集中制冷系統(tǒng)優(yōu)化及調(diào)試的研究

王欣源，李濤，黃燕華，高冠名，李文強(qiáng)

（中建六局水利水電建設(shè)集團(tuán)有限公司，天津 300000）

1 項目概況

三亞南繁科技城能源站供能區(qū)域總建筑面積174.7萬㎡，建設(shè)能源站2座，其中1號能源站承擔(dān)118.59萬㎡供冷需求，2號能源站承擔(dān)56.11萬㎡供冷需求。

1號能源站供冷負(fù)荷59.79MW（17005RT），總建筑面積為8371㎡（其中蓄冰槽面積為1337㎡，不包含冷卻塔區(qū)域），冷卻塔布置在臨近地塊內(nèi)的裙樓上；共選用4臺雙工況主機(jī)+2臺基載主機(jī)，雙工況主機(jī)制冷工況下制冷量為2400RT/臺，制冰工況（外融冰）下制冷量為1600RT/臺。基載主機(jī)單臺制冷量為500RT/臺。對附屬設(shè)備（水泵，冷卻塔）等實(shí)行變頻控制。

2號能源站供冷負(fù)荷29.81MW（8478RT），總建筑面積為5336.1㎡（其中蓄冰槽面積為594㎡，不包含冷卻塔區(qū)域），冷卻塔布置在臨近地塊內(nèi)的裙樓上。共選用3臺雙工況主機(jī)+1臺基載主機(jī)，雙工況主機(jī)制冷工況下制冷量為1600RT/臺，制冰工況（外融冰）下制冷量為1067RT/臺?；d主機(jī)單臺制冷量為500RT/臺。對附屬設(shè)備（水泵，冷卻塔）等實(shí)行變頻控制。

1號能源站為地下一層，局部二層；2號能源站為地下一層，局部二層。

系統(tǒng)主要形式：海南省擁有優(yōu)惠的夜間冰蓄冷低谷電價，為南繁科技城利用冰蓄冷技術(shù)提供了良好的契機(jī)，因此采用冰盤管蓄冰（外融冰）系統(tǒng)。

2 中央空調(diào)節(jié)能管理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方案

2.1 設(shè)計原則

（1）先進(jìn)性?？刂葡到y(tǒng)是采用國際化主流控制產(chǎn)品與當(dāng)今技術(shù)發(fā)展潮流相吻合的產(chǎn)品，避免短期內(nèi)因技術(shù)陳舊而過早淘汰。（2）系統(tǒng)開放性?？刂葡到y(tǒng)嚴(yán)格貫徹國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化。提供接口實(shí)現(xiàn)和第三方控制系統(tǒng)的信息共享，中央空調(diào)節(jié)能管理系統(tǒng)為自控系統(tǒng)預(yù)留了TCP/IP、ModBusRTU、OPC、PROFIBUS-DP等開放的通信協(xié)議，滿足接入BAS的要求，以保障系統(tǒng)的兼容性、可維護(hù)性與可擴(kuò)展性。（3）安全性。控制系統(tǒng)是一個高可靠性的系統(tǒng)，采用通過省、部級權(quán)威機(jī)構(gòu)鑒定的成熟技術(shù)，能適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境條件和外界干擾，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，并有防止非法用戶的訪問和病毒侵犯等措施。（4）經(jīng)濟(jì)性。優(yōu)化設(shè)計，力求使本項目的初次投資和整個運(yùn)行生命周期獲得最佳性價比，適應(yīng)業(yè)主的近期需求和遠(yuǎn)期發(fā)展。（5）實(shí)用性。根據(jù)工藝的需求，充分考慮本建筑空調(diào)運(yùn)行及管理模式所提供的控制系統(tǒng)確實(shí)可行，其中包括合理的硬件設(shè)施、精良的施工、完整的操作軟件、有效的功能模塊、友好的圖文顯示界面等。（6）高效率性?？刂葡到y(tǒng)高效率能夠?qū)崟r響應(yīng)，響應(yīng)速度快、控制效果好，符合系統(tǒng)描述的各項指標(biāo)和驗(yàn)證方法。

