基于冷水機(jī)組優(yōu)化控制的節(jié)能控制策略

張璐

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的提高，空調(diào)系統(tǒng)在當(dāng)前人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用越來越廣泛，極大地便利了人們的生活，提高了人們的生活質(zhì)量，但是空調(diào)系統(tǒng)大量的能耗也帶來了較嚴(yán)重的環(huán)境壓力。本文主要針對冷水機(jī)組優(yōu)化控制的節(jié)能控制策略進(jìn)行探究，指出空調(diào)節(jié)能減排的相關(guān)對策，希望能為空調(diào)系統(tǒng)的環(huán)保應(yīng)用提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：冷水機(jī)組;優(yōu)化控制;節(jié)能措施

1 前言

根據(jù)相關(guān)調(diào)查研究表明，空調(diào)系統(tǒng)所做消耗的能源資源占有整體建筑物消耗的一半以上，冷水機(jī)組的能耗又是空調(diào)系統(tǒng)能耗的最主要的來源，控制冷水機(jī)組的能耗能夠有效減少空調(diào)系統(tǒng)的整體功耗，提高空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效率。因此，要加強(qiáng)對冷水機(jī)組優(yōu)化控制的研究，明確冷水機(jī)組的控制策略，減少冷水機(jī)組的能耗，實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減排。

2 冷水機(jī)組的控制與管理方法

2.1 回水溫度控制管理法

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，空調(diào)冷負(fù)荷在一定程度上可以由回水溫度進(jìn)行反應(yīng)，通過控制回水溫度能夠控制冷水機(jī)組的加載和卸載流程，從而實現(xiàn)能源資源的節(jié)約。測量冷凍水回水溫度，冷凍水回水溫度的值大于或者等于設(shè)定值時，需要加載一臺冷水機(jī)組，如果冷凍水回水溫度值小于最低設(shè)定值并且維持一定時間時，則需要卸載一臺冷水機(jī)組。為了使得冷水機(jī)組在控制過程中能夠保持一定的冷凍水流量，在降低空調(diào)負(fù)荷時需要開啟旁通閥，將出水溫度與回水溫度混合，使得總的回水溫度下降。但是混合之后的總的溫度并不是回水溫度的現(xiàn)實的反映，因此，工作人員不能以混合之后的總的溫度作為控制的依據(jù)。[1]

2.2 負(fù)荷控制法

工作人員通過測量冷凍水總管的供水流量和供水溫度獲得流量信號以及溫度差，然后根據(jù)熱力學(xué)公式進(jìn)行實際冷負(fù)荷的計算，能夠得到冷負(fù)荷，將之與冷水機(jī)組的額定制冷量進(jìn)行比較，并設(shè)定多級負(fù)荷設(shè)定值，從而可以控制冷水機(jī)組的臺數(shù)。在一定周期內(nèi)將計算所得的冷負(fù)荷與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)實際冷負(fù)荷要小于設(shè)定值時，需要減少機(jī)組的運(yùn)行，當(dāng)大于設(shè)定值時，則需要適當(dāng)?shù)脑黾訖C(jī)組的運(yùn)行，以起到節(jié)能減排的效果。[2]

