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简析冷热源群控系统

0 引言
空调系统冷热源的能耗在整个空调系统中占有相当大的比例．而冷源系统的能耗主要由冷水机组电耗及冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机电耗构成，采取群控策略可以恰当地调节冷水机组运行状态．降低冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔风机电耗．最大限度地实现空调冷热源系统的节能运行
1 群控系统的优势
民用建筑内中央空凋设备种类繁多．各设备运行是相互关联的。群控系统按照T艺流程控制各设备的启停．如果局部设备发生故障．群控系统能及时进行逻辑判断并决定是否启用备用设备或全面停机。所有的逻辑控制及设备关联控制的实现均由群控系统控制主机完成．能真正做到协涮统一而对于BA系统的DDC控制器来说．各控制器的功能独立完成．通过控制器间的指令传递来执行先后顺序．没有全面协调的“大脑”．很难实现逻辑性很强的设备关联控制因此．采用群控系统对冷热源设备运行进行优化控制．在提高空凋系统的运行效率方面具有很大的优势
2 冷热源群控系统构成
本文结合光启城项目对冷热源群控系统进行分析 光启城项目总建筑面积约为163 868 mz，业态为裙房商业和塔楼办公相结合的综合体项目。该项目冷热源设备如表1、表2所示。
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冷热源群控系统由冷热源监测系统、冷冻机房设备监控系统、直燃机房设备监控系统构成 冷热源群控系统管理主机设于地下室冷冻机房值班室内．共设置监控管理主机两台(互为备用)，对冷冻监控系统及锅炉监控系统中相关设备的运行状态等进行监测并通过TCP／IP协议与本项目的BA系统通信．接受其对冷热水机组、板式换热器及配套设备的总体监测、控制和管理。冷热源群控系统网络拓扑结构如图1所示。
冷冻机房设备监控系统用于集中监测、控制和管理冷源设备，由冷水机组群控系统、配套设备群控系统、冷却塔群控系统及冷冻水二次变频泵群控系统共同组成。在冷水机组群控系统中． 7台冷水机组通过各自的机组管理模块连接到网络控制器．实现与冷水机组工作站的通信。冷水机组网络拓扑结构见图2直燃机组工作站通过RS485总线连接每台锅炉控制器， 通过直燃机组群控系统对各锅炉实时监控．根据热水负荷的变化合理控制锅炉运行台数 网络拓扑结构见图3
3冷热源群控系统分析
3．1 冷热源群控系统
冷热源群控系统对冷冻机房设备监控系统及直燃机房设备监控系统各设备的运行状态进行实时监测、记录．同时根据各设备运行的最佳效率曲线与控制策略进行匹配．使各设备合理节能运行．并可以对各种设备的运行参数打印，形成数据报表冷热源群控系统管理主机作为冷水机组和直燃机组工作站的客户机．与冷水机组和直燃机组工作站构成C—S结构．管理主机从工作站读取系统运行信息。管理主机同时又作为OPC服务器． 可以实现与BA 系统以及更高一级的管理层客户机通信，实现监测冷热源系统设备运行及能耗宏观调控的目的。
3．2 热源群控系统
热水锅炉牵涉到安全，一般只对热水总管设置流量及温度传感器了解系统运行工况．同时对锅炉配电箱设置监测点了解锅炉运行及故障情况． 极少对锅炉进行启停控制，除非发生燃气或燃油泄漏报警而被消防系统强制停机。本项目热源群控系统在上述常规控制基础上，设置了自动台数控制装置． 将多台锅炉进行集中监控及管理，可以最大程度地提高锅炉运行合理化、自动化水平，达到节能、延长锅炉使用寿命的目的。通过检测使用端热水负荷的变化(温度、流量)来控制锅炉运行的台数， 保证锅炉在高效点运行，从而节省锅炉燃料消耗量及降低炉体散热损失， 以减少系统运行费用
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3．3 冷源群控系统
