曹彥斌

（萬達商業(yè)規(guī)劃研究院）

大型購物中心冷水機組群控系統(tǒng)研究

曹彥斌

（萬達商業(yè)規(guī)劃研究院）

冷水機組群控是利用自動控制技術對制冷站內(nèi)部的相關設備進行自動化監(jiān)控，使制冷站內(nèi)的設備達到最高效率運行狀態(tài)，是實現(xiàn)冷水機組節(jié)能高效穩(wěn)定運行的一個非常有效的技術手段。采用冷水機組群控系統(tǒng)，可實現(xiàn)機組輪換、故障保護、負荷調(diào)節(jié)，有助于延長機組壽命，提高設備利用效率。2013年對萬達廣場進行的冷水機組群控系統(tǒng)改造試點，取得了顯著的節(jié)能效果，同時降低了人工管理強度。測試結(jié)果顯示采用冷水機組群控系統(tǒng)后，冷站綜合節(jié)能率達到20%，節(jié)能效果顯著。

冷水機組群控；冷凍水泵；冷卻水泵；變頻

1 引言

隨著萬達集團規(guī)模的不斷擴展，開業(yè)的萬達廣場數(shù)量越來越多，隨之而來的就是對運營系統(tǒng)節(jié)能和自動化要求的不斷提高。典型萬達廣場的制冷站由4臺不同制冷量的冷水機組并聯(lián)組成，以便使系統(tǒng)能夠更好地適應實際運行中負荷的變化，降低冷源部分的能耗。但是，要真正在實際運行中達到節(jié)能效果，必須借助與之相應的運行方案和群控策略來實現(xiàn)。

冷水機組群控是利用自動控制技術對制冷站內(nèi)部的相關設備（冷水機組、水泵、冷卻塔、閥門）進行自動化監(jiān)控，使制冷站內(nèi)的設備達到最高效率的運行狀態(tài)，是實現(xiàn)冷水機組節(jié)能高效穩(wěn)定運行的一個非常有效的技術手段。多臺相同制冷量冷水機組并聯(lián)運行的群控策略對于多臺不同制冷量冷水機組并聯(lián)運行的情況并不適用。前者的群控策略所要解決的主要問題是投入運行的冷水機臺數(shù)，而后者所要解決的主要問題不僅是投入運行的冷水機臺數(shù)，還有所要投入的冷水機組合問題，這遠比前者復雜得多。[1]

2 冷水機組群控的目的

1）節(jié)能

根據(jù)系統(tǒng)負荷的大小，準確控制制冷機組的運行數(shù)量和運行工況，啟停相應水泵，或降低水泵電機轉(zhuǎn)速，從而達到節(jié)能并節(jié)省運行費用的目的。

2）延長設備使用壽命

采用冷水機組群控系統(tǒng)，可實現(xiàn)機組輪換、故障保護、負荷調(diào)節(jié)，有助于延長機組壽命，提高設備利用效率。

3 幾種冷水機組群控模式分析

3.1 回水溫度控制法

1）回水溫度控制法原理

通過測量空調(diào)系統(tǒng)中冷水系統(tǒng)回水的溫度，并根據(jù)其值的大小，決定開啟冷水機組的臺數(shù)，從而達到控制冷水機組臺數(shù)的目的。

2）回水溫度控制法的分析

（1）回水溫度適應性較差，尤其在溫差小時，誤差大，對節(jié)能不利。

（2）可用于冷凍機的低溫保護和報警。

（3）但裝置簡單，價格便宜。

（4）判據(jù)不明確。

3.2 壓差控制法

1）壓差控制法控制原理

集水器和分水器之間旁通管路上設有壓差電動調(diào)節(jié)閥?？偣┗厮苤g壓差增大，說明用戶負荷及負荷側(cè)水流量減少，則調(diào)節(jié)旁通閥使其開度變大。但僅根據(jù)壓差進行臺數(shù)控制是很困難的。壓差的信號可以由兩個壓差壓力傳感器獲取信號后進行計算得到，或直接由壓差傳感器得到。