3 冷水機(jī)組與負(fù)荷關(guān)系分析

制冷機(jī)組按照能效比的高低分類可以將之分為離心式、活塞式、螺桿式以及吸收式四大類，工作人員需要結(jié)合單機(jī)制冷量的范圍合理的選擇制冷水機(jī)組。通常情況下，當(dāng)制冷量需求大于一千千瓦時，需要選擇離心式的制冷機(jī)組，制冷量小于一千千瓦時，則可以選擇螺桿式和離心式聯(lián)合使用的機(jī)組。對于制冷量相對比較大的空調(diào)系統(tǒng)，最適合選擇離心式的制冷機(jī)組，具有明顯的制冷優(yōu)勢。冷水機(jī)組性能指數(shù)指的是制冷水機(jī)組在額定工況下制冷量與輸入功率的比值，通常不會在滿負(fù)荷運(yùn)載時出現(xiàn)冷水機(jī)組最高的性能指數(shù)。冷水機(jī)組性能指數(shù)往往在部分負(fù)載時出現(xiàn)。在對某離心式制冷機(jī)組進(jìn)行測試的過程中，將出水溫度控制在六攝氏度時，冷凍水的流量保持一致，冷凍水回水溫度的改變會引起負(fù)荷的變化，為后續(xù)的比較測試提供了數(shù)據(jù)參考。負(fù)荷率與電機(jī)的輸入功率基本上呈線性關(guān)系，也就是說當(dāng)冷水機(jī)組的負(fù)荷從高負(fù)荷向低負(fù)荷改變時，可以看成為線性關(guān)系進(jìn)行遞減。然后，測試?yán)渌畽C(jī)組性能指數(shù)與負(fù)荷率之間的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，較高的冷水機(jī)組性能指數(shù)出現(xiàn)在額定負(fù)荷為70%左右的負(fù)荷端，所以要想在最佳的冷水機(jī)組負(fù)荷指數(shù)范圍內(nèi)運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng)，需要將機(jī)組的負(fù)荷分?jǐn)偟筋~定負(fù)荷的70%。在進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)安裝與設(shè)計的過程中，通常根據(jù)最大的計算冷負(fù)荷來進(jìn)行冷水機(jī)組的選擇與測試，但是在實際運(yùn)行的過程中，以最大負(fù)荷進(jìn)行空調(diào)運(yùn)行的工況的時間頻率是相對比較少的。由此可見，建筑物的冷負(fù)荷大多集中在額定功率的50%的負(fù)荷區(qū)域。[3]

另外，空調(diào)負(fù)荷還具有時間幀數(shù)的特點，處于部分負(fù)荷的運(yùn)行時間占絕大多數(shù)的時間。在實際空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計過程中，可以安裝多臺冷水機(jī)組，通過群體控制的策略進(jìn)行冷水機(jī)組的整體調(diào)整，減少冷水機(jī)組的運(yùn)行臺數(shù)，以滿足負(fù)荷減少條件下的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行需求，使得冷水機(jī)組能夠始終處于比較高的負(fù)荷點進(jìn)行運(yùn)行，并盡可能的使得冷水機(jī)組處于最高負(fù)荷的工作狀態(tài)，從而提升系統(tǒng)的工作效率，減少能源資源的損耗。[4]

