中央空調(diào)主機系統(tǒng)節(jié)能在輪胎制造車間的應用

蘇 亭 錢瑯瑛 劉 玲

（1.杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州310018；2.杭州環(huán)保成套工程有限公司，浙江 杭州310008）

1 項目介紹

杭州朝陽橡膠有限公司位于杭州下沙經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，占地面積28萬m2，目前是全國最大的全鋼子午線輪胎生產(chǎn)基地，在全國單產(chǎn)名列第一。公司的裁斷、成型和胎胚存放以及擴建區(qū)域?qū)銣睾銤癍h(huán)境的工藝要求：溫度（23±3）℃，濕度≤55%?？照{(diào)服務(wù)建筑面積約140 000m2，設(shè)計采用離心水冷主機和組合式空氣處理機組終端的方式進行制冷和加熱。主機水系統(tǒng)配置1#、2#、全鋼共3個制冷站，設(shè)備情況如表1所示。

表1 設(shè)備情況

目前主機采用一次泵定流量運行模式，擬采用一次泵變流量系統(tǒng)，達到節(jié)能運行的目的。

2 目前系統(tǒng)存在的問題

公司擁有國內(nèi)規(guī)模最大的全鋼子午輪胎生產(chǎn)線，工藝車間制冷面積大，熱負荷高，且輪胎生產(chǎn)工藝對溫濕度要求非常高，所以對中央空調(diào)夏季制冷除濕的控制要求需要非常精確。

公司中央空調(diào)系統(tǒng)系大型水系統(tǒng)中央空調(diào)，集中供冷，機組功率高，每年的能耗巨大，且常年運行易出現(xiàn)以下問題：（1）長輸送距離帶來了滯后性。由于輪胎工藝車間供冷面積大，能量輸送距離較長（均超100m），因而具有使用冷熱負荷變化大、熱惰性大、時滯性強的特點。當末端負荷需求變化時無法及時滿足該需求。（2）冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機輸送能耗效率較低。電制冷離心冷水機組可根據(jù)負荷的變化自行加（減）載運行，但其冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機等設(shè)備在運行中無法根據(jù)熱負荷變化實時調(diào)整輸出功率，這就造成了離心冷水機組運行效率發(fā)生偏移。（3）系統(tǒng)分析、診斷、管理手段的缺乏。中央空調(diào)系統(tǒng)缺乏對能源中心實時運行狀況進行檢測、分析、診斷、管理及對當前數(shù)據(jù)進行采集和備份的有效手段。

3 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能配置

為響應國家“十一五”“十二五”節(jié)能減排號召，實現(xiàn)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)的發(fā)展目標，在原有中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的基礎(chǔ)之上，分別對1#、2#、全鋼3個制冷站進行節(jié)能改造（采用BKS600系列控制系統(tǒng)），最終企業(yè)能源節(jié)約取得明顯成效，能源利用效率得到明顯提高。其中，中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能配置如表2所示。

表2 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能配置

4 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制

4.1 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制原理

BKS600中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)全面采集影響中央空調(diào)系統(tǒng)運行的各種參數(shù)，傳送至系統(tǒng)控制中心模糊控制柜，模糊控制單元依據(jù)模糊推理規(guī)則及系統(tǒng)的歷史運行數(shù)據(jù)，推算出未來時刻系統(tǒng)所需要的冷量（或熱量）及系統(tǒng)的優(yōu)化運行參數(shù)，并利用變頻技術(shù)自動控制水泵的轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)空調(diào)水系統(tǒng)的循環(huán)管流量，保證中央空調(diào)主機轉(zhuǎn)換效率最高以及系統(tǒng)在各種負荷條件下均處于最佳工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)綜合優(yōu)化節(jié)能。中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制原理圖如圖1所示。

圖1 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制原理圖

4.2 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制效果

通過采用BKS600中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)，中央空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)了計算機自動化管理，完美解決了之前存在的問題，且水泵將長期工作在低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，啟、停均過渡平穩(wěn)，可大大減少對電網(wǎng)的沖擊和對電機的磨損，降低設(shè)備故障率，延長設(shè)備使用壽命，降低設(shè)備維修成本。

4.3 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制策略

4.3.1 冷凍水預期模糊控制策略

當環(huán)境溫度、空調(diào)末端負荷發(fā)生變化時，各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量亦隨之變化，流量計、壓差傳感器和溫度傳感器將檢測到的這些參數(shù)經(jīng)現(xiàn)場模糊控制箱送至模糊控制柜；模糊控制柜內(nèi)模糊控制器依據(jù)所采集的實時數(shù)據(jù)及系統(tǒng)歷史運行數(shù)據(jù)，實時預測計算出末端空調(diào)負荷所需的冷量（或熱量），控制冷凍水泵轉(zhuǎn)速，改變其流量使冷凍水系統(tǒng)的供回水溫度、溫差、壓差和流量運行在模糊控制器給出的最優(yōu)值。

