得了很好的效果。 關(guān)鍵詞：冷源群控 按需供冷 節(jié)能管理 Abstract:Analyzed the composition and the energy saving ways of the chiller plants system. Programmed the applicable chiller plant control energy saving management programs, based on the new method of cooling on demand and the graphic function blocks of American ALC Corporation.The chilled water supply temperature reset optimization program, the chiller operating numbers control program, the chillers’ starting in proper order control program,the chillers management program and chilled pump frequency conversion control program are included. The feasibility and stability was tested and verified in the laboratory. The ideal effect was also achieved in the practical project. Keywords:chiller plant control, cooling on demand, energy efficiency management 　　根據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家的建筑物能耗已占全國(guó)總能耗的30%——45%左右，在民用建筑中暖通空調(diào)能耗達(dá)到65%，其中冷源系統(tǒng)能耗為空調(diào)能耗的主要部分。為保證建筑的舒適性要求，冷源系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到運(yùn)行均考慮較大的冷負(fù)荷余量，造成冷源冷量的供給與末端冷負(fù)荷需求之間能量匹配的矛盾越來(lái)越明顯，導(dǎo)致冷源系統(tǒng)長(zhǎng)期在低效率下運(yùn)行，運(yùn)行成本居高不下。因此，背靠當(dāng)前BAS的發(fā)展水平，提高冷源系統(tǒng)的實(shí)用控制水平，提高冷源的運(yùn)行效率，已成為迫切需要解決的問(wèn)題。 1 冷源系統(tǒng) 　　1.1冷源系統(tǒng)基本構(gòu)成 　　本文以寧夏某項(xiàng)目冷源系統(tǒng)為例說(shuō)明其基本流程，如圖1所示。該冷源系統(tǒng)主要設(shè)備包括：100冷噸螺桿冷水機(jī)組2臺(tái)，300冷噸螺桿冷水機(jī)組1臺(tái)。11kw冷卻水泵3臺(tái)（二用一備），11kw冷凍水泵3臺(tái)（二用一備），32kw冷卻水泵2臺(tái)（一用一備），32kw冷凍水泵2臺(tái)（一用一備）。100冷噸機(jī)組與300冷噸機(jī)組各有兩臺(tái)噴霧式冷卻塔，其中300冷噸冷卻塔內(nèi)有風(fēng)扇，冷凍站設(shè)集水器及分水器之間有壓差旁通閥門(mén)。本冷源系統(tǒng)為典型的機(jī)泵一對(duì)一系統(tǒng)。 [align=center] 圖1 冷源系統(tǒng)流程圖[/align] 　　1.2冷源系統(tǒng)的節(jié)能途徑 　　冷源系統(tǒng)的能耗主要由制冷機(jī)電耗、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)電耗構(gòu)成。其主要節(jié)能途徑有以下4種：①最大限度減少運(yùn)行時(shí)間。②優(yōu)化制冷機(jī)組冷凝與蒸發(fā)壓力，減少此壓力差必須提高冷凍水供水溫度或降低冷卻水溫度。③多臺(tái)冷機(jī)在部分負(fù)荷條件下運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保證冷機(jī)處于高效區(qū)。④水泵的能耗約占空調(diào)系統(tǒng)總能耗的15-20%;由于冷源系統(tǒng)經(jīng)常性處于部分負(fù)荷狀態(tài)下工作，系統(tǒng)實(shí)際需水量也經(jīng)常性的小于設(shè)計(jì)值。采用變流量系統(tǒng)，使輸送能耗隨流量的增減而增減，具有顯著的節(jié)能效益。 2 按需供冷控制原理 　　按需供冷是指從能源統(tǒng)一管理的角度出發(fā)，根據(jù)用戶對(duì)冷量的實(shí)際需求，對(duì)冷源系統(tǒng)的設(shè)備實(shí)行節(jié)能控制。從圖2可以看出，控制系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，對(duì)末端設(shè)備、冷水用戶和冷源進(jìn)行監(jiān)控，冷需求和用冷時(shí)間請(qǐng)求呈鏈狀傳遞。 [align=center] 圖2 按需供冷控制框圖[/align] 　　末端用戶（如VAV BOX）根據(jù)控制區(qū)域溫度及風(fēng)閥的開(kāi)度狀況，計(jì)算冷需求和用冷時(shí)間請(qǐng)求傳遞給上級(jí)空調(diào)機(jī)組;空調(diào)機(jī)組（AHU）根據(jù)下級(jí)冷需求設(shè)定送風(fēng)溫度，與實(shí)測(cè)值比較后，通過(guò)PID算法控制盤(pán)管水閥開(kāi)度。