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《智能建筑與城市信息雜志》2014年第八期

1冷凍機(jī)房控制與節(jié)能分析

1.1冷凍機(jī)組的控制（可節(jié)能3%～8%）

1.1.1可變流量的冷水機(jī)組作為系統(tǒng)中最核心的設(shè)備，冷水機(jī)組必須滿足一次泵變流量系統(tǒng)的要求，既要能滿足系統(tǒng)流量的變化范圍，又要能滿足系統(tǒng)流量的變化率。冷水機(jī)組蒸發(fā)器流量能在60%～100％范圍內(nèi)穩(wěn)定、安全運(yùn)行，允許的蒸發(fā)器流量變化率為50%/min，完全滿足一次泵變流量系統(tǒng)的要求。

1.1.2變流量控制的末端末端設(shè)備一般通過電動(dòng)二通閥門控制進(jìn)入冷卻盤管的水流量，從而達(dá)到控制出風(fēng)溫度，滿足室內(nèi)負(fù)荷的需求。對(duì)于項(xiàng)目，末端的組合式空氣處理機(jī)組可采用變風(fēng)量控制（風(fēng)機(jī)變頻）和變水流量控制（電動(dòng)水閥）。建議其控制邏輯為：變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)系統(tǒng)中各區(qū)域的設(shè)定溫度與實(shí)際溫度的差值進(jìn)行變化，以滿足區(qū)域溫度的設(shè)定值；而電動(dòng)水閥則根據(jù)空調(diào)箱的出風(fēng)溫度（或回風(fēng)溫度）設(shè)定值與實(shí)際值的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足空調(diào)箱的出風(fēng)溫度（或回風(fēng)溫度）設(shè)定值。

1.1.3旁通閥與流量傳感器由于冷水機(jī)組的蒸發(fā)器側(cè)變流量的范圍不是0%～100%，因此，當(dāng)用戶側(cè)的流量低于冷水機(jī)組允許的最低流量時(shí)，需要旁通部分水流量來(lái)保證蒸發(fā)器的水流量不低于機(jī)組的最低允許水流量。在冷凍水回水干管上，安裝流量傳感器可測(cè)得水系統(tǒng)的總流量，用來(lái)控制旁通閥。一旦系統(tǒng)只剩下最后一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，當(dāng)用戶側(cè)的冷量需求繼續(xù)下降且直到該機(jī)組的預(yù)定最低流量時(shí)，則旁通閥門動(dòng)作，以確保旁通流量不低于冷水機(jī)組設(shè)定的最小流量。值得注意的是，此處的旁通與定流量系統(tǒng)的旁通意義不同，僅為保證系統(tǒng)中單臺(tái)機(jī)組蒸發(fā)器的最小流量而設(shè)置，比定流量系統(tǒng)中的旁通流量要小得多。

1.1.4冷凍水溫重設(shè)定通常冷水機(jī)組的出水溫度是一定的，但當(dāng)負(fù)荷較小時(shí)，冷凍水的水流量已低于單臺(tái)機(jī)組的最小蒸發(fā)器流量時(shí)，可以通過提高冷水機(jī)組的出水溫度，這樣既滿足了負(fù)荷的需求，又提高了冷水機(jī)組的運(yùn)行效率。

1.2其他節(jié)能控制策略

1.2.1自適應(yīng)啟/停系統(tǒng)將最大限度地減少設(shè)備的能耗，根據(jù)冷凍水溫度和過去的冷負(fù)荷慣性/反映時(shí)間，來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)冷水機(jī)、泵、冷卻塔的啟/停時(shí)間，以逐個(gè)控制冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔和冷水機(jī)組。

1.2.2冷水機(jī)排序/選擇用戶可以選定超前/滯后冷水機(jī)，并重新安排其順序。系統(tǒng)將自動(dòng)預(yù)測(cè)冷負(fù)荷需求、趨勢(shì)，并根據(jù)過去的能效、冷負(fù)荷需求、冷水機(jī)—泵—冷卻塔的功率和待命冷水機(jī)的情況來(lái)自動(dòng)選擇設(shè)備的最優(yōu)組合。用戶可以交替地選擇最優(yōu)/同等的冷水機(jī)組運(yùn)行時(shí)間。冷凍水和冷卻水閥門將根據(jù)冷水機(jī)的選定情況確定開/關(guān)。系統(tǒng)能夠控制冷水機(jī)的任何配置，用戶可以在某個(gè)現(xiàn)場(chǎng)位置啟動(dòng)冷水機(jī)組，也可以選擇自動(dòng)啟動(dòng)。任何冷水機(jī)得到開機(jī)命令卻未能啟動(dòng)，應(yīng)按指定要求發(fā)出報(bào)警。控制器得到報(bào)警后，啟動(dòng)下一臺(tái)最適合的機(jī)組。

