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冷水機(jī)組優(yōu)化控制及節(jié)能
監(jiān)控內(nèi)容
1. 冷機(jī)啟動(dòng) 當(dāng)室外溫度低于設(shè)定要求的時(shí)候，冷水機(jī)組停止運(yùn)行；當(dāng)室外溫度>設(shè)定點(diǎn)＋波動(dòng)范圍的時(shí)候制冷機(jī)組將重新啟動(dòng)來(lái)滿足空調(diào)的要求。按照目前節(jié)能要求設(shè)定點(diǎn)為26℃，波動(dòng)范圍3-5℃。
2. 機(jī)組群控 冷水機(jī)組群控需根據(jù)建筑所需冷負(fù)荷,機(jī)組瞬時(shí)功率, 機(jī)組運(yùn)行能效比瞬態(tài)值（COP）、機(jī)組運(yùn)行能效比累計(jì)值及差壓旁通閥開度，自動(dòng)調(diào)整冷水機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)，達(dá)到最佳節(jié)能目的。
冷水機(jī)組群控策略的目的是盡量讓冷水機(jī)組處于最高的效率下運(yùn)行。
冷機(jī)COP瞬態(tài)值可通過(guò)如下方法測(cè)得：
編號(hào) 物理量 符號(hào) 單位 測(cè)點(diǎn)位置 測(cè)量?jī)x器
1 冷機(jī)進(jìn)出口冷凍水水溫
℃ 冷機(jī)冷凍水干管進(jìn)出口 熱電偶或溫度自記儀
2 冷機(jī)冷凍水流量
m3/h 冷機(jī)冷凍水干管 超聲波流量計(jì)
3 冷機(jī)耗電量
kW 冷機(jī)配電柜 電功率計(jì)
通過(guò)如下計(jì)算公式即可得到冷機(jī)瞬態(tài)COP。
通常，選取以下兩種工況測(cè)量瞬態(tài)COP：
一、冷負(fù)荷最大的工況。如：出現(xiàn)室外氣溫達(dá)到最高值，人員負(fù)荷達(dá)到最高值等情況。
二、典型工況。如：室外氣溫接近當(dāng)?shù)刂评浼練鉁仄骄�，人員設(shè)備負(fù)荷處于正常狀態(tài)。
冷機(jī)群控策略是否節(jié)能，最終還需考察冷水機(jī)組的COP值。冷機(jī)群控要盡量使冷機(jī)的COP值最大，從而使冷機(jī)在能源使用率最高的狀態(tài)運(yùn)行。
運(yùn)行策略示例：
每增加新一組設(shè)備時(shí)，判斷冷量條件為計(jì)算冷量超出機(jī)組總標(biāo)準(zhǔn)冷量的15%，例如現(xiàn)在已經(jīng)開啟一組，而冷量要求超出冷水機(jī)組制冷量的15%，再延時(shí)20~30 分鐘后判斷負(fù)荷繼續(xù)增大時(shí)，即開啟新一組設(shè)備。
關(guān)閉一組設(shè)備的判斷冷量條件為計(jì)算冷量低于機(jī)組總標(biāo)準(zhǔn)冷量的90%，例如現(xiàn)在已經(jīng)開啟多組機(jī)組，且冷量在逐漸下降，在冷量要求低于正在運(yùn)行多組冷水機(jī)組的90% 以下，且延時(shí)20~30 分鐘后判斷冷量條件無(wú)變化，即關(guān)閉其中一組運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的冷水機(jī)組及附屬設(shè)備。
3. 最少運(yùn)行臺(tái)數(shù)法：由于冷水機(jī)組COP值最高的區(qū)域在70%-100%負(fù)荷，如下圖：
因此機(jī)組群控應(yīng)該盡量讓冷水機(jī)組在COP值最高的區(qū)域在70%-100%負(fù)荷內(nèi)運(yùn)行，盡量減少冷水機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)。
4. 機(jī)組聯(lián)鎖控制 啟動(dòng)：冷卻塔蝶閥開啟，開冷卻塔風(fēng)機(jī)，冷卻水蝶閥開啟，開冷卻水泵，冷凍水蝶閥開啟，開冷凍水泵，開冷水機(jī)組。停止：停冷水機(jī)組，關(guān)冷凍泵，關(guān)冷凍水蝶閥，關(guān)冷卻水泵，關(guān)冷卻水蝶閥，關(guān)冷卻塔風(fēng)機(jī)、蝶閥。
5. 提高冷凍水出水溫度的設(shè)定 冷凍水供水溫度的優(yōu)化控制用來(lái)優(yōu)化冷水機(jī)組和冷凍水分配系統(tǒng)的運(yùn)行，在滿足建筑冷負(fù)荷需要的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)制冷水機(jī)組和冷凍水泵能耗的最小。
