淺談廠務(wù)系統(tǒng)冷熱源控制方法

陶洪洋 方璇

摘 要：本文介紹了薄膜新能源領(lǐng)域用到的廠務(wù)系統(tǒng)的核心組件-冷熱源設(shè)備。冷熱源設(shè)備是工業(yè)中普遍使用的一種公用設(shè)備，對(duì)其合理的分配及使用，是保障生產(chǎn)的需要，更直接的體現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)代化工廠對(duì)能耗的優(yōu)化管理水平。

關(guān)鍵詞：廠務(wù)系統(tǒng);冷水機(jī)組;優(yōu)化控制

背景資料

新能源一直是國(guó)家重點(diǎn)扶植方向，作為一名建材行業(yè)裝配板塊的工程人員，為該產(chǎn)業(yè)研發(fā)最適用的設(shè)備，尋求最優(yōu)的控制，一直是義不容辭的責(zé)任與使命。銅銦鎵硒太陽(yáng)能技術(shù)是繼晶硅太陽(yáng)能技術(shù)之后的重大技術(shù)創(chuàng)新，也是國(guó)際公認(rèn)的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向，具有光譜利用率高、溫度系數(shù)低、制造工藝綠色環(huán)保及弱光效應(yīng)好等顯著特點(diǎn)。理論光電轉(zhuǎn)換效率位居各種薄膜太陽(yáng)能之首，適用于光伏建筑一體化（BPV），戶(hù)用發(fā)電，智慧農(nóng)業(yè)，新能源汽車(chē)，電子產(chǎn)品等領(lǐng)域，銅銦鎵硒是未來(lái)5年新能源發(fā)展主要方向之一，廠務(wù)系統(tǒng)冷熱源設(shè)備必不可少，本文主要闡述一種普遍的廠務(wù)系統(tǒng)冷熱源控制方法。

實(shí)施智能控制的中央空調(diào)冷熱源系統(tǒng)，一般由冷卻塔、冷凍水泵、冷卻水泵以及冷水機(jī)組等設(shè)備組成，月均用電量占整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)能耗的50%以上。事實(shí)告訴我們，兩臺(tái)及以上冷水機(jī)組共同啟用時(shí)，依靠傳統(tǒng)的人工操作會(huì)造成電能的巨大浪費(fèi)。也就是說(shuō)，冷熱源系統(tǒng)節(jié)能控制的意義首先是保證冷水機(jī)制冷量滿(mǎn)足冷負(fù)荷的需求，同時(shí)讓空調(diào)設(shè)備能量消耗最小，從而使其得到安全運(yùn)行及便于維護(hù)管理，確保良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，簡(jiǎn)單地來(lái)說(shuō)，就是要節(jié)能和優(yōu)化管理。

本系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本系統(tǒng)采用智能控制系統(tǒng)，選用專(zhuān)門(mén)的網(wǎng)絡(luò)引擎與冷水機(jī)組控制單元通訊，根據(jù)負(fù)荷相應(yīng)地改變啟停臺(tái)數(shù)實(shí)現(xiàn)群控，輔機(jī)如冷卻水泵、冷卻塔、冷凍水泵等也一同由控制器統(tǒng)一控制。

本套廠務(wù)系統(tǒng)冷熱源的監(jiān)測(cè)與控制，由以下幾個(gè)方面功能構(gòu)成：1.基本參數(shù)的測(cè)量。主要有：冷水機(jī)、冷凍水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行和故障參數(shù);冷凍水循環(huán)系統(tǒng)總管的溫度、流量和壓力;冷卻水循環(huán)系統(tǒng)總管以及冷凍、冷卻水路的電動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。有了這些參數(shù)的測(cè)量，才能確保冷熱源系統(tǒng)能夠在可控范圍內(nèi)正常運(yùn)行。

2.一般的能量調(diào)控。尤其關(guān)注冷水機(jī)組自身的能量調(diào)控，導(dǎo)葉的開(kāi)度會(huì)隨著機(jī)組根據(jù)水溫的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，與此同時(shí)，冷凍機(jī)組變頻器的輸出頻率，電機(jī)的實(shí)際電流會(huì)隨之改變。此外，多極并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)能依據(jù)負(fù)荷需求，經(jīng)由聯(lián)機(jī)方案判斷冷凍機(jī)組及其附屬設(shè)備的開(kāi)啟臺(tái)數(shù)及順序。通過(guò)采集系統(tǒng)的溫差或壓差及主機(jī)需求的最小水量來(lái)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，從而節(jié)省水泵的能耗。通過(guò)采集室外大氣濕球溫度及冷卻水溫度調(diào)節(jié)雙速冷卻塔的風(fēng)機(jī)，在低負(fù)荷季節(jié)可以節(jié)省水泵的能耗。