1.2.3水閥控制1）冷水機(jī)組蒸發(fā)器進(jìn)口及冷凝器進(jìn)口的電動(dòng)蝶閥與冷水機(jī)組聯(lián)鎖，即冷水機(jī)組開則電動(dòng)蝶閥打開，冷水機(jī)組停則電動(dòng)蝶閥關(guān)閉。2）電動(dòng)蝶閥特別是冷凍水蝶閥的行程需要滿足變流量系統(tǒng)運(yùn)行的需求，開/停機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)水流量的變化不影響引起冷水機(jī)組的運(yùn)行。

1.2.4冷凍水重設(shè)（節(jié)能約3%）1）為達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行，冷水機(jī)組的冷凍水出水溫度可以根據(jù)室外環(huán)境溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)環(huán)境溫度低于27℃時(shí)，可將冷凍水出水溫度設(shè)定值上調(diào)0.5℃。2）當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)荷小到冷凍水流量或低于單臺(tái)機(jī)組的最小允許流量時(shí)，也將冷凍水出水溫度設(shè)定值上調(diào)0.5～1℃。冷凍水溫度重設(shè)的優(yōu)點(diǎn)：在空調(diào)運(yùn)行季節(jié)，尤其是在過渡季節(jié)或冬季運(yùn)行空調(diào)制冷時(shí)，冷機(jī)處在部分負(fù)荷情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)冷機(jī)回水溫度時(shí)常遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)回水溫度。在這種情況下，尤其在負(fù)荷使用方?jīng)]有嚴(yán)格限制濕度要求的條件下，可通過提高冷凍水的供水溫度設(shè)定值來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的。表2為機(jī)組在冷凝器進(jìn)水溫度30℃時(shí)，蒸發(fā)器出水溫度變化時(shí)的冷機(jī)部分負(fù)荷參數(shù)值，從表中數(shù)據(jù)可以看出，蒸發(fā)器出水溫度升高1℃時(shí)，冷機(jī)節(jié)能約3%。

1.2.5斷電后自動(dòng)啟動(dòng)當(dāng)發(fā)生斷電時(shí)，所有設(shè)備停機(jī)一段時(shí)間且這段時(shí)間的長(zhǎng)短可以選定。然后，設(shè)備將依次啟停，以最大限度地減少功率的峰值需求。

1.2.6備用冷水機(jī)的自動(dòng)啟動(dòng)當(dāng)冷水機(jī)或輔助設(shè)備不能啟動(dòng)或因緊急故障而停機(jī)時(shí)，備用冷水機(jī)及其相關(guān)輔助設(shè)備應(yīng)自動(dòng)啟動(dòng)。

1.2.7故障報(bào)警靠正反饋和/或緊急故障電路來(lái)識(shí)別并確認(rèn)冷水機(jī)、泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)的故障，可同時(shí)顯示報(bào)警信息。

2系統(tǒng)構(gòu)架

系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)分布式控制方式，由管理層網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)組成。樓宇自控系統(tǒng)的主要組成部分包括管理操作站、網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡(luò)控制器、直接數(shù)字控制器（DDC）等；還應(yīng)包括傳感器、執(zhí)行器等自控產(chǎn)品。具體系統(tǒng)構(gòu)如圖4所示。操作站軟件系統(tǒng)采用瀏覽器/服務(wù)器（B/S）的結(jié)構(gòu)模式，由實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)控制軟件組成，能提供XML、WebService或OPC等數(shù)據(jù)交換方式。提供順序可按照控制程序、功能聯(lián)鎖程序、用電管理程序、統(tǒng)計(jì)程序、報(bào)表產(chǎn)生程序和歷史數(shù)據(jù)記錄與處理等程序，可支持不少于5個(gè)分控用戶且根據(jù)不同的權(quán)限通過WEB瀏覽器同時(shí)訪問和操作baS系統(tǒng)。用戶可以通過IE瀏覽器，無(wú)須安裝其他專用軟件，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)軟硬件的配置工作。現(xiàn)場(chǎng)控制器采用標(biāo)準(zhǔn)的BACnet協(xié)議，通過控制層網(wǎng)絡(luò)以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線上的任意一臺(tái)控制器的故障或者中止運(yùn)行，不能影響其他控制器及機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行。

3節(jié)能效果

本空調(diào)系統(tǒng)是全年供冷與免費(fèi)板換節(jié)能，按照冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔每年3～11月運(yùn)行計(jì)算，每月30日，每天24h，使用系數(shù)按照0.5計(jì)算，系統(tǒng)年耗電量約8705880kW•h，按照平均電價(jià)0.9元/kW•h計(jì)算，空調(diào)系統(tǒng)每年運(yùn)行費(fèi)用約為784萬(wàn)元。而該項(xiàng)目冷凍機(jī)房BA控制系統(tǒng)投資費(fèi)用預(yù)計(jì)為400萬(wàn)元(包含管路系統(tǒng)電動(dòng)閥門、控制系統(tǒng)軟硬件、材料、管線及安裝、調(diào)試費(fèi)用等)。按節(jié)能20%計(jì)算，通過機(jī)組自控系統(tǒng)每年可節(jié)約費(fèi)用約為156萬(wàn)元，投資2.5年即可回收成本。

作者：楊軍志單位：江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司