機(jī)房群控系統(tǒng)概要
建筑空調(diào)系統(tǒng)最大負(fù)荷輸出是由最不利環(huán)境條件所決定,在最不利環(huán)境條件下空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)最大負(fù)荷運(yùn)行。對于商業(yè)綜合體項目,空調(diào)系統(tǒng)在92%的時間內(nèi)都在70%負(fù)荷以下波動運(yùn)行,如下圖為某商業(yè)綜合體空調(diào)負(fù)荷頻率分布:
過去的幾十年,新建項目的中央空調(diào)系統(tǒng)大多重建設(shè)輕運(yùn)維,對空調(diào)系統(tǒng)的控制基本上只有冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔等設(shè)備的啟停邏輯。這其中的原因有很多,比如為了降低建設(shè)成本、縮減建設(shè)周期、沒有群控相關(guān)的技術(shù)支撐、沒有利益上的內(nèi)在驅(qū)動力、運(yùn)維人員技術(shù)水平欠缺等等。
目前國內(nèi)成熟運(yùn)行的機(jī)房群控系統(tǒng)比較少,多數(shù)項目的空調(diào)系統(tǒng)為追求運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性,采取的控制方式較為簡單,如水泵長期定頻運(yùn)行,或者只進(jìn)行水系統(tǒng)變頻控制,未能對整個空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行集中控制,以實現(xiàn)運(yùn)行能耗的優(yōu)化。
機(jī)房群控系統(tǒng)的基本架構(gòu)是以制冷主機(jī)為基礎(chǔ),包括空調(diào)系統(tǒng)閥門、冷水泵、冷卻水泵、冷卻塔和補(bǔ)水定壓、水處理設(shè)備等。根據(jù)平衡建筑冷負(fù)荷所需要輸出的冷量對系統(tǒng)進(jìn)行全局控制,以達(dá)到節(jié)約能源的目的。
機(jī)房群控系統(tǒng)的最基本功能是根據(jù)設(shè)定的加、減機(jī)條件和系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)對冷水機(jī)組自動執(zhí)行加、減載控制,并根據(jù)設(shè)備分組對水泵、冷卻塔等設(shè)備進(jìn)行聯(lián)鎖啟、?;蜃冾l運(yùn)行,達(dá)到節(jié)能高效和延長機(jī)組使用壽命的目的。同時,機(jī)房群控不僅要考慮冷水機(jī)組的能耗,還要考慮其附屬設(shè)備如冷卻塔、冷水泵、冷卻水泵的能耗。
機(jī)房群控系統(tǒng)的核心是群控策略,也就是控制邏輯。依據(jù)建筑物的空調(diào)負(fù)荷需求,自動調(diào)節(jié)優(yōu)化控制多臺冷水機(jī)組及相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行,使機(jī)組制冷能力與系統(tǒng)負(fù)荷相匹配。群控系統(tǒng)需要在主機(jī)輸送給末端的冷量不足時進(jìn)行加機(jī),冷機(jī)負(fù)載率較低時進(jìn)行減機(jī),目的是盡可能減少電量消耗的同時為末端提供足夠的冷量。
機(jī)房群控系統(tǒng)監(jiān)控對象
機(jī)房群控系統(tǒng)主要監(jiān)控對象包括冷水機(jī)組監(jiān)控、冷水系統(tǒng)監(jiān)控、冷卻水系統(tǒng)監(jiān)控、電動閥門和補(bǔ)水壓設(shè)備的監(jiān)控。
1、冷水機(jī)組監(jiān)控
3)冷水機(jī)組具有流量過小保護(hù)控制功能,當(dāng)冷機(jī)變流量工作時,流量低于冷水機(jī)組允許值時,啟動冷機(jī)保護(hù)及控制功能。