3.冷熱源系統(tǒng)的全面調(diào)節(jié)與控制。手動(dòng)輸入設(shè)定值，讀取實(shí)際測(cè)量參數(shù)，比較分析兩者的差異，合理設(shè)置設(shè)備的開(kāi)停順序以及選擇理想節(jié)能的設(shè)備運(yùn)行臺(tái)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)“無(wú)人看守”。這是廠務(wù)系統(tǒng)發(fā)揮其可計(jì)算性分析的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)合理的調(diào)節(jié)控制，使能耗得以降低，進(jìn)而經(jīng)濟(jì)效益得以提高，也是廠務(wù)控制系統(tǒng)與常規(guī)儀表調(diào)節(jié)或手動(dòng)調(diào)節(jié)的主要區(qū)別所在。

廠務(wù)系統(tǒng)中冷熱源的控制直接關(guān)系到產(chǎn)品的能效及產(chǎn)品的成品率，眾所周知，空調(diào)系統(tǒng)一年內(nèi)也只有幾天（甚至一天沒(méi)有）會(huì)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，也就是說(shuō)絕大部分情況下處于非滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)，進(jìn)而決定了冷水機(jī)組的不飽滿(mǎn)運(yùn)行狀態(tài)。如果各末端用戶(hù)具有良好的冷量自動(dòng)控制及流量分配，那么冷水機(jī)組的產(chǎn)冷量必須與用戶(hù)的需要相匹配，冷熱源系統(tǒng)的節(jié)能就要通過(guò)恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，提高其制冷效率（COP）值，降低冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔電耗來(lái)獲得。當(dāng)用戶(hù)末端采用變水量時(shí)，冷凍水系統(tǒng)還必須根據(jù)新的運(yùn)行工況提供新的水量和揚(yáng)程，以減少流量和揚(yáng)程的過(guò)盈供應(yīng)，減少調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，并盡可能使水泵在效率最高點(diǎn)運(yùn)行。在多臺(tái)并聯(lián)的冷水機(jī)組運(yùn)行時(shí)，盡量使機(jī)組處于滿(mǎn)載狀態(tài)運(yùn)行是節(jié)能的重要措施之一。這就是機(jī)組的臺(tái)數(shù)控制，也是聯(lián)機(jī)方案的關(guān)鍵。

聯(lián)機(jī)方案方案

聯(lián)機(jī)方案是廠務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，提供對(duì)于多臺(tái)冷水機(jī)組和它們的附屬設(shè)備如水泵、閥門(mén)、冷卻塔等之間的智能化控制構(gòu)架，以此來(lái)簡(jiǎn)化操作，優(yōu)化能量利用和系統(tǒng)性能。自動(dòng)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的變化來(lái)進(jìn)行控制，同時(shí)綜合運(yùn)行主機(jī)的實(shí)際負(fù)荷，自動(dòng)進(jìn)行主機(jī)負(fù)荷的調(diào)配，選擇最適合的機(jī)組運(yùn)行或需運(yùn)行的機(jī)組的組合，優(yōu)化系統(tǒng)控制。

（1）機(jī)組加機(jī)方案

由于系統(tǒng)組能夠鎖定離心機(jī)組出水溫度為7℃，當(dāng)回水溫度上升時(shí)，離心機(jī)組感應(yīng)到水溫的變化，此時(shí)離心機(jī)組則根據(jù)自身負(fù)荷調(diào)節(jié)的能力上載制冷負(fù)荷，當(dāng)該臺(tái)冷凍機(jī)的系統(tǒng)負(fù)荷上升到其電流百分比FLA%到達(dá)95%（更具實(shí)際情況，可調(diào)）時(shí)，控制系統(tǒng)啟動(dòng)另外機(jī)組加機(jī)延時(shí)8Min（更具實(shí)際情況，可調(diào)），在這啟動(dòng)延時(shí)期后，如果FLA%>95%，且K>200（見(jiàn)式A）時(shí)，那么說(shuō)明單臺(tái)機(jī)組的滿(mǎn)載運(yùn)行和水泵的滿(mǎn)載運(yùn)行已不足以滿(mǎn)足系統(tǒng)負(fù)荷值，且冷凍水出水溫度滿(mǎn)足不了出水溫度設(shè)定值，于是應(yīng)該啟動(dòng)下一臺(tái)機(jī)組。

