制冷站節(jié)能控制系統(tǒng)應(yīng)用

王磊 王冰

【中圖分類號(hào)】TB65【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）02-0135-01

制冷站系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，由于負(fù)荷及外環(huán)境的頻繁波動(dòng)，必然造成系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)偏離空調(diào)主機(jī)的最佳工作狀態(tài)，導(dǎo)致主機(jī)制冷效率降低。如果系統(tǒng)長期在低效率狀態(tài)下運(yùn)行，就會(huì)增加系統(tǒng)的能源消耗，這一直是傳統(tǒng)制冷站運(yùn)行方式無法解決的一大難題。

要實(shí)現(xiàn)制冷站系統(tǒng)的最佳運(yùn)行和節(jié)能，從局部去解決問題是不可能辦到的，必須針對空調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括主機(jī)、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等統(tǒng)一考慮，全面控制，使整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，才能實(shí)現(xiàn)最佳綜合節(jié)能效果。

一、制冷主機(jī)的控制

制冷站智能節(jié)能控制系統(tǒng)就是采用動(dòng)態(tài)監(jiān)測和閉環(huán)控制，將空調(diào)主機(jī)的定流量運(yùn)行改為變流量運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)空調(diào)主機(jī)冷媒流量跟隨末端負(fù)荷需求而同步變化，在空調(diào)系統(tǒng)的任何負(fù)荷條件下，都能既確保制冷站系統(tǒng)所需的冷量，又實(shí)現(xiàn)了最大的節(jié)能。

智能節(jié)能控制系統(tǒng)的一個(gè)基本思想就是按照制冷站主機(jī)所要求的最佳運(yùn)行參數(shù)去控制制冷站系統(tǒng)的運(yùn)行，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行工況及制冷工況參數(shù)的變化，通過模糊控制器動(dòng)態(tài)調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，確保空調(diào)主機(jī)始終處于優(yōu)化的最佳工作點(diǎn)上，使主機(jī)始終保持具有高的熱轉(zhuǎn)換效率，有效地解決了傳統(tǒng)制冷站系統(tǒng)在低負(fù)荷狀態(tài)下熱轉(zhuǎn)換效率下降的難題，提高了系統(tǒng)的能源利用率。

它從系統(tǒng)工程學(xué)的理念出發(fā)，不僅對制冷站各部分進(jìn)行全面控制，而且通過系統(tǒng)集成技術(shù)將各個(gè)控制子系統(tǒng)在物理上、邏輯上和功能上互連在一起，實(shí)現(xiàn)它們之間的信息綜合、資源共享，在一個(gè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行集中控制和統(tǒng)一管理，從而實(shí)現(xiàn)制冷站全系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行和綜合性能優(yōu)化。

二、基于負(fù)荷預(yù)測的冷凍水系統(tǒng)動(dòng)態(tài)控制技術(shù)

對于冷凍水系統(tǒng)，控制的最大難題在于控制效果的不確定性和高度易變性。往往控制指令發(fā)出之后，一個(gè)水循環(huán)周期尚未結(jié)束，或者控制參量還未來得及響應(yīng)，系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境或負(fù)荷特性就又發(fā)生了變化。節(jié)能控制裝置采集到新的變化后，又會(huì)發(fā)出新的控制指令，從而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行紊亂或振蕩，難以達(dá)到人們所預(yù)期的控制效果。

空調(diào)智能控制管理系統(tǒng)，通過對冷凍水系統(tǒng)供水溫度、回水溫度、流量、壓差等參數(shù)的檢測，利用數(shù)據(jù)庫對各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、運(yùn)算和模糊推理，準(zhǔn)確地判斷冷凍水系統(tǒng)負(fù)荷的變化趨勢，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的模糊預(yù)測，有效地解決了系統(tǒng)惰性和滯后的不利影響，為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)控制提供了可靠的依據(jù)。

根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷變化趨勢的分析預(yù)測，通過調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率控制冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)冷凍水系統(tǒng)的流量，從而改變各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)（冷凍水的供水溫度、回水溫度、供冷量），以滿足預(yù)測負(fù)荷的需要。然后，將一個(gè)水循環(huán)周期后所檢測的運(yùn)行參數(shù)（主要是冷凍水的供水溫度、回水溫度、供冷量）與預(yù)測參數(shù)進(jìn)行比較，對調(diào)節(jié)控制效果進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)參數(shù)比較和效果評(píng)估情況，進(jìn)行修正調(diào)節(jié)：