2）有關壓差控制法的分析

每個項目的壓差情況是不一樣的，因為每個項目的水系統(tǒng)是不一樣的。國內(nèi)外的某些論文建議取消壓差控制，認為判據(jù)不明確。

3.3 冷量/溫度控制法

1）冷量/溫度控制法控制原理

如圖1所示，在總供回水管上加裝1個流量傳感器和2個溫度傳感器[2]，通過測量冷凍水供回水溫度和供回水流量獲得溫差和流量信號，然后將兩個信號依熱力學公式計算實際的冷量（Q）。同時考慮供水溫度與設定值的偏離度、冷水機組的產(chǎn)冷量、供水溫度變化速率等因素，從而實現(xiàn)對冷水機組的臺數(shù)控制。

Q=1.163×F ×（T2-T1）

3.1.1 自動創(chuàng)建方式。此種方法是創(chuàng)建網(wǎng)站最簡單方式，根據(jù)需要建設的網(wǎng)站需要，選擇站群系統(tǒng)設置的網(wǎng)站模板，創(chuàng)建新的網(wǎng)站，但只能選擇系統(tǒng)中已有的模板。創(chuàng)建方式簡單，但也有一定的局限性。此種方法適用于對網(wǎng)站開發(fā)技術一點也不了解的網(wǎng)站管理員。

式中，Q為冷量，kW；F為水流量,m3/h；T1為出水溫度，℃；T2為回水溫度，℃。

2）有關冷量/溫度控制法的分析

制冷機組群控的目的是正確和適當解決在工作點區(qū)域范圍內(nèi)的控制，其方法是測定冷凍水溫度和整個大樓的空調(diào)負荷，以某種算法和判據(jù)決定啟動或停止一臺制冷機組的時機。此控制策略技術復雜，需要精通空調(diào)理論和控制理論知識，并對項目給與詳細的運行調(diào)試。

3）加載冷水機組流程

（1）當溫度傳感器所測的冷凍水供水溫度，高于當前的冷凍水供水溫度設定值（點）與一個可調(diào)整的溫度偏差值相加后的所得值。

（2）當前運行的機組有足夠的時間由 0%負載變至接近100%負載。

圖1 冷量/溫度控制法原理

（4）運行冷水機組的溫度降低速率小于0.3℃/min。

（5）新冷水機組啟動的延遲時間已經(jīng)結(jié)束（延遲時間可以設定）。

（6）新冷水機組啟動。

4）減載冷水機組流程

（1）目前運行的機組臺數(shù)多于一臺。

（2）運行機組的平均負載小于某個設定值（一般為65%～69%）。

（3）當溫度傳感器所測的冷凍水供水溫度，小于當前的冷凍水供水溫度設定值（點）與一個可調(diào)整溫度偏差值的0.6倍相加后的所得值。

（4）機組停機的延遲時間已經(jīng)結(jié)束（延遲時間可以設定）。

（5）設定機組馬上停機。

4 目前國內(nèi)冷水機組群控存在的問題

根據(jù)大量的工程實例調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前冷水機組群控策略存在一個普遍問題，就是大多數(shù)BA廠商沒有空調(diào)理論知識的支撐，在控制流程中僅僅將制冷機組當做一臺“電機”進行簡單的監(jiān)控，而實際上它的啟停需要根據(jù)許多空調(diào)理論知識來進行判斷。另一方面，大多數(shù)空調(diào)廠家缺乏自動控制方面的技術人員，因此不能在冷水機組的群控上提出準確完美的控制策略。[3]

5 萬達廣場冷水機組群控系統(tǒng)

2013年，萬達集團對萬達廣場進行了冷水機組群控系統(tǒng)改造試點，取得了顯著的節(jié)能效果，同時降低了人工管理強度。

冷卻塔系統(tǒng)優(yōu)化：取消原來1臺冷機運行打開全部冷卻塔的運行策略，改為冷機與冷卻塔一一對應運行策略。避免了當:1臺運行時，冷卻水流過多臺冷卻塔散熱，如果冷卻塔風機只開1臺的話，其總體冷卻效果要差；但所有冷卻塔風機都開的話，冷卻效果好了，風機能耗卻比較大了。

