制冷站冷卻塔節(jié)能控制策略優(yōu)化探討

陳杰

（北京首都機(jī)場(chǎng)動(dòng)力能源有限公司，北京100621）

1 引言

在大型交通樞紐中，制冷空調(diào)系統(tǒng)的電能消耗約占總能耗的40%，冷卻水溫度是影響制冷機(jī)組效率的關(guān)鍵因素，因此，如何在付出較少代價(jià)的前提下進(jìn)一步降低冷卻水溫度成為提高制冷機(jī)組效率、實(shí)現(xiàn)整個(gè)制冷系統(tǒng)節(jié)能降耗的關(guān)鍵。

2 優(yōu)化背景概況

行業(yè)內(nèi)，制冷機(jī)組冷卻塔的控制策略一般是依據(jù)制冷機(jī)組銘牌中的冷卻水進(jìn)水溫度參數(shù)對(duì)冷卻塔冷卻水的出水溫度進(jìn)行設(shè)定，由設(shè)定值控制冷卻塔風(fēng)機(jī)的頻率和啟停，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，以最低頻率運(yùn)行，隨著溫度的逐漸升高，風(fēng)機(jī)的控制頻率也逐漸提高（PID 控制方式），當(dāng)溫度逐漸降低并接近設(shè)定值時(shí)，風(fēng)機(jī)控制頻率也逐漸降低，最終低于設(shè)定值時(shí)，停止風(fēng)機(jī)[1]。無(wú)論此時(shí)室外天氣溫度、濕度如何，冷卻塔的散熱量決定著制冷機(jī)組的制冷量，如何利用室外的涼爽天氣提高冷卻塔散熱量進(jìn)而提高制冷機(jī)組的制冷量，本文嘗試增加了環(huán)境參數(shù)（室外干、濕球溫度）參與冷卻塔的控制，冷卻水系統(tǒng)如果是母管制的還可以采用適量多開(kāi)冷卻塔的方式，目的是在保證制冷機(jī)組多生產(chǎn)的制冷量遠(yuǎn)大于增加的電量前提下，充分利用良好的室外氣象參數(shù)，降低制冷機(jī)組冷卻水進(jìn)水溫度，最大限度地發(fā)揮制冷機(jī)組制冷能力[2]。

3 試驗(yàn)過(guò)程

3.1 試驗(yàn)初始階段

首先，收集試驗(yàn)近幾天的天氣參數(shù)，選取天氣晴朗，風(fēng)力為一、二級(jí)，相對(duì)濕度為15%～40%的下午13 點(diǎn)～17 點(diǎn)做試驗(yàn)。確保試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中環(huán)境因素變化不大，降低客觀因素對(duì)試驗(yàn)的影響。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間為9 月18 日13：37，室外溫度25.585℃，相對(duì)濕度17.71%，試驗(yàn)初始狀態(tài)運(yùn)行1 臺(tái)制冷機(jī)和1 臺(tái)冷卻塔，冷卻水回水溫度設(shè)定值為26℃；旅客出發(fā)區(qū)域瞬時(shí)冷量為1 893.1kW、旅客到達(dá)區(qū)域?yàn)? 850.2kW、工作區(qū)域?yàn)?08.8kW，試驗(yàn)初始狀態(tài)運(yùn)行1 組冷卻塔的電流為29A 和22A，機(jī)組電流百分比為97%；冷卻水出水31℃，回水26℃；冷凍水供水溫度12℃，回水16.7℃，溫差4.7℃。

3.2 調(diào)整冷卻水溫度

將冷卻水回水溫度設(shè)定值由初始的26℃改為22℃，運(yùn)行1 臺(tái)制冷機(jī)，1 臺(tái)冷卻塔，瞬時(shí)冷量，旅客出發(fā)區(qū)域已為1 467.5kW、旅客到達(dá)區(qū)域?yàn)? 085.1kW、工作區(qū)域?yàn)?50.5kW。冷卻塔的電流為44A 和68A，機(jī)組電流百分比為97%；冷卻水出水29.8℃，回水24.5℃；冷凍水供水溫度12.3℃，回水17.3℃，溫差5℃。

