摘 要：本文分析了冷源系統(tǒng)的構成和節(jié)能途徑，依據(jù)按需供冷的控制新方法，采用美國奧萊斯公司的控制模塊庫，編制了簡明實用的冷源群控節(jié)能管理程序。著重研究了按冷需求優(yōu)化設定冷凍水供水溫度、冷機群控管理和按冷需求對冷凍水泵變頻控制。通過實驗平臺的測試驗證了程序的可行性和穩(wěn)定性，并在實際工程應用中取得了很好的效果。 關鍵詞：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，發(fā)達國家的建筑物能耗已占全國總能耗的30%——45%左右，在民用建筑中暖通空調能耗達到65%，其中冷源系統(tǒng)能耗為空調能耗的主要部分。為保證建筑的舒適性要求，冷源系統(tǒng)從設計到運行均考慮較大的冷負荷余量，造成冷源冷量的供給與末端冷負荷需求之間能量匹配的矛盾越來越明顯，導致冷源系統(tǒng)長期在低效率下運行，運行成本居高不下。因此，背靠當前BAS的發(fā)展水平，提高冷源系統(tǒng)的實用控制水平，提高冷源的運行效率，已成為迫切需要解決的問題。 1 冷源系統(tǒng) 　　1.1冷源系統(tǒng)基本構成 　　本文以寧夏某項目冷源系統(tǒng)為例說明其基本流程，如圖1所示。該冷源系統(tǒng)主要設備包括：100冷噸螺桿冷水機組2臺，300冷噸螺桿冷水機組1臺。11kw冷卻水泵3臺（二用一備），11kw冷凍水泵3臺（二用一備），32kw冷卻水泵2臺（一用一備），32kw冷凍水泵2臺（一用一備）。100冷噸機組與300冷噸機組各有兩臺噴霧式冷卻塔，其中300冷噸冷卻塔內有風扇，冷凍站設集水器及分水器之間有壓差旁通閥門。本冷源系統(tǒng)為典型的機泵一對一系統(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電耗、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風機電耗構成。其主要節(jié)能途徑有以下4種：①最大限度減少運行時間。②優(yōu)化制冷機組冷凝與蒸發(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多臺冷機在部分負荷條件下運行時，應保證冷機處于高效區(qū)。④水泵的能耗約占空調系統(tǒng)總能耗的15-20%;由于冷源系統(tǒng)經常性處于部分負荷狀態(tài)下工作，系統(tǒng)實際需水量也經常性的小于設計值。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)用戶對冷量的實際需求，對冷源系統(tǒng)的設備實行節(jié)能控制。從圖2可以看出，控制系統(tǒng)利用網絡控制技術，對末端設備、冷水用戶和冷源進行監(jiān)控，冷需求和用冷時間請求呈鏈狀傳遞。 [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)域溫度及風閥的開度狀況，計算冷需求和用冷時間請求傳遞給上級空調機組;空調機組（AHU）根據(jù)下級冷需求設定送風溫度，與實測值比較后，通過PID算法控制盤管水閥開度。AHU的冷需求計算方法為當水閥開度超過90%時，記為1;當室溫為警告高溫（25.6℃），記為2;室溫為準高溫（24.4-25.6℃），記為1;三者累加，代表冷需求;用冷時間計算是按照一定的方式表示用冷時間，區(qū)分出是工作時間用冷，還是非工作時間用冷，并作為網絡變量傳播給上級冷源系統(tǒng)。冷源統(tǒng)計來自所有AHU等用戶的冷需求和用冷時間請求，來確定制冷機的優(yōu)化啟停，重新設定冷凍水的供水溫度和調整加壓泵的轉速。 3 冷源群控節(jié)能管理系統(tǒng)的設計與實現(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，采用美國奧萊斯公司的控制模塊庫，編制了冷源群控節(jié)能管理程序，主要任務是：①統(tǒng)計來自冷水用戶的冷需求和用冷時間請求，確定冷源是否投入運行;②根據(jù)冷負荷控制冷機的運行臺數(shù);③提供給各臺冷機均等的工作機會，并且互為備用④監(jiān)視所有冷機的工作狀態(tài)，故障狀態(tài)，啟動的先后順序;⑤根據(jù)用戶冷需求設定冷凍水的供水溫度。⑥確定冷凍泵的啟停，并按用戶冷需求進行變頻控制?？蚣苋鐖D3所示。 [align=center] 圖3 冷源群控節(jié)能管理程序框架[/align] 　　3.2程序核心模塊的實現(xiàn) 　　3.2.1按冷需求優(yōu)化設定冷凍水供水溫度 　　通過樓控網絡收集來自各冷水用戶的冷需求并累加求和，即成為整個系統(tǒng)的冷需求;選擇各冷水用戶的用冷時間請求的最大值，即成為整個系統(tǒng)的用冷時間請求。在核心模塊STPT中根據(jù)供冷需求的次數(shù)不斷對冷凍水供水溫度設定值進行優(yōu)化調整，當冷需求次數(shù)=0時，提高供水溫度設定值0.25℃;當冷需求次數(shù)>0，根據(jù)冷需求數(shù)量降低冷凍水供水溫度設定值，每次降低值最大不超過1℃;在任何情況下，冷凍水供水溫度設定值不得超出允許范圍;在冷機全部停機或系統(tǒng)重起時，冷凍水供水溫度設定值恢復規(guī)定的初始值。