1 引言

現(xiàn)代建筑中,，空調(diào)系統(tǒng)制冷機房的耗電占具了大樓總電耗相當(dāng)大的部分。為使制冷系統(tǒng)在滿足總負荷需求的前提下達到全年平均能耗效率,，AVSCPE( ALL － Variable Speed Chiller PlantEfficiency,，即制冷機組、冷凍水泵,、冷卻水泵,、冷卻塔四者耗電量之和與制冷機提供的冷量的比值)≤0.80kW/RT,。為此提出制冷機房群控系統(tǒng)集中管理和控制整個制冷機房內(nèi)的所有制冷設(shè)備、探測器及控制器,，依據(jù)整體耗電量最低的原則進行整體節(jié)能優(yōu)化及確定最佳運行策略,。本文將以上海盧灣區(qū)太平橋126項目為實例簡述制冷機房群控系統(tǒng)的高效節(jié)能控制方案。

2 工程概述

126 地塊占地面積1.18 萬平方米,，辦公樓,、裙房和地下一、二層商鋪的空調(diào)總冷負荷為3538RT,，選用4 臺900RT 的變頻離心冷水機組和1 臺400RT 螺桿冷水機組,。滿負荷時運行4 臺900RT 的冷水機組，400RT的冷水機組晚間使用,。

本項目機房配置如下：

冷源系統(tǒng)采用全變頻中央制冷系統(tǒng),，制冷機組、冷凍水泵,、冷卻水泵,、冷卻塔風(fēng)機均能變頻運行。系統(tǒng)在實際運行時,，能依據(jù)末端實際負荷需求的變化自動調(diào)節(jié)各設(shè)備的負載率以達到最優(yōu)化運行,。

3 節(jié)能控制思路

按照設(shè)計，該項目制冷機房全年十二個月均有運行,。在工作日,，寫字樓部分主要負荷集中在早八點至晚六點的上班時間，夜間商業(yè)裙房及地下商場仍需求大量冷量,；周末冷機需要不間斷運行,，以滿足商場冷量的需求。冬季及過渡季節(jié),，5層至27 層的辦公區(qū)域可啟用辦公樓24小時空調(diào)冷卻水系統(tǒng)進行冷卻塔自然冷卻,。根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的運行特點可知，制冷機房常年處于運行在部分負荷工況,，此工況下,，冷凍水泵揚程偏高，冷卻水泵流量偏大,，冷凍水供回水溫差在2 至3 度,，系統(tǒng)處于小溫差大流量的狀態(tài)。

常規(guī)冷卻塔配置風(fēng)機為定頻風(fēng)機,，長期運行會出現(xiàn)以下主要問題：(1)隨季節(jié)的變化,，晝夜的溫差，環(huán)境溫度不斷變化,，冷卻負荷也隨之變化,，但定頻風(fēng)機轉(zhuǎn)速不可調(diào)節(jié),，造成能源浪費，增加運行成本,。(2)啟動困難,，系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，冷卻風(fēng)機采用直接啟動,，啟動電流大,，對電網(wǎng)有較大沖擊。

操作人員根據(jù)以往操作經(jīng)驗,、水管溫度及壓力參數(shù)判斷系統(tǒng)的機組以及水泵運行臺數(shù),，并且水泵為定速運行(或為傳統(tǒng)的BA 控制，根據(jù)系統(tǒng)的供回水溫度控制制冷機組啟停,，輔助設(shè)備與機組數(shù)量連鎖),。如為人工控制，則由操作人員手動完成機組的自動啟停,、連鎖和保護等，很難考慮眾多影響系統(tǒng)效率的因素進一步降低機房的能耗水平,，也難以精確地按照實際需要生產(chǎn)冷量并在各區(qū)域間合理分配,。針對上述機房所存在的問題，采用制冷機房群控系統(tǒng)對整個機房進行節(jié)能