3.3 增加冷卻塔臺(tái)數(shù)

由于冷卻系統(tǒng)采用母管制，在冷卻水回水溫度為20℃的前提下，增加1 臺(tái)冷卻塔，運(yùn)行1 臺(tái)制冷機(jī)，2 臺(tái)冷卻塔，冷卻水回水溫度設(shè)定值改為20℃；旅客出發(fā)區(qū)域瞬時(shí)冷量為1 589.6kW、旅客到達(dá)區(qū)域?yàn)? 340.2kW、工作區(qū)域?yàn)?57.4kW。冷卻塔的電流分別為54A，53A 和44A，66A，機(jī)組電流百分比為95%；冷卻水出水25.5℃，回水20.1℃；冷凍水供水溫度12.4℃，回水17.8℃，溫差5.4℃。

試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，室外溫度25.095℃，相對(duì)濕度19.62%，試驗(yàn)期間室外氣象條件基本無(wú)變化。

4 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)期間的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到表1。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

1）1 臺(tái)制冷機(jī)組匹配1 臺(tái)冷卻塔運(yùn)行時(shí)，利用濕球溫度控制冷卻水溫度，相同電量下：

生產(chǎn)制冷量=制冷量增加量-風(fēng)機(jī)電量增量[3]

制冷量增加量：8 803.1-7 952.1=851kW

風(fēng)機(jī)電量增量：

式中，I為電流；U為電壓；cosφ為功率因數(shù)[4]。

風(fēng)機(jī)電量增量轉(zhuǎn)換成冷量：

則多生產(chǎn)制冷量：851-36.7=814.3kW

2）1 臺(tái)制冷機(jī)組匹配2 臺(tái)冷卻塔運(yùn)行時(shí)，利用濕球溫度控制冷卻水溫度，相同電量下：生產(chǎn)制冷量=制冷量增加量-風(fēng)機(jī)電量增量制冷量增加量：9 187.2-7 952.1=1 235.1kW風(fēng)機(jī)電量增量：P=1.732IUcosφ

風(fēng)機(jī)電量增量轉(zhuǎn)換成冷量：

多生產(chǎn)制冷量：1 235.1-99.9=1 135.2kW。

在上述試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，又繼續(xù)進(jìn)行了后續(xù)試驗(yàn)工作，內(nèi)容如下：

保證1 臺(tái)冷機(jī)的前提下，分別匹配2 臺(tái)、3 臺(tái)、4 臺(tái)冷卻塔，保證2 臺(tái)冷機(jī)的前提下，分別匹配2 臺(tái)、3 臺(tái)、4 臺(tái)、5 臺(tái)冷卻塔，以此類推。匯總試驗(yàn)數(shù)據(jù)并分別計(jì)算相同電量情況下，單臺(tái)制冷機(jī)組1h 的產(chǎn)冷量。

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論為，采用增加環(huán)境參數(shù)（室外干、濕球溫度）和冷卻水溫度一起參與的冷卻塔控制策略時(shí)，應(yīng)控制冷卻塔運(yùn)行數(shù)量和冷卻塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率，當(dāng)環(huán)境氣象數(shù)據(jù)優(yōu)于一定數(shù)值后，可以進(jìn)一步降低冷卻水溫度來(lái)提高制冷系統(tǒng)效率，有一定的節(jié)能效果，尤其是冷卻水系統(tǒng)是母管制的通過(guò)適量多開(kāi)冷卻塔的方式節(jié)能效果較為明顯，同時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果與氣象參數(shù)關(guān)聯(lián)度較高，在供冷初末期及高溫高濕連續(xù)運(yùn)行的夜間時(shí)段節(jié)能效果較為顯著。