2.2 節(jié)能性

中央空調(diào)節(jié)能管理系統(tǒng)通過對中央空調(diào)設(shè)備的控制實(shí)現(xiàn)高效的節(jié)能，采用新型的節(jié)能控制軟件和節(jié)能管理軟件，系統(tǒng)內(nèi)置的負(fù)荷預(yù)測模塊和節(jié)能運(yùn)算模塊完美結(jié)合，通過建筑當(dāng)前負(fù)荷變化趨勢進(jìn)行前饋控制，攻克空調(diào)系統(tǒng)長期存在的滯后性和多變量等不利于節(jié)能控制的難點(diǎn)，節(jié)能效果大幅度提升，有效降低了制冷站單位冷量的能耗成本，提高系統(tǒng)長期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

我們對所有項目都會進(jìn)行對比測試，根據(jù)圖紙和計算本項目投入正常使用后，與轉(zhuǎn)換到工頻運(yùn)行情況相比，能達(dá)到如下節(jié)能指標(biāo)：全部受控冷凍水泵、冷卻水泵的綜合能源消耗下降30%以上。

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)

中央空調(diào)節(jié)能管理系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場控制層、現(xiàn)場集中監(jiān)控層、中央監(jiān)控層。

現(xiàn)場控制層：主要為傳感器、執(zhí)行器、各設(shè)備節(jié)能控制柜等末端信號采集設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備；

現(xiàn)場集中監(jiān)控層：主要為系統(tǒng)節(jié)能控制柜，包含智能控制器和控制軟件，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場集中監(jiān)控和運(yùn)行管理。

中央監(jiān)控層：主要為上位機(jī)系統(tǒng)，包含計算機(jī)、圖形工作站、操作系統(tǒng)、節(jié)能管理軟件、能耗監(jiān)測軟件、打印機(jī)及相關(guān)部件，上位機(jī)通過TCP/IP以太網(wǎng)與現(xiàn)場集中監(jiān)控級節(jié)能控制柜通信，實(shí)現(xiàn)中央控制室對各個子系統(tǒng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)交換，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行并對本系統(tǒng)的能耗狀況進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2.4 系統(tǒng)控制內(nèi)容

中央空調(diào)節(jié)能管理系統(tǒng)為智能控制和電氣一體化設(shè)計。本系統(tǒng)針對本項目實(shí)際情況提供了完善的成套節(jié)能控制系統(tǒng)：（1）上位機(jī)管理系統(tǒng)（含控制系統(tǒng)及操作系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件）；（2）現(xiàn)場智能控制系統(tǒng)；（3）空調(diào)制冷主機(jī)監(jiān)控部分；（需主機(jī)提供接口和協(xié)議）（4）空調(diào)冷凍水泵控制及電氣部分；（5）空調(diào)冷卻水泵控制及電氣部分；（6）溫度、壓差、流量、度等熱工參數(shù)的檢測；（7）中央空調(diào)主機(jī)、冷凍水泵、冷卻水泵能耗量檢測。

2.5 系統(tǒng)主要功能

（1）冷源智能節(jié)能控制。中央空調(diào)節(jié)能管理系統(tǒng)根據(jù)測定的室外氣象條件及負(fù)荷側(cè)回水溫度、流量，計算出全天逐時負(fù)荷然后制定主機(jī)和輔機(jī)設(shè)備逐時分配情況。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)冷源系統(tǒng)的冷熱量供應(yīng)與末端負(fù)荷需求相適應(yīng)，保障在符合條件下，機(jī)組系統(tǒng)均處于最佳供應(yīng)狀態(tài)，減少不必要的浪費(fèi)。同時，因?yàn)樗貌捎昧俗冾l調(diào)速技術(shù)，可以大幅度降低水泵的能量消耗。

