第5章--冷热源系统的控制.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,授课：余志强,智能建筑环境设备自动化,第,5,章 冷热源系统的控制,内容提要,5.1,冷冻站工艺流程的认知,5.2,冷冻站的控制,5.3 BAS,对水泵、风机等设备的监控,5.4,冷水机组的群控,5.5,空调冷冻水循环系统的控制,5.6,空调冷却水系统的控制,5.7,热源设备的控制,引例,下面是选自筑龙,BBS,论坛的关于“,机房群控、,ba,控制哪个更合适？,”这一话题的讨论。读者可据此做初步了解。,Water Distribution System,把冷冻水传输和分配到各末端用户,冷冻水将从各末端用户吸收的热量在蒸发器中传递给制冷剂,冷却水循环系统,Heat Rejection System,制冷剂吸收的热量在冷凝器中传递给冷却水,冷却水系统将热量排放到大气环境中,5.1.1,中央空调系统冷源概述,冷水机组通常有：,蒸气压缩式制冷机,在空调系统中是应用最广泛的制冷设备,以消耗电能作为补偿，通常以氟利昂或氨为制冷剂,常用的有三类：,往复式制冷机,(reciprocating chillers),旋转,-,螺杆式制冷机,(rotary-screw chillers),离心式制冷机,(centrifugal chillers),吸收式制冷机,(absorption chillers),吸收式制冷以消耗热能作为补偿,以水为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂,可以利用低位热能和高温冷却水,蓄冰制冷机组,5.1.1,中央空调系统冷源概述,冷水机组通常有：,蒸气压缩式制冷机,吸收式制冷机,(absorption chillers),蓄冰制冷机组,在中央空调中的应用也越来越多,基本思想：,让制冷设备在电网低负荷时（夜间）工作制冰,利用冰的融解热,(335kJ/kg),进行蓄冷,将冷量储存在蓄冷器中,在用电负荷的高峰期（白天）向空调系统供冷,蓄冰制冷的作用,可以调节电网负荷,起到削峰填谷、缓和供电紧张的作用,5.1.2,冷水机组的工作原理,制冷系统,是指通过外能量的加入，实现热量从温度较低的物体,(,或空间,),转移到温度较高的物体,(,或空间,),的能量转换系统。,冷水机组,把制冷系统中的压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀等设备以及电气控制设备组装在一起，专门提供冷水的设备,实际上就是一个,制冷系统,1.,蒸气压缩式制冷系统工作原理,蒸气压缩式制冷系统的组成,压缩机、冷凝器、节流机构,(,如膨胀阀、毛细管等,),、蒸发器,制冷工质，即制冷剂,5.1.2,冷水机组的工作原理,2.,吸收式制冷系统工作原理,吸收式制冷与压缩式制冷的比较,相同点：,都是利用低压制冷剂的蒸发产生的汽化潜热进行制冷,区别：,压缩式制冷以电为能源,而吸收式制冷以热为能源,溴化锂制冷的适用范围不如压缩式制冷,吸收式制冷的制冷工质通常是溴化锂水溶液,水为制冷剂，溴化锂为吸收剂,蒸发温度不低于,0,民用建筑的空调系统中，空调冷水的温度通常为,6,7,，因此还是比较容易满足的。,5.1.2,冷水机组的工作原理,吸收式制冷系统的工艺流程,5.1.2,冷水机组的工作原理,3.,制冷机的性能系数,COP,把制冷机作为一个系统,输入该系统的能量包括压缩功,w,和蒸发吸热量,q,0,，输出的能量为,q,k,在制冷循环中，把单位质量制冷量,q,0,与单位质量绝热压缩功,w,之比称为制冷机的,性能系数（,Coefficient of Performance,，,COP,）,COP,是针对空调设备节能的评价指标,COP,越大,=,产生同等冷量的功耗越少,制冷机的,COP,一般都大于,1,通常介于,2.57.0,之间,5.1.2,冷水机组的工作原理,如何提高制冷机的,COP,？