冷源群控系统实施对所有机电设备(冷水机组、冷冻水一次泵、冷冻水二次泵、冷却泵、冷却塔、电动阀门．以及其它相关设备)的自动控制和必要的手动控制．并实时进行设备的故障和传感器超限报警提示．设备故障复位请求对冷冻机房设备进行自动开／停机控制；阀门、变频器调节：监控冷冻水的供／回水温度、流量，冷水机组的运行工况和运行效率．对所控机组进行系统群控和自动编组控制．实现系统的无级平滑控制和节能控制：监控冷站工况切换．为末端提供相对稳定的运行工况：根据末端用户供水回路压差设定值调节冷冻水泵转速．确保用户端的运行稳定。冷源群控系统介绍如下
3．3．1 三种供冷工况
为实现系统节能运行．冷源系统分为两种收费供冷丁况和一种免费供冷工况 收费供冷为冷水机组单独供冷、板式换热器单独供冷；免费供冷为冷却水供冷。
3．3．1．1 冷水机组单独供冷
在夏季05：o0～23：00时段．末端冷负荷高于板式换热器单独供冷所能提供的负荷时．由冷水机组向末端供冷关闭板式换热器进出水阀门．开启冷水机组进出水阀门， 开启冷冻水一、二次泵，开启冷却塔风机，开启冷水机组群控系统。进人夏季供冷模式
3．3．1．2 板式换热器单独供冷
在过渡季节及夏季23：00～05：00时段，末端冷负荷低于板式换热器单独供冷所能提供的负荷时．由板式换热器单独向末端供冷。关闭冷水机组进}}l水阀门，开启板式换热器进出水阀门。开启冷冻水一、二次泵，开启冷却塔风机，进入过渡季节供冷模式
3．3．1．3 24 h免费供冷系统
屋顶塔楼设置单独的冷却塔．为各租户提供24 h免费供冷系统 群控系统在冷却塔供回水总管上设置温度及流量传感器．通过旁通调节阀来调节冷却水供水温度．通过供回水流量传感器监测管路漏水情况，同时对免费供冷系统的冷量使用进行监测．
3．3．2 冷水机组群控
冷源系统中．冷冻水一次泵及其前后的电动阀、冷水机组及其前后的电动阀、冷却水泵及其前后的电动阀均为一一对应关系，群控系统在冷水机组、冷冻水一次泵、冷却塔风机、冷却水泵的水系统管路上连接所需的温度传感器和压力变送器．通过冷水机组群控系统控制系统各设备及相关的电动阀门，实现对冷水机组、冷却水泵、冷冻水一次泵及冷却塔风机的自动监测与控制冷冻机房安装了7台冷水机组．通过群控系统合理控制冷水机组的运行台数．使冷量满足负荷要求．同时避免机组在低负荷高能耗状态运行 若两台冷水机组均工作在50％的负荷状态时．可改为一台冷水机组运行．使冷水机组本身的COP(能效此)提高．尚可停止一台冷冻水泵和冷却水泵：对于二级泵系统当两台冷水机组运行时。会出现冷冻水侧流量大于用户侧流量的情况．此时一部分冷水通过旁通管与用户侧回水混合。使进入蒸发器的水温降低从而进一步使制冷机的COP降低。只运行一台冷水机组和一台冷冻水泵时，用户侧流量就会大于冷冻机蒸发器侧流量．用户侧回水一部分通过旁通管与冷水机组出口的冷水混合后送到用户管网，而进人蒸发器的水温则升高至用户回水温度，这也使冷水机组的COP进一步提高。
从这个角度看．少开一台冷水机组．使各台运行的机组均处于满负荷状态比多开一台冷水机组．使各台机组都处于低负荷状态要好 群控系统按此原则并结合机组能级曲线对冷水机组进行台数的增减控制当末端负荷变小时．冷冻水二次变频水泵控制系统接收到末端的压差增加．发出降低二次变频水泵频率的指令．减少供水量来适应末端需求变化首先机组会降低自身的制冷能力来适应该变化．当已运行机组降低的制冷量总计达到单台机组最大容量时．说明可以再减少一台运行机组(减少的那台为运行时间最长的冷水机组)．让剩下的运行机组提高制冷量运行在较高负载工况下．机组在较高负载下可以有较好的能效比群控系统检测到机组负荷大于95％．且控制偏差值K >200时，则控制增加一台机组运行，其中选择开启的为运行时间最少的一台冷水机组．并预先开启机组进出水阀门、相应水泵、水泵进出水阀门。其中Kl： ( 一71j )／0．001 5， 为冷水出水温度，c《=； 71I 为冷水出水温度的设定值(4℃) 由于冷水机组从开始投入到加载完毕运行约需要12 min．故机组运行15 rain后采集到的负荷数据才可作为程序控制用的负荷判据