原系統(tǒng)中，冷凍水循環(huán)泵采用供回水壓差控制水泵變頻運行，但無法按照空調(diào)系統(tǒng)負荷的變化而做出相應的水量變化，實際運行中存在“小溫差、大流量、低效率、高功耗”的工作狀態(tài)。優(yōu)化系統(tǒng)后增加了“溫差”控制參數(shù)，降低了冷凍水循環(huán)流量，節(jié)省大量的冷凍水泵電耗，并且對冷水機組的功率幾乎沒有影響。原系統(tǒng)中，冷卻水循環(huán)泵是定頻工況，本次改造增加了冷卻水泵變頻控制，以降低冷卻水泵電耗。試驗結(jié)果表明冷卻水變流量運行可以大大降低冷卻水泵能耗，對系統(tǒng)的整體節(jié)能貢獻不可忽視。冷水機組群控系統(tǒng)原理如圖2所示。

5.1 設備改造

對冷水機組群控系統(tǒng)所進行的設備改造如表1所示。

表1 系統(tǒng)改造設備

圖2 萬達廣場冷水機組群控系統(tǒng)原理

5.2 節(jié)能測試

冷水機組群控系統(tǒng)改造后，進行的節(jié)能對比測試如表2、表3、表4所示。測試說明2天內(nèi)交替運行測試，7月11日為原系統(tǒng)控制模式運行，7月12為群控系統(tǒng)控制模式運行。

表2 冷水機組群控系統(tǒng)對比測試（7月11日～12日）

表4 冷水機組群控系統(tǒng)對比測試（10月23日～24日）

原系統(tǒng)模式與群控系統(tǒng)模式節(jié)能對比如圖3所示。

圖3 冷水機組群控系統(tǒng)節(jié)能對比

5.3 測試結(jié)果

原系統(tǒng)在運行策略、系統(tǒng)參數(shù)設置等方面存在缺陷，無法實現(xiàn)冷站智能運行，需要操作人員進行遠程操作。改造后，在原系統(tǒng)基礎上增加了水溫傳感器、水流傳感器、室外溫濕度傳感器、電能表和配電柜等，組成控制系統(tǒng)，可系統(tǒng)地分析運行數(shù)據(jù)，從而準確控制水泵變頻、冷卻塔開啟等運行因素，實現(xiàn)自動化智能運行，節(jié)省運行能耗。

改造后冷水機組群控系統(tǒng)運行穩(wěn)定，功能指標達到設計技術要求。系統(tǒng)直觀，操作方便，具有較高的自動化程度。測試結(jié)果顯示采用冷水機組群控系統(tǒng)后，冷站綜合節(jié)能率達到20%，節(jié)能效果顯著。

6 結(jié)束語

1）有多臺冷機且空調(diào)負荷經(jīng)常變化的建筑，采用冷水機組機群控系統(tǒng)節(jié)能效果比較明顯。

2）要實現(xiàn)真正節(jié)能運行，首先要制定合理的運行方案和正確的控制策略。在實際運行中還要綜合考慮冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔的運行能耗。

3）通過群控系統(tǒng)改造發(fā)現(xiàn)，冷水機組群控系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試和后期服務對冷站正常運行起到關鍵作用。

【1】傅斌，趙煒，李海峰.多臺不同制冷量冷水機組并聯(lián)的節(jié)能運行方案及群控策略[J].制冷與空調(diào)，2008（8）：12-16.

【2】Shangguo W.空調(diào)與制冷技術手冊[M].李德英等，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2006：375-379.

【3】王丹.冷水機組群控策略[J].智能建筑與城市信息，2006（2）：47-48.

Research on the Group Control Policies of Parallel Chillers in the Shopping Mall

CAO Yan-bin
（Wanda Commercial Planning and Research Institutre Co., Ltd）

Application of group control technologies on chillers is advantage of the energy efficiency for the chilling station, and it will save the energy consumption of the buildings. With the group control policies, the chillers will run in turn, adapt loads automatically, and is benefit for the life of the chillers. In 2013, the innovation of group controlling chillers for WANDA Shopping Mall was processed, it shows that the 20% of energy efficiency rising is attribute to the group control policies in the chilling station.

group control policies；chilled water pump；cooling water pump；frequency-variable controller