,（,1,）,COP,与冷凝温度、蒸发温度有关,冷凝温度应越低越好，而蒸发温度应越高越好,=,可降低制冷剂在冷凝器和蒸发器中的压差,=,降低压缩机功耗,在正常空调工况下，冷凝温度每降低,1,或蒸发温度每升高,1,=,系统的,COP,能提高,1.5,2.5,左右,但是，冷凝温度和蒸发温度是有限值的,制冷机的运行对冷凝温度有最低要求,最高蒸发温度受系统的要求及空调末端运行条件的限制,（,2,）,COP,还与制冷量有关,制冷量变化会,=,压缩机工作负荷的变化,=,压缩机效率随之变化,一般来说，在相同蒸发温度和冷凝温度下,单级压缩制冷机在高负荷时的效率比在低负荷时要高,离心式制冷机在制冷量约为,80,85,时，其,COP,最高,5.1.3,某冷冻站的运行流程分析,某冷冻站工艺流程如图,5.11,所示,5.1.3,某冷冻站的运行流程分析,组成：,3,台冷水机组,据建筑冷负荷的情况选择运行台数,冷却水系统,组成,3,台冷却塔,3,台冷却水循环泵,管道系统,作用：向冷水机组的冷凝器提供冷却水,冷冻水系统,组成：,冷冻水循环泵,集水器、分水器,管道系统,作用：,把蒸发器提供的冷量传送到冷水用户,如，空调机组和风机盘管等,5.1.3,某冷冻站的运行流程分析,工艺流程,热工过程？热量如何传递？,开启顺序：,先启动外围设备，最后启动核心设备,外围设备：,包括冷却水和冷冻水系统的阀门和水泵、冷却塔风机,保证冷凝器和蒸发器中有一定的水量流过,否则会造成制冷机高压超高、低压过低，引起电机过流，造成机组损害,核心设备：,冷水机组,停机顺序,？,冷水机组都随机携带有水流开关,水流开关的电气接线：串联在制冷机启动回路上,起到流量保护作用,5.1.4,冷冻站机电设备的启停顺序,冷水机组是空调系统的核心设备,冷冻站机电设备包括哪些？,冷水机组、相应的冷冻水泵、开关蝶阀、冷却塔、冷却水泵等,1.,冷冻站机电设备间的电气联锁,目的：,保证整个系统安全运行,在启动或停止的过程中,冷水机组应与相应的冷冻泵、冷却泵、冷却塔等电气联锁,只有所有附属设备正常运行后，冷水机组才能起动；,而停车时的顺序则相反，应是冷水机组优先停车,当有多台冷水机组并联且在水管路中泵与冷水机组不是一一对应连接时，,则冷水机组冷冻水和冷却水接管上应设有电动蝶阀,以使冷水机组与水泵的运行能一一对应进行,该电动蝶阀应参加上述联锁,5.1.4,冷冻站机电设备的启停顺序,2.,冷冻站机电设备启停的逻辑顺序,时间假日程序控制,按照事先编制的时间假日程序控制,每次启停的逻辑顺序控制,开启顺序：,冷却塔,=,冷却水循环系统,=,冷冻水循环系统,=,冷水机组,注：冷水机组启动前须确保：冷冻水、冷却水循环系统均已启动,停机顺序：,与上述相反,这些功能都需要,BAS,来实现。,5.2,冷冻站的控制概述,5.2.1 BAS,对冷冻站控制的思路,冷热源监控的特点,大多数冷热源机组均带有厂家成套的自动控制装置,系统本身能独立完成机组监控与能量调节的功能,留有与外界的通信接口,机组内部运行一般不由,BAS,监控，而由其自带的控制系统负责,当与,BAS,系统相连时，需考虑,机组成套控制系统包含哪些监控功能,如何与,BAS,进行数据通信,冷热源机组提供的通信接口形式通常有两种：,一种为总线通信接口,如：,RS232,RS485,LonWork,BACnet,可以实现,BAS,与主机的完全通信,一种为干触点接口,只能接受外部启停控制，向外输出报警信号等，功能相对简单,思考：当主机自带控制系统与,BAS,通信接口不一致时，怎么办？,5.2.1 BAS,对冷冻站控制的思路,BAS,与设备自带控制系统的通信关系处理,做法,1,：,BAS,不与机组的控制器通信,做法,2,：,BAS,采用机组制造商提供的管理系统,做法,3,：,BAS,与冷源主机通信,实际工程中，,BAS,对成套设备的监控一般是,以“只监不控”为主,5.2.1 BAS,对冷冻站控制的思路,做法,1,：,BAS,不与机组的控制器通信,BAS,另外在冷冻水、冷却水管路上安装水温传感器，流量传感器，在配电箱中通过交流接触器辅助触头、热继电器触点等方式取得这些主机的工作状态参数，通过端子排或交流接触器控制设备的启停,BAS,不能深入到主机内部，对其内部运行参数无法检测,如压缩机吸排气的压力、润滑油压力和油温等都,冷热源机房还必须有人专门值守,主机设备不能放心地交由,BAS,管理,5.2.1 BAS,对冷冻站控制的思路,做法,2,：,BAS,采用机组制造商提供的管理系统,冷热源设备厂商提供的管理系统,能够监控和管理冷冻站或锅炉房内的全部设备,是一个独立的冷热源监控管理系统,这种方式,可提高控制系统的可靠性和简便性,从整个中央空调系统优化的角度看,该系统仅关注冷冻站（或锅炉房）内的水压以及水温的变化,不能完全反映系统的特性,而,HVAC,还与空调水系统有关,节能控制效果仍然是可观的，仍不失为一种上佳的选择方案,5.2.1 BAS,对冷冻站控制的思路,做法,2,示例：,YORK,公司的冷水机组自带监控系统,ISN,TM,：,ISNIntegrated Systems Networks,BAS,通过,YORKTalk,译码器与冷冻机监控系统,ISN,相连，实现通信,=BAS,读取,ISN,系统的所有信息，同时也可通过,YORKTalk,实现对机组的启停等控制。