2、冷水系統(tǒng)監(jiān)控
6)冷水泵運(yùn)行時發(fā)生故障,自動停泵,備用泵自動投入使用的監(jiān)控;
6)冷卻水泵運(yùn)行時發(fā)生故障,自動停泵,備用泵自動投入使用的監(jiān)控。
4、電動閥門和補(bǔ)水定壓設(shè)備監(jiān)控
5)對水處理器、自動加藥裝置的監(jiān)控。
判斷冷源冷量是否滿足末端需求一般有兩種方式:
當(dāng)冷源輸出冷量不足時,冷凍水溫度會逐漸升高超過冷水回水溫度設(shè)計值,此時進(jìn)入加載冷機(jī)程序。
冷量優(yōu)先的控制方式
根據(jù)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求,對冷機(jī)臺數(shù)控制采用冷量優(yōu)先的控制方式:
3)監(jiān)控冷水機(jī)組壓縮機(jī)實時電流,利用實時電流與額定電流比值來測算機(jī)組實際出力,由于對壓縮機(jī)電流進(jìn)行了實時監(jiān)控,也對機(jī)組有了很好的保護(hù)、壓縮機(jī)的電流占額定電流百分比是冷水機(jī)組的重要參數(shù),一般都回在機(jī)組的控制屏幕上顯示,這種控制方式目前應(yīng)用得最多。
業(yè)內(nèi)被廣泛使用的美國ASHRAE制冷機(jī)房能效分級
冷水機(jī)組起動順序:開(加)機(jī)指令---制冷機(jī)組冷凝器側(cè)電動蝶閥打開---對應(yīng)冷卻水泵啟動---冷卻塔按程序投入運(yùn)行---冷凝器側(cè)水流狀態(tài)確認(rèn)---制冷機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)電動蝶閥打開---對應(yīng)冷水循環(huán)泵打開---蒸發(fā)器側(cè)水流狀態(tài)確認(rèn)---制冷主機(jī)開啟 。
冷水機(jī)組停機(jī)順序:關(guān)(減)機(jī)指令---制冷主機(jī)卸載至關(guān)閉---延時10分鐘(時間一般能根據(jù)項目情況調(diào)整)對應(yīng)冷水循環(huán)泵關(guān)停---制冷機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)電動蝶閥關(guān)閉---對應(yīng)冷卻水泵關(guān)停---冷卻塔關(guān)閉---制冷機(jī)組冷凝側(cè)電動蝶閥關(guān)閉。
1、加載冷機(jī)流程:
1)已經(jīng)運(yùn)行的機(jī)組有充足的時間由負(fù)載0%至接近負(fù)載100%。開式啟動新的冷水機(jī)組→新冷水機(jī)組啟動的延遲時間已經(jīng)結(jié)束(延遲時間可以設(shè)定)→新冷水機(jī)組禁止運(yùn)行的命令未激活→新冷水機(jī)組沒有處于出錯、斜坡加載或處于斷電重起階段→新加載冷水機(jī)組立即啟動。
2、減載冷機(jī)流程
1)目前運(yùn)行的機(jī)組臺數(shù)多于一臺。
2)在運(yùn)行機(jī)組的平均負(fù)載小于設(shè)定值。
3)當(dāng)主機(jī)內(nèi)的溫度傳感器所測的冷水供水溫度低于當(dāng)前的冷水供水溫度設(shè)定點與設(shè)定的允許溫度偏差值的0.6倍相加后的所得值。機(jī)組停機(jī)的延遲時問已經(jīng)結(jié)束(延遲時間可以設(shè)定) →達(dá)到以上1~3的條件→機(jī)組馬上停機(jī)。
這種方式可以提高冷源系統(tǒng)的整體能效(COP),因為冷水機(jī)組在同一冷卻水溫條件下,單臺冷機(jī)接近滿負(fù)荷時認(rèn)為COP值是最高的(并無絕對,不同品牌的設(shè)備可能情況不一樣,這個最高效率點需冷機(jī)廠家提供)。