3．3．3 冷冻水二次变频泵组群控
冷冻水二次变频泵共有4组并联运行 每台水泵对应一台变频器、二个电动阀门．设备启停相互联锁．将其暂定义为冷冻水二次泵系统在各组冷冻水二次泵系统内设置最不利压差点和流量传感器，确保每个供冷管路的压差平衡．并向末端提供合适的供水压力群控系统根据检测到的冷冻水供回水温差、冷冻水流量计算末端空调负荷．再根据空调计算负荷．推算出在标准工况下(即供回水温差为5℃ ，可调整)所需的冷冻水流量．将其作为冷冻水二次变频泵变频的另一参变量 通过负荷跟踪．动态修正冷冻水二次变频泵频率．以使冷冻水二次变频泵在最佳、最节能的工况下运行。冷冻水二次变频泵运行台数的增减控制采用负荷控制．即利用水泵并联特性曲线，设定一个供回水压力的波动范围．当负荷变化引起相应分区管网的流量改变时．供回水压力也随之波动．当超过设定上限值时增泵：当低于设定下限值时减泵。
负荷控制原理如下：二次变频泵控制器把每一个反馈的压差模拟信号值．与已输入的定点值(调压值)作比较，当反馈的压差值满足所有定点值时，水泵速度会固定下来 假如相应分区管网设置的压差传感器反馈的压差值反映二次变频泵运行接近其运行曲线范围边缘时．控制器会自动增加泵的运行台数．把水泵工作点带至可接受的运行点。控制器不断扫描反馈的压差信号并与定点值作比较．若定点值不能被已运行的泵(前泵)满足。控制器会增加泵(后泵)的投入，后泵加速而前泵减速，直至两者同速。反馈的压差信号再次改变时．将会引起水泵速度变动 当定点值可以被低流量满足时．控制器会减少水泵运行台数。当最坏情况的区域(例如末端)与定点相差值大。控制器会发出信号给变频器．后者改变频率．令水泵加速当一台变频器失灵．控制器自动启动备用变频器。当某一区域压差传感器失灵，其反馈信号会被群控系统自动删除因此，负荷控制多用在控制要求较高的场合．可有效解决水力、热力工况不协调的问题．是有效解决冷冻水泵运行台数自动增减控制的最佳方案
3．3．4 冷却塔风机群控7台冷却塔风机(双速)并联，设备启停相互联锁，运行时．冷却塔风机运行台数及风速根据冷却水回水总管温度进行控制群控系统根据各冷却塔风机运行时间长短对冷却塔进行轮替运行控制接于各冷却塔进出水管上的电动阀用于当冷却塔风机停止运行时切断水路．同时可适当调整进入各冷却塔的水量，使其分配均匀．以保证各冷却塔都能达到最大出力由于湿式冷却塔的工作性能主要取决于室外的温湿度，因此需设室外温湿度测点．再由监控管理主机计算出湿球温度。冷却塔风机启停台数根据冷水机组开启台数、室外温湿度、冷却水温度、冷却水泵开启台数来确定，具体开启哪台冷却塔风机则由风机的运行时间长短来决定。冷却塔出口温度(制冷主机冷凝器进口温度)是冷却塔风机台数控制的关键参数．其设定值参考当日的平均湿球温度。冷却塔出口温度与设定值的差值控制区间为l℃ (可调整)． 当差值大于1℃ ，并维持5min(可调整)上升趋势时，开启一台冷却塔风机(开启未运行风机中运行时间最短的)：当差值小于一l cE，并维持5rain(可调整)下降趋势时．关停一台冷却塔风机(关停运行风机中运行时间最长的)
4 结语
在目前越来越注重节约能源和提高能效的前提下，中央空调设备作为楼宇建筑中的能耗大户．其控制环节中的冷热源群控变得尤为重要。本案例的群控方案是针对项目特殊现状而进行的个性化设计．充分运用目前工程界先进的控制技术和网络技术．对冷热源设备进行自动控制和实时监测．实现冷热源系统最大限度地节能运行．并在实施过程中提高了管理水平、系统可靠性得以提高、节省了运行及维护成本，经济效益十分显著。
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