控制,，節(jié)能建議如下：

(1) 增加控制硬件設(shè)備,，通過加裝必要的溫度、壓力和流量傳感器檢測制冷機房的各項指標(biāo),，動態(tài)更新空調(diào)系統(tǒng)真實的負荷需求,，在此基礎(chǔ)上利用運行優(yōu)化技術(shù)以最經(jīng)濟的方式控制機組產(chǎn)生所需的冷量，并根據(jù)室外的工況及室內(nèi)的溫濕度狀況,，優(yōu)化冷凍水和冷卻水的供水溫度,。

(2) 空調(diào)負荷總是隨室外氣象參數(shù)以及室內(nèi)負荷的變化而變化的，當(dāng)系統(tǒng)供回水溫差一定的情況下,，系統(tǒng)水流量是可變化的,。由于空調(diào)負荷不斷在變化，如果水泵定流量運行,，必然會造成大流量小溫差現(xiàn)象,，導(dǎo)致能源浪費。因此為現(xiàn)有水泵安裝變頻器,，這樣可實現(xiàn)在滿足末端負荷的前提下水泵自動變頻,，起到節(jié)約電量的目的。

(3) 為了設(shè)備安全穩(wěn)定運行及降低運行成本,，冷卻塔風(fēng)機進行變頻軟啟動,，避免啟動電流對電網(wǎng)的沖擊,，實現(xiàn)自動控制達到節(jié)能效果。

(4) 安裝制冷機房群控系統(tǒng),，制冷機房的耗能主要設(shè)備為冷水機組,、冷凍水泵、冷卻水泵,、冷卻塔,，機房的綜合能耗由每個單體設(shè)備的能耗累加而成，但是每個單體設(shè)備的能耗又受到多種因素的影響,，并且各設(shè)備之間的運行會相互影響,，通過群控系統(tǒng)尋找整個制冷機房的最佳效率點，保證制冷機房能動態(tài)地運行在最佳效率點上實現(xiàn)最佳節(jié)能目標(biāo),。

4 節(jié)能控制系統(tǒng)

圖1 為群控系統(tǒng)圖,，控制系統(tǒng)為兩層構(gòu)架，上位機為工業(yè)控制計算機,，負責(zé)整個控制策略的實現(xiàn)及整個機房運行狀態(tài)的監(jiān)視,，下位機為PLC，實現(xiàn)控制各相關(guān)設(shè)備的運行,?？刂朴嬎銠C與PLC之間采用RS485 方式實現(xiàn)控制器以及監(jiān)控主機之間的通訊。

中央控制計算機以各個設(shè)備模型為基礎(chǔ),，根據(jù)設(shè)備控制子站采集到的系統(tǒng)工況按照優(yōu)化算法進行計算,，找到能夠滿足此制冷負荷的、且整個冷熱水機房總能耗最低(即整體效率最高) 的工作狀態(tài),，并將計算結(jié)果傳遞給設(shè)備控制子站作為其執(zhí)行的依據(jù),。另外，中央控制站的軟件界面承擔(dān)了機房日常運行管理的工作,。設(shè)備控制子站以工業(yè)級別的PLC 控制器為基礎(chǔ),，執(zhí)行中央控制站發(fā)出的指令，對冷水機組,、冷凍水泵,、冷卻水泵和冷卻塔及相關(guān)執(zhí)行機構(gòu)實施控制。同時,，控制子站通過相關(guān)傳感器采集系統(tǒng)運行參數(shù),，通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送至中央控制站參與優(yōu)化程序計算，使得整個制冷機房運行在效率最高的狀態(tài)下,。

4．1 傳感器,、執(zhí)行機構(gòu)

(1) 制冷機房內(nèi)水系統(tǒng)管路需要增加的傳感器、執(zhí)行機構(gòu)包括：二次冷凍水供回水干管壓差傳感器,；二次冷凍水回水干管溫度傳感器,；二次冷凍水供水干管溫度傳感器,；二次冷凍水回水干管流量傳感器；一次冷凍水供水干管流量傳感器,；冷卻水回水總管流量傳感器,；冷卻水供水總管溫度傳感器；冷卻水回水總管溫度傳感器,；冷水機組蒸發(fā)器進水管段電動閥門及執(zhí)行器,；冷水機組冷凝器進水管段電動閥門及執(zhí)行器。