程序見圖4 [align=center] 圖4 冷需求法優(yōu)化設定冷凍水供水溫度程序模塊[/align] 　　3.2.2制冷機群控管理 　　制冷機群控管理的主要目的是根據(jù)冷負荷控制冷機的運行臺數(shù)，以保證各臺冷機都處于高效工作區(qū)間，同時監(jiān)視所有冷機的工作狀態(tài)、故障狀態(tài)和啟動的先后順序，提供給各臺冷機均等的工作機會，并且互為備用。包括以下三個核心的程序模塊： 　?。?）各臺冷機管理程序模塊 　　各臺冷機管理程序模塊的主要功能是比較并處理發(fā)送給各臺冷機的啟動信號與制冷機控制程序反饋的運行信號。當出現(xiàn)冷機掉電、啟動失敗或處于維護狀態(tài)時，停止給冷機的啟動信號，發(fā)出相應事件通知。初始啟動時，為避免多臺機組同時啟動造成電力負荷涌浪，應錯開各臺啟動的延時時間30秒。冷機啟動失敗后，用戶可以通過軟件開關重新啟動。累計冷機運行時間，當超過設定值時，發(fā)出需要維護的事件通知。 　?。?）冷機啟動順序循環(huán)程序模塊 　　該程序模塊的主要功能為確定冷機啟動順序和控制啟動順序循環(huán)，以保證各臺冷機均等的工作機會。例如：有三臺冷機按1、2、3編號，啟動順序分為123、321、231三種。管理人員可選擇手動循環(huán)、冷機的累計運行時間和定時循環(huán)三種方式來控制冷機啟動順序循環(huán)，同時也可以手動超越單臺啟停冷機。 　　（3）制冷機運行臺數(shù)控制程序模塊 　　制冷機做為空調系統(tǒng)的核心設備，臺數(shù)優(yōu)化控制是節(jié)能的關鍵。例如：有3臺離心式冷水機組，單臺只能通過調整出口導葉進行能量調節(jié)，當系統(tǒng)在低負荷時，會導致三臺機組都工作在低效區(qū)間，造成能量浪費。因此，制冷機臺數(shù)控制程序模塊采用負荷控制法，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，計算實時冷負荷。其計算公式為Q=C×G×（T3-T1） 式中：Q為冷負荷，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。當實時冷負荷大于機組額定產冷能力的85%，且冷凍水供水溫度大于12℃的時候，則激活相應的負荷階段運行條件，階梯增加制冷機的運行臺數(shù)，從而使制冷量與負荷相匹配。當相應的負荷階段運行條件消失的時候，相應減少制冷機的運行臺數(shù)。需要注意的是為了保證系統(tǒng)的運行穩(wěn)定，必須使用平滑程序，限制負荷變化率不大于3KW/5秒，防止負荷值突變引起冷機不必要的啟停，增減冷機運行臺數(shù)的時間間隔最小不少于10分鐘，避免冷機頻繁啟動;管理人員可以超越鎖定制冷機的運行臺數(shù)，當冷機啟動失敗后，系統(tǒng)將自動啟動其它冷機。程序見圖5 [align=center] 圖5 冷機運行臺數(shù)控制程序[/align] 　　3.2.3按冷需求對冷凍泵變頻控制 　　制冷機和冷凍水泵為一對一關系，由冷機群控管理程序根據(jù)制冷機啟停狀態(tài)確定水泵的啟停。同時根據(jù)來自用戶的冷需求和用冷時間統(tǒng)計對運行的水泵進行變頻控制，以達到節(jié)能的目的。當接受冷機群控管理程序中的啟動指令，并且冷需求>3時，冷凍水泵投入運行。使用設定值優(yōu)化模塊來設定水泵轉速。初始啟動時，水泵的轉速設置為50%;當冷需求=0時，降低水泵轉速5%;當冷需求>1，根據(jù)冷需求數(shù)量提高水泵轉速，每次提高值最大不超過10%;程序中使用平滑增減模塊，限制水泵的轉速變化率不大于每秒1%，以保證運行穩(wěn)定。程序見圖6 [align=center] 圖6冷凍水泵按需調速控制程序[/align] 4 結論 　　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，編制了上述簡明的冷源群控節(jié)能管理程序，適當使用“時間延遲”、“平滑增減”、“上下限保護”、“信號最小保持時間”等模塊，利用這些功能保證系統(tǒng)運行控制穩(wěn)定，同時引入部分經驗數(shù)值，使控制程序具備了實際應用的價值。利用WebCTRL/ALC系統(tǒng)的實驗平臺，將編制的控制程序進行了模擬調試，驗證了程序的穩(wěn)定性。2004年將研究的上述程序模塊應用在寧夏某智能化項目中，對三臺冷水機組進行節(jié)能控制，控制系統(tǒng)能夠適時的加載和卸載，并使冷機的出水溫度一直保持在出水溫度設定值很小的范圍內波動，體現(xiàn)了很好的控制精度，達到了預期的功能要求，同時也為的冷源群控設計提供了寶貴的第一手資料。 　　本文作者創(chuàng)新點：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)軟件編制了簡明實用的核心程序模塊，在實際工程應用中取得了很好的控制效果。 參考文獻 　　[1]Thomas B.Hartman. 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