一般情況下,獲得較低的冷卻水溫度可以使冷機(jī)獲得更到的能效比,因此對于冷卻塔變頻風(fēng)機(jī),在冷卻塔出水溫度達(dá)到冷水機(jī)組冷卻水最低允許溫度之后,冷卻塔風(fēng)機(jī)才開始調(diào)速,以確保冷卻塔出水溫度不低于最低允許溫度。
同時,在系統(tǒng)冷凍水供水溫度遠(yuǎn)離其設(shè)定點時,軟啟動模式能夠防止系統(tǒng)冷量過量輸出,造成能源浪費(fèi)。
例如,系統(tǒng)夜間停機(jī),早上系統(tǒng)開機(jī)時,冷凍水管中的滯留水溫較高,群控系統(tǒng)可能會錯誤地計算出高于實際需求的系統(tǒng)冷負(fù)荷。軟啟動功能可確保冷水機(jī)房緩慢的加載,防止過快地產(chǎn)生過多冷量。(當(dāng)然,對于需要空調(diào)區(qū)快速制冷的系統(tǒng),則可考慮主機(jī)全開滿載輸出冷量,將空調(diào)水系統(tǒng)溫度迅速降下來,以達(dá)到空調(diào)末端最短時間進(jìn)入設(shè)計工況,達(dá)到最大出力的狀態(tài))軟啟動的機(jī)制是控制冷機(jī)的電流。在軟啟動模式下,冷機(jī)非滿載啟動(具體負(fù)載率根據(jù)冷機(jī)性能由廠家給出),直到有一個加機(jī)要求冷凍機(jī)才被允許運(yùn)轉(zhuǎn)于滿載狀態(tài)。
在加載冷機(jī)時采用“軟啟動”模式,中央冷源監(jiān)測與控制系統(tǒng)在收到加機(jī)信號后,首先對已運(yùn)行主機(jī)進(jìn)行降低負(fù)載率運(yùn)行,然后啟動下一臺制冷主機(jī),最后將多臺制冷主機(jī)同時加大運(yùn)行工況。
在減載冷機(jī)時采用“軟關(guān)機(jī)”模式,中央冷源監(jiān)測與控制系統(tǒng)在收到減機(jī)信號后,首先降低多臺制冷主機(jī)的負(fù)載率,然后停止列入減機(jī)序列的制冷主機(jī)。
在軟啟動模式下的加機(jī)算法與正常模式下的不同。在軟啟動模式,冷水機(jī)房群控監(jiān)測系統(tǒng)回水溫度,如果這個溫度下降的速率不夠快,這就意味著需要更多冷量。冷水機(jī)房群控持續(xù)檢測每分鐘回水溫度的變化,如果變化率不大于操作人員的輸入值,加機(jī)定時器開始工作。
群控注意事項
1)群控系統(tǒng)應(yīng)提供軟開機(jī)功能,加載新的冷機(jī)時,系統(tǒng)可將當(dāng)前運(yùn)行冷水機(jī)組的負(fù)荷降低到50%,這樣可以減小新開冷水機(jī)組對電網(wǎng)的沖擊,同時新開冷水機(jī)組可以較快的運(yùn)行到高效工作區(qū)域。
2)運(yùn)維人員可以設(shè)定冷水總供水溫度,或可以依據(jù)室外溫度來自動微調(diào)供水溫度,比如當(dāng)時室內(nèi)環(huán)境對除濕要求不高時,可以適當(dāng)提高冷水溫度,可以提高系統(tǒng)整體運(yùn)行能效,達(dá)到節(jié)能的目的。 3)一般而言,冷機(jī)運(yùn)行在70%~100%負(fù)荷率時,冷機(jī)能效比可以維持在較高水平,因此在已開啟冷機(jī)平均負(fù)荷率較高時進(jìn)行加機(jī),此時加機(jī)能明顯提高冷水機(jī)組能效比、減少耗電量。
4)冷水機(jī)組在運(yùn)行過程中如發(fā)生故障時,自動投入待命冷水機(jī)組。已發(fā)生故障的冷水機(jī)會被鎖定停機(jī),直到該冷水機(jī)組故障被排除后,運(yùn)維管理人員在監(jiān)控電腦上確認(rèn)后,該冷水機(jī)組才會加入以后的加減載隊列。
5)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)定待加載的冷水機(jī)組在啟動前會確認(rèn)是否有足夠的冷水、冷卻水流量,及同時冷水機(jī)組自檢是否通過,條件滿足才會最終開啟壓縮機(jī)。