AHU的冷需求計(jì)算方法為當(dāng)水閥開(kāi)度超過(guò)90%時(shí)，記為1;當(dāng)室溫為警告高溫（25.6℃），記為2;室溫為準(zhǔn)高溫（24.4-25.6℃），記為1;三者累加，代表冷需求;用冷時(shí)間計(jì)算是按照一定的方式表示用冷時(shí)間，區(qū)分出是工作時(shí)間用冷，還是非工作時(shí)間用冷，并作為網(wǎng)絡(luò)變量傳播給上級(jí)冷源系統(tǒng)。冷源統(tǒng)計(jì)來(lái)自所有AHU等用戶的冷需求和用冷時(shí)間請(qǐng)求，來(lái)確定制冷機(jī)的優(yōu)化啟停，重新設(shè)定冷凍水的供水溫度和調(diào)整加壓泵的轉(zhuǎn)速。 3 冷源群控節(jié)能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 　　3.1冷源群控節(jié)能管理程序框架 　　本文根據(jù)按需供冷的控制原理，采用美國(guó)奧萊斯公司的控制模塊庫(kù)，編制了冷源群控節(jié)能管理程序，主要任務(wù)是：①統(tǒng)計(jì)來(lái)自冷水用戶的冷需求和用冷時(shí)間請(qǐng)求，確定冷源是否投入運(yùn)行;②根據(jù)冷負(fù)荷控制冷機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù);③提供給各臺(tái)冷機(jī)均等的工作機(jī)會(huì)，并且互為備用④監(jiān)視所有冷機(jī)的工作狀態(tài)，故障狀態(tài)，啟動(dòng)的先后順序;⑤根據(jù)用戶冷需求設(shè)定冷凍水的供水溫度。⑥確定冷凍泵的啟停，并按用戶冷需求進(jìn)行變頻控制。框架如圖3所示。 [align=center] 圖3 冷源群控節(jié)能管理程序框架[/align] 　　3.2程序核心模塊的實(shí)現(xiàn) 　　3.2.1按冷需求優(yōu)化設(shè)定冷凍水供水溫度 　　通過(guò)樓控網(wǎng)絡(luò)收集來(lái)自各冷水用戶的冷需求并累加求和，即成為整個(gè)系統(tǒng)的冷需求;選擇各冷水用戶的用冷時(shí)間請(qǐng)求的最大值，即成為整個(gè)系統(tǒng)的用冷時(shí)間請(qǐng)求。在核心模塊STPT中根據(jù)供冷需求的次數(shù)不斷對(duì)冷凍水供水溫度設(shè)定值進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，當(dāng)冷需求次數(shù)=0時(shí)，提高供水溫度設(shè)定值0.25℃;當(dāng)冷需求次數(shù)>0，根據(jù)冷需求數(shù)量降低冷凍水供水溫度設(shè)定值，每次降低值最大不超過(guò)1℃;在任何情況下，冷凍水供水溫度設(shè)定值不得超出允許范圍;在冷機(jī)全部停機(jī)或系統(tǒng)重起時(shí)，冷凍水供水溫度設(shè)定值恢復(fù)規(guī)定的初始值。程序見(jiàn)圖4 [align=center] 圖4 冷需求法優(yōu)化設(shè)定冷凍水供水溫度程序模塊[/align] 　　3.2.2制冷機(jī)群控管理 　　制冷機(jī)群控管理的主要目的是根據(jù)冷負(fù)荷控制冷機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，以保證各臺(tái)冷機(jī)都處于高效工作區(qū)間，同時(shí)監(jiān)視所有冷機(jī)的工作狀態(tài)、故障狀態(tài)和啟動(dòng)的先后順序，提供給各臺(tái)冷機(jī)均等的工作機(jī)會(huì)，并且互為備用。包括以下三個(gè)核心的程序模塊： 　?。?）各臺(tái)冷機(jī)管理程序模塊 　　各臺(tái)冷機(jī)管理程序模塊的主要功能是比較并處理發(fā)送給各臺(tái)冷機(jī)的啟動(dòng)信號(hào)與制冷機(jī)控制程序反饋的運(yùn)行信號(hào)。當(dāng)出現(xiàn)冷機(jī)掉電、啟動(dòng)失敗或處于維護(hù)狀態(tài)時(shí)，停止給冷機(jī)的啟動(dòng)信號(hào)，發(fā)出相應(yīng)事件通知。初始啟動(dòng)時(shí)，為避免多臺(tái)機(jī)組同時(shí)啟動(dòng)造成電力負(fù)荷涌浪，應(yīng)錯(cuò)開(kāi)各臺(tái)啟動(dòng)的延時(shí)時(shí)間30秒。冷機(jī)啟動(dòng)失敗后，用戶可以通過(guò)軟件開(kāi)關(guān)重新啟動(dòng)。累計(jì)冷機(jī)運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，發(fā)出需要維護(hù)的事件通知。 　?。?）冷機(jī)啟動(dòng)順序循環(huán)程序模塊 　　該程序模塊的主要功能為確定冷機(jī)啟動(dòng)順序和控制啟動(dòng)順序循環(huán)，以保證各臺(tái)冷機(jī)均等的工作機(jī)會(huì)。例如：有三臺(tái)冷機(jī)按1、2、3編號(hào)，啟動(dòng)順序分為123、321、231三種。管理人員可選擇手動(dòng)循環(huán)、冷機(jī)的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間和定時(shí)循環(huán)三種方式來(lái)控制冷機(jī)啟動(dòng)順序循環(huán)，同時(shí)也可以手動(dòng)超越單臺(tái)啟停冷機(jī)。 　?。?）制冷機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)控制程序模塊 　　制冷機(jī)做為空調(diào)系統(tǒng)的核心設(shè)備，臺(tái)數(shù)優(yōu)化控制是節(jié)能的關(guān)鍵。