具體而言即是：K=（CHWT-CHWT.STP）/0.0015——式A

式中： CHWT ——冷凍水出水溫度

CHWT.STP ——冷凍水出水溫度的設(shè)定值（7℃）

（下轉(zhuǎn)第130頁(yè)）

（上接第128頁(yè)）

設(shè)定冷凍水出水溫度值為7℃，當(dāng)K≥200時(shí)，同時(shí)冷凍機(jī)組的電流百分比FLA%≥95%，則下一臺(tái)機(jī)組自動(dòng)開(kāi)啟。

另外當(dāng)確定需要加載冷水機(jī)組時(shí)，水流波動(dòng)可能造成機(jī)組的保護(hù)性停機(jī)，為了避免此狀況的發(fā)生，一般將正在運(yùn)行機(jī)組的制冷量降低，如降到額定制冷量的60%，修改旁通閥流量設(shè)定值，接著打開(kāi)一臺(tái)冷水泵，逐漸（一般3分鐘）打開(kāi)加載冷水機(jī)組的隔離閥，當(dāng)隔離閥全部打開(kāi)后，啟動(dòng)加載冷水機(jī)組，最后恢復(fù)制冷量限定。

（2）機(jī)組減機(jī)方案

在方案設(shè)計(jì)中管道的末端裝有壓差傳感器，當(dāng)車(chē)間生產(chǎn)設(shè)備減少，系統(tǒng)負(fù)荷變小，壓差傳感器數(shù)值隨即變大，總管處的回水溫度也會(huì)跟著減小，蒸發(fā)溫度也降低。此時(shí)冷水機(jī)組會(huì)降低自身的制冷能力，當(dāng)單臺(tái)機(jī)組最大容量可以滿(mǎn)足已運(yùn)行機(jī)組的制冷量總計(jì)時(shí)，顯然可以減少運(yùn)行機(jī)組數(shù)量，進(jìn)而保證余下的運(yùn)行機(jī)組提高制冷量運(yùn)行在較高負(fù)載工況下（機(jī)組在較高負(fù)載下可以有較好的能效比）。在不同的運(yùn)行臺(tái)數(shù)下，用以判斷減少機(jī)組的FLA%是不同的。如果FLA%<減機(jī)的FLA%設(shè)定值，且K2>200時(shí)，則說(shuō)明可以減少機(jī)組來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)負(fù)荷值，且冷凍水回水溫度無(wú)法穩(wěn)定在回水溫度設(shè)定值上，只能將選定關(guān)閉需要停止的機(jī)組，過(guò)一定時(shí)間穩(wěn)定后，關(guān)閉其它輔助設(shè)備。

方案若有熱源的情況下，機(jī)組的卸載順序與加載順序與前面相反，首先卸載不帶熱回收的機(jī)組，并關(guān)閉其入口電動(dòng)閥和循環(huán)水泵。當(dāng)負(fù)荷繼續(xù)減小時(shí)，調(diào)節(jié)熱回收離心機(jī)組的導(dǎo)流葉片，從而使輸出制冷量降低。當(dāng)負(fù)荷降低到極限值時(shí)，程序控制繼續(xù)卸載這臺(tái)離心機(jī)組并同時(shí)關(guān)閉相關(guān)附件。此時(shí)，僅靠一臺(tái)離心機(jī)組的調(diào)節(jié)來(lái)滿(mǎn)足末端負(fù)荷。

其中：K2=（ CHET.STP - CHET）/0.0015

CHET ——冷凍水回水溫度

CHET.STP ——冷凍水回水溫度的設(shè)定值（12℃）

即設(shè)定冷凍水回水溫度值為12℃，當(dāng)K2≥200時(shí)，同時(shí)冷凍機(jī)組的電流百分比FLA%<減機(jī)的FLA%設(shè)定值時(shí)，停止一臺(tái)運(yùn)行機(jī)組。

結(jié)束語(yǔ)：通過(guò)以上分析，可以看出冷水機(jī)組的啟動(dòng)安排，順序控制，數(shù)量調(diào)節(jié)都直接關(guān)系到能耗的優(yōu)化管理，此套控制方案我司已在銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池行業(yè)使用，得到了業(yè)主的一致好評(píng)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]奚偉東.數(shù)據(jù)中心冷源自控系統(tǒng)設(shè)計(jì). 2017.

[2]李中義 .大型商業(yè)購(gòu)物中心BA控制系統(tǒng)工程分析.2016.

（作者單位：1蚌埠凱盛工程技術(shù)有限公司;2深圳市凱盛科技工程有限公司蚌埠分公司，安徽 蚌埠? 233010）

2019年第5期山東青年 總第544期

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