6)互為備用的冷水泵組、冷卻水泵組,根據(jù)“均等運(yùn)行時間”的原則順序啟停各臺水泵。部分負(fù)荷時,多臺同容量的冷水機(jī)組,根據(jù)“均等運(yùn)行時間”的原則順序啟停各臺冷機(jī)。
分享幾種冷機(jī)加減載方式
3)自動運(yùn)行狀態(tài)的冷機(jī)數(shù)量≥1臺。由于中央空調(diào)系統(tǒng)具有大滯后、高耦合的特性,為避免冷水機(jī)組頻繁啟停,在此基礎(chǔ)上設(shè)定一個加、減機(jī)請求保持時間(15~30min)的條件。 其中,開機(jī)時間段和關(guān)閉冷凍泵時間段可通過時段管理平臺設(shè)置,首臺開機(jī)與末臺減機(jī)均根據(jù)已啟動(手動和自動)冷機(jī)數(shù)量進(jìn)行判斷。
2、群控策略二
1)冷機(jī)加載條件:摘自《杭州某產(chǎn)業(yè)園空調(diào)冷源群控系統(tǒng)的設(shè)計》 建筑熱能通風(fēng)空調(diào) 蒯標(biāo)
冷機(jī)減機(jī)條件:當(dāng)出現(xiàn)冷水池液位低時,則依次關(guān)閉所有設(shè)備;當(dāng)出現(xiàn)某個供液泵過流或變頻器報警時,則立即停止相應(yīng)的設(shè)備。
每臺機(jī)組對應(yīng)一套比例-積分-微分(PID)調(diào)節(jié)功能。通過可編程邏輯控制器實時采集機(jī)組冷凍水出水溫度,不斷與目標(biāo)值進(jìn)行對比,由節(jié)能控制系統(tǒng)計算后,對冷水機(jī)組控制器發(fā)出指令,進(jìn)而控制壓縮機(jī)的變頻調(diào)節(jié)。
實時采集冷水機(jī)組的啟停信息,進(jìn)而判斷相應(yīng)機(jī)組冷媒水泵的啟停和冷卻水調(diào)節(jié)閥的供電,實現(xiàn)機(jī)組開啟則相應(yīng)輔助設(shè)備自動開啟的功能。機(jī)組冷水泵采用變頻控制,通過冷凍水供回水溫差△T1與目標(biāo)值△T2 值進(jìn)行對比,結(jié)合流量可調(diào)范圍來實現(xiàn)變流量調(diào)節(jié);機(jī)組冷卻水,通過供回水溫差△T3 與目標(biāo)值△T4值進(jìn)行對比,結(jié)合流量可調(diào)范圍來實現(xiàn)變流量調(diào)節(jié)。
一般情況下,冷機(jī)高效區(qū)負(fù)荷率為75~100%。因此,控制系統(tǒng)采集當(dāng)前冷水機(jī)組進(jìn)出水溫度和流量信息(或者壓差信息),計算系統(tǒng)負(fù)荷率和單機(jī)負(fù)荷率,進(jìn)行加檔和降檔程序,盡量使壓縮機(jī)工作維持75%負(fù)載率以上運(yùn)轉(zhuǎn)。
加檔程序:當(dāng)出水溫度大于設(shè)定值,持續(xù)時間5min(可根據(jù)項目情況設(shè)定)并且已運(yùn)行的機(jī)組的負(fù)載率都持續(xù)大于95%(可根據(jù)項目情況設(shè)定)時,進(jìn)行加檔程序。
降檔程序:當(dāng)出水溫度小于設(shè)定值,持續(xù)時間5min(可根據(jù)項目情況設(shè)定)并且已運(yùn)行的機(jī)組的負(fù)載率都持續(xù)小于75%(可調(diào)整)時,進(jìn)行減檔程序。
系統(tǒng)加減檔的檔位設(shè)計,考慮實際運(yùn)行中,末端負(fù)荷的大小是實時變化的,因此系統(tǒng)需要頻繁切換運(yùn)行檔位,而在切換過程中各設(shè)備加載需要一定的響應(yīng)時間,所以在檔位設(shè)計時為系統(tǒng)負(fù)荷切換觸發(fā)值留下一定裕量,使相鄰兩檔的系統(tǒng)負(fù)荷存在5%的重合區(qū)間。
摘自《工業(yè)冷凍水集群控制系統(tǒng)新型節(jié)能策略研究》 制冷技術(shù) 張歡