◆ 當(dāng)檢測到的供水溫度或回水溫度大于系統(tǒng)預(yù)測溫度時(shí)，則應(yīng)提高冷凍水泵轉(zhuǎn)速，增大冷凍水流量，增加冷量供應(yīng)，保證末端對冷量的需要。

◆ 當(dāng)檢測到的供水溫度或回水溫度小于系統(tǒng)預(yù)測溫度時(shí)，則應(yīng)降低冷凍水泵轉(zhuǎn)速，減小冷凍水流量，減少冷量供給，減少多余的冷量傳送。

通過不斷地反復(fù)檢測、反復(fù)比較、反復(fù)修正調(diào)節(jié)，就可以實(shí)現(xiàn)冷凍水系統(tǒng)冷量供應(yīng)與末端負(fù)荷需求相適應(yīng)，保障在各種負(fù)荷條件下，冷凍水系統(tǒng)均處于最佳冷量供應(yīng)狀態(tài)，使冷凍水系統(tǒng)供水溫度、回水溫度均保持在系統(tǒng)預(yù)測的優(yōu)化值，減少不必要的冷量浪費(fèi)。同時(shí)，因采用了變頻調(diào)速技術(shù)，可以大幅度降低水泵電機(jī)的能源消耗。

三、冷卻水系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)

（1）流量調(diào)節(jié)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)在冷水機(jī)組控制上的深入應(yīng)用，冷水機(jī)組已能在不同負(fù)荷范圍內(nèi)根據(jù)冷水溫度傳感器的信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足系統(tǒng)負(fù)荷的不同要求。對于螺桿式冷水機(jī)組組，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)可以通過滑閥在機(jī)體內(nèi)軸向移動(dòng)，改變螺桿有效長度，從而改變吸入的氣體量，使制冷量在10%～100%間連續(xù)調(diào)節(jié)。

在冷水機(jī)組自身的負(fù)荷調(diào)節(jié)功能作用下，進(jìn)入蒸發(fā)器的冷媒流量是隨負(fù)荷下降而改變的。如果冷水機(jī)組的冷卻水流量也隨負(fù)荷按比例變化，在設(shè)備安全運(yùn)行方面來考慮是可行的。

因此，對冷水機(jī)組的冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行變流量運(yùn)行是完全可行的。由于冷卻水量要比冷凍水流量大20%～30%，其節(jié)能效果會(huì)更加顯著。

根據(jù)冷水機(jī)組冷凝器的冷卻需求可調(diào)節(jié)冷卻水流量。冷水機(jī)組在部分負(fù)荷工作情況下，冷凝器所需換熱量減少，如果維持冷凝器的溫度Tk不變，則可以減少冷卻水流量，從而大幅度減少冷卻水的輸送能耗。

但由于冷卻水量的減少對冷凝器的換熱有影響，故不能過多地減少冷卻水量，冷卻水流量的調(diào)節(jié)應(yīng)結(jié)合冷水機(jī)組冷凝換熱情況來進(jìn)行綜合考慮。

（2）水泵

通常對于冷卻循環(huán)水的流量調(diào)節(jié)是將循環(huán)水泵與變頻器進(jìn)行電氣連接，通過空調(diào)負(fù)荷的變化而改變變頻器輸出到電機(jī)的電源頻率，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速，從而對水流量實(shí)施自動(dòng)控制，提高水泵電機(jī)效率，降低運(yùn)行能耗。

水泵轉(zhuǎn)速根據(jù)流量的需求而自動(dòng)調(diào)節(jié)，水泵大部分時(shí)間工作在低于額定轉(zhuǎn)速以下，大大減輕了水泵及傳動(dòng)軸承的機(jī)械磨損，延長了設(shè)備的使用壽命，減少了可能發(fā)生事故的次數(shù)，減少了維修費(fèi)用。

自動(dòng)化程度得以提高。水泵電機(jī)的運(yùn)行、故障、能耗、功率、頻率、電流、電壓，冷卻水閥的開關(guān)位置、故障狀態(tài)，冷卻水各點(diǎn)的參數(shù)等均可在一個(gè)統(tǒng)一平臺(tái)上得以監(jiān)控，冷卻水流量的調(diào)節(jié)可按照系統(tǒng)效率最優(yōu)來進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。