,ISN,实现的功能,基本参数的测量,基本的能量调节,冷冻系统的全面调节与控制,5.2.1 BAS,对冷冻站控制的思路,做法,3,：,BAS,与机组自带控制系统通信,设想,若各设备之间的通信协议统一，则可实现大楼内的各种机电设备无缝的连接。,=BAS,与机组的通信,=,BACnet,协议,由,ASHRAE,学会制定,ASHRAE,：,AmericanSociety of Heating,Refrigerating and Air-Conditioning Engineers,，,美国采暖通风空调制冷工程师学会,其目的是解决建筑物各种机电设备的互连问题,尚在推广中，但尚未得到广泛应用,今后的趋势,实现通信协议的统一是发展方向,5.2.2,冷冻站监控实例,图,5.11,是一典型的采用压缩式制冷的冷源系统,(,冷冻站,),，监控设计结果如图,5.13,所示。,5.2.2,冷冻站监控实例,1.,受控对象的工艺流程分析,该冷冻站工艺流程分析参见,5.1.3,节。,2.,监控需求分析,一般根据业主的需求和相关标准进行,BAS,监控的需求分析。,该系统的监控要求有如下目的和功能。,1),压缩式制冷系统实行监控的目的,保证冷冻机蒸发器通过稳定的水量以使其正常工作；,向空调冷冻水用户提供足够的水量以满足使用要求；,在满足使用要求的前提下，尽可能提高供水温度，从而提高机组的,COP,值，同时减少系统的冷量损失，实现系统的经济运行。,2),压缩式制冷系统的监控功能,启停控制和运行状态显示；,冷冻水进出口温度、压力测量；,冷却水进出口温度、压力测量；,过载报警；,水流量测量及冷量记录；,运行时间和启动次数记录；,制冷系统启停控制程序的设定；,冷冻水旁通阀压差控制；,冷冻水温度再设定；,台数控制；,(11),制冷系统的控制系统应留有通信接口。,5.2.2,冷冻站监控实例,3.,压缩式制冷系统的监控策略分析,冷水机组带有自带控制系统,=BAS,对,3,台冷水机组采用：,监测为主，控制为辅的策略（启停控制）,而对冷水机组内部的运行不直接控制,BAS,监控的任务是：,监测各设备的工作状态、工作参数、控制设备的启停。检测设备的报警信号，保证设备安全运行,5.2.2,冷冻站监控实例,1),启停控制、运行状态显示和过载报警,有关的监控原理详见,5.3,节。,2),冷负荷计算和冷水机组运行台数的控制,冷热负荷,Q,=,c,M,(,t,1,t,2),c,为比热,M,为总管流量,t,1,、,t,2,分别是供、回水总管上的温度,根据计算的负荷，决定开启冷冻机的数量。,使设备容量与变化的负荷相匹配，以节约能源,详见,5.4,节。,3),机组的启停顺序控制,详见,5.4,节,5.2.2,冷冻站监控实例,4.BA,监控点位的确定,根据以上的监控思路，绘制监控原理图如图,5.13,所示。,BAS,对各设备的监控点位说明如下。,1),冷水机组的监控,2),冷却水循环部分的监控,3),冷冻水循环部分的监控,5.3 BAS,对水泵、风机等机电设备的控制,暖通空调系统中常见的机电设备,冷冻水循环泵、冷却水循环泵、一次热水循环泵、二次热水循环泵,冷却塔风机,空调机组和新风机组的风机等,这类设备一般都由三相电源供电,内部都有电动机。,监控原理基本相同,归结为三相异步电动机的监控,其监控点一般都直接取自电控箱内,电控箱内电气控制回路,5.3 BAS,对水泵、风机等机电设备的控制,三相异步电动机的监控方法,1DO,，,3DI,启停控制：,1DO,运行状态显示：,1DI,过载报警：,1DI,手自动状态：,1DI,作图：绘制点位,二次回路图,冷水机组中的压缩机,也一般是由三相电动机驱动,BAS,也可按这样的思路对冷水机组实现简单的控制,5.3 