這種控制方式可以對中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行充分的運(yùn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對中央空調(diào)系統(tǒng)中各受控設(shè)備進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)。

（2）冷卻系統(tǒng)節(jié)能控制。如果只追求冷水機(jī)組的能耗最低或只追求冷卻水泵的能耗最低，都是很容易做到的，但整個空調(diào)系統(tǒng)的能耗可能不是最低的。因此，需要將冷水機(jī)組能耗、冷卻水泵能耗進(jìn)行綜合考慮，在各種負(fù)荷條件下尋找一個使系統(tǒng)效率最高的冷卻水溫度，使整個空調(diào)制冷系統(tǒng)能耗最低、節(jié)能比最高。

在控制過程中，控制器可以依據(jù)被控對象輸入輸出數(shù)據(jù)包括實(shí)時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等，進(jìn)行比對比較，不斷地辨識參數(shù)并進(jìn)行修正。隨著控制過程的不斷繼續(xù)，控制會變得越來越準(zhǔn)確，越來越接近于實(shí)際，最終將自身調(diào)整到一個最優(yōu)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)被控過程性能的綜合優(yōu)化。

這種控制方式能夠有效克服系統(tǒng)惰性所帶來的遲滯問題，保證末端服務(wù)質(zhì)量及動態(tài)預(yù)測系統(tǒng)負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)冷卻水的流量，保證整個空調(diào)系統(tǒng)始終處于最佳效率狀態(tài)下運(yùn)行。

（3）系統(tǒng)節(jié)能分析控制。中央空調(diào)節(jié)能管理系統(tǒng)包含能源管理系統(tǒng)組件，對受控設(shè)備的用能情況進(jìn)行實(shí)時統(tǒng)計和動態(tài)分析，幫助用戶實(shí)現(xiàn)以下需求：①建立實(shí)時能耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)生成能耗報告；②建立能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析系統(tǒng)：能耗比較、偏差分析、成本報告，同時能源管理系統(tǒng)組件把節(jié)能分析結(jié)果傳送到智能控制器，作為智能控制的一個重要參數(shù)。

3 效益分析

3.1 有形收益

預(yù)計節(jié)電率—主機(jī)節(jié)電率5%～10%（以主機(jī)負(fù)荷的70%作為主機(jī)用電量估算依據(jù)），輔機(jī)節(jié)電率30%—50%，節(jié)能設(shè)備產(chǎn)品設(shè)計使用壽命20年。

3.2 無形收益

（1）延長設(shè)備使用壽命；（2）節(jié)約后期設(shè)備調(diào)試、檢修費(fèi)用；（3）設(shè)備運(yùn)行過程的保障分析；（4）建筑耗能分析，提高領(lǐng)導(dǎo)決策；（5）用能效率管理、耗能對比檢測。

4 結(jié)語

綜上所述，傳統(tǒng)的中央空調(diào)控制系統(tǒng)在運(yùn)行中會消耗大量的能源，不利于建筑整體節(jié)能工作的開展。因此在對中央空調(diào)系統(tǒng)控制時應(yīng)當(dāng)選用智能中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)，利用先進(jìn)的智能控制技術(shù)和先進(jìn)技術(shù)，這樣能夠保證在運(yùn)行過程中系統(tǒng)按照末端冷量需求與制冷量、輸冷量、主機(jī)散熱需求、冷卻量等參數(shù)的實(shí)際供需關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，這樣能夠保證在運(yùn)行過程中按照相應(yīng)的智能化指導(dǎo)思想讓軟件和硬件在運(yùn)行過程中提升整體的運(yùn)行效率。由此可見，在中央空調(diào)控制系統(tǒng)中通過優(yōu)化設(shè)計及先進(jìn)的運(yùn)行管理是可以實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能效果的。