此控制策略可最大限度地規(guī)避中央空調(diào)水系統(tǒng)長距離輸送產(chǎn)生的滯后性，減少冷量（或熱量）輸送過程中造成的損失。冷凍水模糊控制建模流程如圖2所示。

圖2 冷凍水模糊控制建模流程圖

4.3.2 冷卻水預期模糊控制策略

當環(huán)境溫度、空調(diào)末端負荷發(fā)生變化時，中央空調(diào)主機的負荷率將隨之變化，系統(tǒng)的最佳轉(zhuǎn)換效率也隨之變化。模糊控制器在動態(tài)預測控制冷媒循環(huán)的前提下，依據(jù)所采集的空調(diào)系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷史運行數(shù)據(jù)，計算出冷卻水最佳進、出口溫度，并與檢測到的實際溫度進行比較，根據(jù)其偏差值，動態(tài)調(diào)節(jié)冷卻水的流量和冷卻塔風量，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率逼近不同負荷狀態(tài)下的最佳值，從而最大限度地降低中央空調(diào)系統(tǒng)的運載能耗。

利用冷卻水模糊控制策略，實現(xiàn)空調(diào)冷卻水溫度的自動尋優(yōu)，并據(jù)此調(diào)節(jié)冷卻水流量和冷卻塔風量，使空調(diào)系統(tǒng)在任何負荷條件下都高效運行，實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)效率最佳。冷卻水模糊控制建模流程如圖3所示。

圖3 冷卻水模糊控制建模流程圖

4.3.3 主機群控技術(shù)控制策略

根據(jù)當前負荷狀況和歷史記錄的中央空調(diào)主機效率負荷特性，選擇一種使中央空調(diào)主機負荷率最接近其高效率點的運行臺數(shù)組合，實現(xiàn)中央空調(diào)主機效率與負荷的大致匹配，保證中央空調(diào)主機盡可能在高效率狀態(tài)運行。

4.3.4 泵組優(yōu)選控制策略

以輸送能耗最低為目標，根據(jù)所輸送流量的變化、泵組的具體構(gòu)成及其效率特性，通過模糊控制器中所建立的水泵優(yōu)選配置模型，得到在滿足流量及揚程前提下的最佳運行水泵臺數(shù)及其運行頻率，使泵組總功耗最低，實現(xiàn)泵組最佳節(jié)能。實際使用過程中泵組變頻控制柜實例圖如圖4所示。

圖4 泵組變頻控制柜實例圖

5 項目總結(jié)

（1）項目歷時半年，通過使用BKS600中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)取得了明顯的節(jié)能成效，經(jīng)測量，1#、2#、全鋼3個制冷站平均節(jié)電率為26.62%。（2）中央空調(diào)節(jié)能改造效果顯著，年節(jié)電約760萬k W·h，節(jié)約電費433.2萬元（每k W·h按0.57元計算），項目投資回收期約為一年半。（3）系統(tǒng)節(jié)能率測算方式為：定流量與變流量切換對比測量，即連續(xù)15天，工頻、變頻切換測量計算。節(jié)能量＝工頻總能耗量－變頻總能耗量；節(jié)能率＝節(jié)能量÷工頻總能耗量。（4）1#、2#、全鋼3個制冷站的設(shè)計能效比為6.27（一級能效），通過對中央空調(diào)系統(tǒng)進行節(jié)能改造，測量得出中央空調(diào)主機的實際能效比保證在6.0以上，既實現(xiàn)了中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，又使得中央空調(diào)主機運行在最佳效率范圍內(nèi)。（5）1#、2#、全鋼3個制冷站經(jīng)節(jié)能技術(shù)改造后計算得到的冷負荷滿足工藝要求，說明BKS600中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)在實現(xiàn)中央空調(diào)有效節(jié)能的基礎(chǔ)上，既能滿足末端輪胎生產(chǎn)工藝對溫濕度的要求，又能使中央空調(diào)設(shè)備安全穩(wěn)定地運行。

［1］李玉街，蔡小兵，郭林.中央空調(diào)系統(tǒng)模糊控制節(jié)能技術(shù)及應用［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009

［2］GB/T26759—2011 中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能控制裝置技術(shù)規(guī)范［S］