(2) 辦公樓24 小時空調(diào)冷卻水系統(tǒng)管路需要增加的傳感器,、執(zhí)行機構(gòu)包括：空調(diào)冷卻水供回水干管壓差傳感器; 空調(diào)冷卻水回水干管溫度傳感器,；空調(diào)冷卻水供水干管溫度傳感器；空調(diào)冷卻水回水干管流量傳感器,。

4.2 控制功能

實現(xiàn)冷凍機房綜合能耗最低,；冷水機組臺數(shù)控制；冷水機組智能化喘振保護,；冷水機組冷凍水供水溫度重置,；冷凍水泵變頻控制；冷凍水泵臺數(shù)控制,；冷卻水泵變頻控制,；冷卻水泵臺數(shù)控制；冷卻塔臺數(shù)控制,；冷卻風(fēng)機變頻控制；冷卻水溫度重置,；冷凍水旁通流量控制,；冷水機組蒸發(fā)器側(cè)電動蝶閥開關(guān)控制；冷凍站全自動加減機控制,。

隨著空調(diào)系統(tǒng)的負荷變化,，通過溫度、流量傳感器的測得值反饋至群控系統(tǒng)進行優(yōu)化控制,，從而實現(xiàn)冷水機組,、冷凍水泵、冷卻水泵,、冷卻塔的臺數(shù)和變頻控制,，實現(xiàn)冷凍機房綜合能耗最低。

5 節(jié)能效果分析

現(xiàn)在空調(diào)系統(tǒng)使用情況,，并結(jié)合上海地區(qū)歷年氣候特點及典型商場及寫字樓空調(diào)負荷情況,，模擬仿真得到制冷季期間該機房的逐時冷負荷。

可以看出,，制冷機房運行時間長,，而炎熱的七八月份輸出冷負荷達到最高值,，需要運行三臺900RT 機組。通過群控模擬仿真計算得到的結(jié)果,，控制策略下每月的耗電量均低于常規(guī)控制策略下的耗電量,，圖3 為制冷機房優(yōu)化群控系統(tǒng)與常規(guī)控制的逐月能耗對比圖。

采用優(yōu)化群控節(jié)能系統(tǒng)前后各設(shè)備能耗如表2,。

優(yōu)化系統(tǒng)與常規(guī)控制各設(shè)備能耗對比如圖4,。

各設(shè)備節(jié)能量占整體比重如圖5。

從以上圖表可以看到,，126 地塊項目安裝節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)后,，冷水機組的節(jié)能效果占總節(jié)能量的10%；而冷凍水泵和冷卻水泵通過加裝變頻器,，并采用臺數(shù)控制,，可使水泵始終運行在最佳效率點附近，兩者的節(jié)能量占總節(jié)能量的74%,；冷卻塔以整個冷凍機房能效最高位控制目標(biāo),，運行風(fēng)機自動控制，節(jié)能量占總節(jié)能量的16%,，為機房整體能效最優(yōu)的目標(biāo)服務(wù)的,，保證冷水機組維持在比較低的冷凝溫度下，使冷水機組有更出色的表現(xiàn),。

6 結(jié)語

經(jīng)過以上分析模擬計算,，針對本項目，采用制冷機房群控系統(tǒng)的高效節(jié)能控制方案可實現(xiàn)以下效果：(1) 經(jīng)濟效益：全年可節(jié)電880,，002kWh,，如果以電費費率1.00 元/kWh 計，每年可節(jié)省電費880,，002 元,。(2) 環(huán)境效益：每年可以節(jié)省355 噸標(biāo)煤，減少CO2排放724 噸,。(3) 控制功能提升：實現(xiàn)全自動控制,，無需人員參與操作。降低了對維護人員的技術(shù)要求以及操作故障的可能性,，從而提高了冷水機房運行的安全性,。

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