BAS,对水泵、风机等机电设备的控制,二次回路图分析,DO,发出闭合信号,=KK,线圈得电,=KK,触点闭合,=KM,线圈得电,=KM,触点闭合,=,电动机得电，运行,5.4,冷水机组的群控,5.4.1,冷水机组的群控概况,单台冷水机组的监控,冷水机组自带控制系统,BAS,对冷水机组采用的策略：,“监测为主，控制为辅”,对冷水机组内部的运行不直接控制,监控的方法同三相异步电动机的监控,1DO,，,3DI,启停控制：,1DO,运行状态显示：,1DI,过载报警：,1DI,手自动状态：,1DI,二次回路图，参加上一节内容,5.4.1,冷水机组的群控概况,大型建筑中通常使用,多台,冷水机组为空调末端设备提供冷量,当冷冻站的供冷能力大于实际所需的制冷量时,关停其中正在运行的一台冷水机组,当实际所需的制冷量大于在运行的冷水机组所能提供的最大制冷量时,开启一台冷水机组,中央空调在全年的运行时段中，大部分时间处在：,部分负荷运行工况,在满足末端负荷需求的前提下，根据大楼的冷负荷启停冷水机组,=,可以使运行的冷水机组的总,COP,最高，运行在最佳效率值附近,并且避免冷水机组在小负荷运行时发生压缩机喘振或温度控制失效,通过合理的控制使所有冷水机组的总运行时间大致相等,可以延长冷水机组运行寿命，降低其维修费用和发生故障的概率,5.4.1,冷水机组的群控概况,群控是什么？,这种对所有冷水机组的启停顺序的控制，通常也叫时序控制,(sequence control),，,也就是就是工程上所说的冷水机组的群控问题,群控的序列策略，就是解决两方面的问题,在启动下一台制冷机组时，决定哪一台开启？,在停止一台运行的制冷机组时，决定哪一台停止？,目的是：与设备管理、维修计划更好地配合，充分利用设备的无故障周期，提高设备的使用寿命,群控的原则：,延长机组设备的使用寿命,节能,群控的实施,冷水机组运行时间、启动次数记录,启停逻辑判断与控制（序列策略）,5.4.2,冷水机组运行台数的确定,中央空调的需冷量通常可以用,回水温度,或,实际冷负荷,来反映。,进而确定冷水机组的运行台数，并进行冷水机组的启停控制。,1.,根据回水温度确定冷水机组运行台数,通常冷水机组的出水温度设定为,7,，冷冻水供、回水温差大多为,5,。,在冷水机组出水温度恒定的空调水系统中，不同的回水温度实际上反映了空调系统中不同的需冷量。,因此，根据回水温度可确定冷水机组运行台数。,控制精度上受到了温度传感器的约束,冷水机组的台数不应超过,2,台，才采用回水温度来决定冷水机组的运行台数,5.4.2,冷水机组运行台数的确定,2.,根据实际冷负荷确定冷水机组运行台数,原理：,空调冷负荷的多少决定了冷水机组的运行台数,目的：,使设备容量与变化的负荷相匹配以节约能源,思路：,检测、计算空调冷负荷,Q=CM(T,1,T,2,),C,为比热,M,为总管流量,T,1,、,T,2,分别是供、回水总管上的温度,流量、供回水温度的测量,传感器的安装？,逻辑判断运行台数,5.4.2,冷水机组运行台数的确定,流量、供回水温度测量传感器的安装位置,流量传感器应装设于管路中水流稳定处,并在设计安装时保证其前面,(,来水流方向,),直管段长管不小于,5,倍接管直径，后面直管段长度不小于,3,倍接管直径。,在空调水系统中，为了减少水系统阻力,一般不采用孔板式流量计,而采用电磁式流量计,电磁式流量计的测量精度大约为,1,5.4.3,冷水机组运行时间、启动次数记录,通常要求：各机组设备的运行累计小时数、启动次数尽可能相同,=,每次起动系统时应优先起动累计运行小时数最少的设备,=,需记录各机组设备的运行累计小时数及启动次数,BAS,该怎么办？,应记录每台机组设备的运行时间和启动次数,以便于,BAS,进行逻辑判断,通过软件实施,群控序列策略的选择,与物业管理方式，设备维护计划等相关,目前，冷水机组群控通常由生产厂家自己完成,冷冻机厂家如：,York,Carrier,Mcquary,Trane,等,注：,BAS,通过网关与其通信，完成对冷冻机系统的监测,启停判断条件分析,启动一台冷水机组的判断条件？,停止一台冷水机组的判断条件？,5.4.4,群控的序列策略,5.4.4,群控的序列策略,启动一台冷水机组的判断条件：,a.,当前停运时间最长的优先,b.,累计运行时间最少的优先,c.,轮流排队,停止一台冷水机组的判断条件：,a.,当前运行时问最长的优先,b.,累计运行时间最长的优先,c.,轮流排队,5.5,空调冷冻水循环系统的控制,略,请联系作者,yuer_zq,5.6,空调冷却水系统的控制,略,请联系作者,yuer_zq,5.7,热源设备的控制,略,请联系作者,yuer_zq,