當(dāng)冷凍水的供水溫度升高時(shí)，空調(diào)末端系統(tǒng)的傳熱效果將會(huì)惡化，因此需要更多的冷凍水量，冷凍水泵能耗將增加。當(dāng)冷凍水供水溫度降低時(shí)，末端的傳熱效果將會(huì)改善，因此需要較少的冷凍水量，但是隨著冷凍水量的減少，制冷水機(jī)組蒸發(fā)溫度及蒸發(fā)壓力也會(huì)降低，因此會(huì)增加制冷壓縮機(jī)的能耗，合理的優(yōu)化方法應(yīng)該使冷水機(jī)組和冷凍泵的總能耗最小。
在設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)冷凍水溫度因該在設(shè)計(jì)溫度7℃，但冷機(jī)運(yùn)行多數(shù)情況是在部分負(fù)荷。因此在部分負(fù)荷時(shí)冷凍水供水溫度不一定要在設(shè)計(jì)溫度，可以通過(guò)系統(tǒng)再設(shè)定適當(dāng)提高冷凍水供水溫度到7-9℃，通常情況可以節(jié)電5%-10%。
實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)依據(jù)不同項(xiàng)目的設(shè)備性能參數(shù)，建立冷水機(jī)組和冷凍水泵的能耗模型，通過(guò)求取能耗最小值，得到冷凍水供水溫度優(yōu)化設(shè)定值。
6. 冷凍水差壓控制：工藝一次泵系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng)都涉及冷凍水供回水壓差設(shè)定值的問(wèn)題，不同之處在于一次泵系統(tǒng)常用壓差設(shè)定值調(diào)節(jié)分集水器間的旁通閥開度，二次泵系統(tǒng)常用壓差設(shè)定值控制二次冷凍泵的運(yùn)行頻率。
壓差設(shè)定值的作用經(jīng)常被施工單位和調(diào)試人員所忽視，如果設(shè)置適當(dāng)，壓差控制系統(tǒng)或壓差旁通閥便形同虛設(shè)。從水力工況來(lái)分析，壓差設(shè)定值偏低，旁通閥容易打開，造成流經(jīng)末端的冷凍水流量較少，末端設(shè)備供冷不足，造成室內(nèi)環(huán)境溫濕度無(wú)法保證，而壓差設(shè)定值偏大，對(duì)于一次泵系統(tǒng)，旁通閥門旁通流量偏小，影響冷水機(jī)組正常所需運(yùn)行臺(tái)數(shù)的調(diào)節(jié)，增加空調(diào)系統(tǒng)冷水系統(tǒng)的電耗；對(duì)于二次泵系統(tǒng)，二次泵接近額定轉(zhuǎn)速而達(dá)不到節(jié)能目的。
7. 冷凍水變流量控制系統(tǒng) 目前的冷凍水系統(tǒng)中往往存在水泵選型過(guò)大問(wèn)題，工作點(diǎn)嚴(yán)重便宜，泵的效率只有40%-50%左右，造成的結(jié)果是功率偏大浪費(fèi)了大量的水泵能量。
水泵選型過(guò)大還會(huì)造成末端空調(diào)機(jī)組電動(dòng)調(diào)節(jié)閥兩端壓降過(guò)大，水泵的能量都白白消耗在閥門的壓降上，
同時(shí)還會(huì)造成空調(diào)機(jī)組電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)溫度時(shí)在很小的行程上工作，對(duì)末端設(shè)備的控制精度也會(huì)造成影響。
此外空調(diào)末端水量不足往往不是水泵功率不夠的原因，系統(tǒng)水力平衡做得不好會(huì)直接造成分末端水力不足。對(duì)于部分由于改造供冷面積荷增加的區(qū)域可以采用變頻加壓泵代替電動(dòng)調(diào)節(jié)閥起到調(diào)節(jié)作用。
目前能夠采取的措施一個(gè)是更換水泵，另一種方法就是通過(guò)水泵變頻控制減小能量浪費(fèi)。
冷凍泵的動(dòng)力消耗與流量的三次方成正比，比如當(dāng)冷凍水流量為額定流量70%時(shí)，泵的能源消耗為70%的三次方35%。泵的動(dòng)力消耗可以減少65%。
冷凍水側(cè)采用變流量控制系統(tǒng)，即采用變頻器控制冷凍水流量。使冷凍水流量隨系統(tǒng)變化，這樣避免了旁通流量產(chǎn)生的能量損失又可以保證系統(tǒng)壓差。
由于空調(diào)系統(tǒng)多數(shù)情況在部分負(fù)荷情況下運(yùn)行，因此采用變頻轉(zhuǎn)速控制，可以減少60%-75%的能源消耗。
變流量系統(tǒng)的壓差旁通閥只要保證冷凍機(jī)組蒸發(fā)器冷凍水最低流量就可以了，因此閥門口徑不用很大。
應(yīng)用變流量控制系統(tǒng)，保證冷凍機(jī)組蒸發(fā)器冷凍水最低流量非常重要，否則會(huì)破壞冷凍機(jī)的正常工作狀態(tài)甚至引起制冷機(jī)損壞。
8. 冷卻水溫度控制：冷卻塔是冷凍站的組成部分，功能是排除冷水機(jī)組冷凝器側(cè)的熱量，其性能的優(yōu)劣將直接影響冷水機(jī)組的能耗。