例如：有3臺(tái)離心式冷水機(jī)組，單臺(tái)只能通過(guò)調(diào)整出口導(dǎo)葉進(jìn)行能量調(diào)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)在低負(fù)荷時(shí)，會(huì)導(dǎo)致三臺(tái)機(jī)組都工作在低效區(qū)間，造成能量浪費(fèi)。因此，制冷機(jī)臺(tái)數(shù)控制程序模塊采用負(fù)荷控制法，其基本思路是在冷凍水供回水干管上安裝溫度傳感器，在回水干管上安裝流量傳感器，計(jì)算實(shí)時(shí)冷負(fù)荷。其計(jì)算公式為Q=C×G×（T3-T1） 式中：Q為冷負(fù)荷，C為水的比熱系數(shù);M為總管流量，T1、T3分別是供水、回水溫度。當(dāng)實(shí)時(shí)冷負(fù)荷大于機(jī)組額定產(chǎn)冷能力的85%，且冷凍水供水溫度大于12℃的時(shí)候，則激活相應(yīng)的負(fù)荷階段運(yùn)行條件，階梯增加制冷機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，從而使制冷量與負(fù)荷相匹配。當(dāng)相應(yīng)的負(fù)荷階段運(yùn)行條件消失的時(shí)候，相應(yīng)減少制冷機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。需要注意的是為了保證系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定，必須使用平滑程序，限制負(fù)荷變化率不大于3KW/5秒，防止負(fù)荷值突變引起冷機(jī)不必要的啟停，增減冷機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)的時(shí)間間隔最小不少于10分鐘，避免冷機(jī)頻繁啟動(dòng);管理人員可以超越鎖定制冷機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，當(dāng)冷機(jī)啟動(dòng)失敗后，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)其它冷機(jī)。程序見(jiàn)圖5 [align=center] 圖5 冷機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)控制程序[/align] 　　3.2.3按冷需求對(duì)冷凍泵變頻控制 　　制冷機(jī)和冷凍水泵為一對(duì)一關(guān)系，由冷機(jī)群控管理程序根據(jù)制冷機(jī)啟停狀態(tài)確定水泵的啟停。同時(shí)根據(jù)來(lái)自用戶的冷需求和用冷時(shí)間統(tǒng)計(jì)對(duì)運(yùn)行的水泵進(jìn)行變頻控制，以達(dá)到節(jié)能的目的。當(dāng)接受冷機(jī)群控管理程序中的啟動(dòng)指令，并且冷需求>3時(shí)，冷凍水泵投入運(yùn)行。使用設(shè)定值優(yōu)化模塊來(lái)設(shè)定水泵轉(zhuǎn)速。初始啟動(dòng)時(shí)，水泵的轉(zhuǎn)速設(shè)置為50%;當(dāng)冷需求=0時(shí)，降低水泵轉(zhuǎn)速5%;當(dāng)冷需求>1，根據(jù)冷需求數(shù)量提高水泵轉(zhuǎn)速，每次提高值最大不超過(guò)10%;程序中使用平滑增減模塊，限制水泵的轉(zhuǎn)速變化率不大于每秒1%，以保證運(yùn)行穩(wěn)定。程序見(jiàn)圖6 [align=center] 圖6冷凍水泵按需調(diào)速控制程序[/align] 4 結(jié)論 　　本文從能源統(tǒng)一管理的思路出發(fā)，依據(jù)按需供冷的控制新方法，編制了上述簡(jiǎn)明的冷源群控節(jié)能管理程序，適當(dāng)使用“時(shí)間延遲”、“平滑增減”、“上下限保護(hù)”、“信號(hào)最小保持時(shí)間”等模塊，利用這些功能保證系統(tǒng)運(yùn)行控制穩(wěn)定，同時(shí)引入部分經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，使控制程序具備了實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。利用WebCTRL/ALC系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將編制的控制程序進(jìn)行了模擬調(diào)試，驗(yàn)證了程序的穩(wěn)定性。2004年將研究的上述程序模塊應(yīng)用在寧夏某智能化項(xiàng)目中，對(duì)三臺(tái)冷水機(jī)組進(jìn)行節(jié)能控制，控制系統(tǒng)能夠適時(shí)的加載和卸載，并使冷機(jī)的出水溫度一直保持在出水溫度設(shè)定值很小的范圍內(nèi)波動(dòng)，體現(xiàn)了很好的控制精度，達(dá)到了預(yù)期的功能要求，同時(shí)也為的冷源群控設(shè)計(jì)提供了寶貴的第一手資料。 　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：提出了基于按需供冷的冷源群控節(jié)能管理新方法，并采用樓宇自控組態(tài)軟件編制了簡(jiǎn)明實(shí)用的核心程序模塊，在實(shí)際工程應(yīng)用中取得了很好的控制效果。 參考文獻(xiàn) 　　[1]Thomas B.Hartman. 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