4 冷水機(jī)組優(yōu)化控制的節(jié)能策略

冷水機(jī)組的優(yōu)化控制需要結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)的實際運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行特點以及周圍溫度來進(jìn)行，原有的冷水機(jī)組的優(yōu)化控制措施通過調(diào)整空調(diào)的負(fù)荷進(jìn)行冷水機(jī)組的啟停的控制，不考慮單臺冷水機(jī)組的性能指數(shù)。雖然冷水機(jī)組多開一臺便要消耗適當(dāng)?shù)哪芰?，但是根?jù)實際測試研究表明，如果多開一臺冷水機(jī)組可以使得所有冷水機(jī)組在線運(yùn)行到最佳的性能指數(shù)，在適當(dāng)?shù)臈l件下也可以有效減少系統(tǒng)的能耗。比如，在有五臺某種特定型號的冷水機(jī)組與五臺冷凍水泵進(jìn)行冷凍水系統(tǒng)循環(huán)的空調(diào)系統(tǒng)中，如果單臺冷水水泵電機(jī)的耗電量是固定的，那么整體冷水系統(tǒng)采取先串聯(lián)和并聯(lián)的方式，可以保證冷水機(jī)組的冷凍水流量的需求符合當(dāng)前大多數(shù)建筑物空調(diào)工程的安裝需要。在計算某一階段相應(yīng)水泵和冷水機(jī)組開啟是否節(jié)能時，可以對比冷凍水泵開啟前后消耗的能量之比。根據(jù)研究表明，當(dāng)總負(fù)荷小于額定負(fù)荷的兩成左右，只開一臺冷水機(jī)組要比開啟兩臺冷水機(jī)組所消耗的能量少。當(dāng)總負(fù)荷為額定負(fù)荷的二成到四成左右時，開啟兩臺冷水機(jī)組與開啟三臺冷水機(jī)組正好是一個耗能的平衡點。如果只開啟兩臺冷水機(jī)組，則該負(fù)荷段內(nèi)耗能很大，而且加上兩個水泵導(dǎo)致冷水機(jī)組性能指數(shù)并不理想，如果在此時多開一臺冷水機(jī)組，可以使得每一臺冷水機(jī)組處于60%左右的負(fù)荷點，雖然需要多開一臺冷凍水泵以保持冷凍機(jī)組冷凍水流量的恒定，但是其消耗的能量與前一種工作模式基本相同。當(dāng)負(fù)荷繼續(xù)增加到高負(fù)荷的階段時，后一種工作模式的耗電指數(shù)要明顯小于前一種模式的耗電量，由此可見，隨著空調(diào)負(fù)荷的增加，節(jié)能性能也會持續(xù)得到優(yōu)化。當(dāng)負(fù)荷持續(xù)增加超過四成時，則需要保持三臺冷水機(jī)組水泵同時運(yùn)行，當(dāng)繼續(xù)增加到了總負(fù)荷的一半左右時，則需要考慮開啟第四臺冷水機(jī)組，此時負(fù)荷的點也是四臺冷水機(jī)組與三臺冷水機(jī)組的耗能平衡點。

當(dāng)空調(diào)負(fù)荷有增長趨勢或者持續(xù)增長超過一定時間時，則可以考慮繼續(xù)多開一臺冷凍水泵和冷水機(jī)組，負(fù)荷越高，節(jié)能的效率越強(qiáng)。通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)組臺數(shù)加載的最佳切換點并不是單機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行的點，而是分別在單機(jī)負(fù)荷的100%、90%、87%等處，需要根據(jù)在線臺數(shù)的不同進(jìn)行合理的切換，以保證空調(diào)運(yùn)行效率的同時，提高空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能量，減少空調(diào)系統(tǒng)的能源資源消耗，采取以上的控制措施可以使得冷水機(jī)組的性能指數(shù)始終處于比較高的值，在長期使用的過程中，能夠有效減少建筑物內(nèi)部的冷凍水泵和冷水機(jī)組的能耗。實現(xiàn)冷水機(jī)組優(yōu)化控制的節(jié)能減排目標(biāo)。

5 結(jié)束語

綜上所述，冷水機(jī)組在實際運(yùn)行控制的過程中受到負(fù)荷和冷水機(jī)組變化的影響而會產(chǎn)生不同的能耗，通過在負(fù)荷點準(zhǔn)確地加載和卸載冷水機(jī)組，不僅能夠滿足機(jī)組運(yùn)行高性能指數(shù)的要求，而且可以有效減少電能資源的消耗。同時，也不需要改造任何空調(diào)線路，增加任何設(shè)備，只需要適當(dāng)?shù)奶崆耙恍┻M(jìn)行冷水機(jī)組負(fù)荷點的加載便能夠節(jié)約很多的能源資源。

參考文獻(xiàn)

[1]唐宏章，陳汝東.離心式制冷機(jī)部分負(fù)荷特性分析[J].制冷技術(shù)，2018（4）：23-25.

[2]劉瑩，鄭賢德，許新明.冷水機(jī)組部分負(fù)荷性能分析[J].制冷，2018，19（4）：63-67.

[3]丁云飛，馬最良.根據(jù)部分負(fù)荷性能合理選擇冷水機(jī)組臺數(shù)[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報，2019，34（2）：87-89.

[4]榮劍文.冷水機(jī)組群控策略的討論[J].暖通空調(diào)，2019，35（12）：9-10