常規(guī)的冷卻塔控制方法是依據(jù)冷卻水回水溫度控制冷卻塔開啟臺(tái)數(shù)或風(fēng)機(jī)頻率，這是大部分空調(diào)冷卻水系統(tǒng)現(xiàn)行的控制方法。通過(guò)冷卻塔效率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可大致判斷冷卻塔的運(yùn)行效果。
冷卻塔冷卻效果的評(píng)價(jià)客觀而言，應(yīng)該利用冷卻塔出水溫度與室外濕球溫度的差值，也就是研究領(lǐng)域稱為的固定逼近度，運(yùn)行良好的冷卻塔的出水溫度應(yīng)該比室外濕球溫度高3℃ ~5℃。實(shí)際工程中可利用樓宇自控系統(tǒng)中已設(shè)置的室外溫濕度，計(jì)算室外濕球溫度，通過(guò)比較冷卻塔出水溫度和室外空氣濕球溫度來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冷卻塔運(yùn)行效果，冷卻塔控制策略可使用冷卻水回水溫度和室外濕球溫度的差值控制冷卻塔運(yùn)行臺(tái)數(shù)和風(fēng)機(jī)頻率。
對(duì)于單臺(tái)冷卻塔擁有多臺(tái)風(fēng)扇的情形，應(yīng)盡可能開啟所有風(fēng)扇以提高冷卻塔效率，例如對(duì)于一臺(tái)冷卻塔有4 臺(tái)風(fēng)扇，分高低速兩檔，調(diào)節(jié)過(guò)程應(yīng)該為1 低－ 2 低－ 3 低－4 低－ 1 高3 低－ 2 高2 低－ 3 高1 低－ 4 高。
9. 冷卻水進(jìn)水溫度優(yōu)化設(shè)定：對(duì)于冷水機(jī)組而言，冷卻水溫越低，冷水機(jī)組的冷凝壓力越低，所以在一定范圍內(nèi)盡量降低冷水機(jī)組冷卻人進(jìn)水溫度可以提高冷水機(jī)組效率。
但在冷卻水系統(tǒng)中，冷水機(jī)組和冷卻水泵、冷卻塔的性能在很大程度上是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的。較低的冷卻水供水溫度可以提高冷水機(jī)組的性能系數(shù)，進(jìn)而消耗較低的電能。然而較低的冷卻水供水溫度要求較大的冷卻水量和較大的風(fēng)量來(lái)增加冷凝器側(cè)的排熱能力，因而冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)將會(huì)消耗更多的電能。盡管較高的冷卻水供水溫度能夠節(jié)省冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的功耗，但它降低了冷凝器的傳熱效果。
為了獲得相同的空調(diào)冷負(fù)荷而需要冷水機(jī)組消耗更多的電能，因此冷卻水進(jìn)水溫度必須要優(yōu)化以減少冷水機(jī)組、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)的總功耗，使冷水機(jī)組、冷卻泵和冷卻塔總能耗最小。
10. 冷卻水變流量控制系統(tǒng)：當(dāng)工藝系統(tǒng)對(duì)冷凍水流量需求降低時(shí)，冷卻水流量需求也會(huì)降低。此時(shí)可以利用變頻器降低冷卻水泵頻率，從而降低系統(tǒng)能耗。
當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷降低時(shí)，可以采取降低冷卻水流量、降低冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、減少冷卻塔風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)，提高冷卻水進(jìn)水溫度多種方式降低能耗。
實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)依據(jù)不同項(xiàng)目的設(shè)備性能參數(shù)，建立冷水機(jī)組、冷卻塔和冷卻水泵的能耗模型，通過(guò)求取能耗最小值，采取相應(yīng)節(jié)能措施。
11. 主機(jī)系統(tǒng)問(wèn)題診斷：冷水機(jī)組蒸發(fā)溫度應(yīng)比冷凍水出水溫度低3-4℃，冷水機(jī)組冷卻水出水溫度應(yīng)比冷凝器溫度低2-4℃。如果超過(guò)這個(gè)數(shù)值，說(shuō)明蒸發(fā)器或冷凝器存在問(wèn)題應(yīng)及時(shí)清理。
12. 冷凍水和冷卻水恒溫差控制：當(dāng)冷凍水或冷卻水供回水溫度遠(yuǎn)小于5℃，冷凍泵或冷卻泵全功率運(yùn)行，存在大流量，小溫差問(wèn)題耗能問(wèn)題。水泵的能量被大量的浪費(fèi)。此時(shí)應(yīng)通過(guò)對(duì)冷凍冷卻水泵變頻控制減少在一定范圍內(nèi)減少水流量，或者通過(guò)提高冷凍水出水溫度加大冷卻塔換熱提高供回水溫差同時(shí)提高冷水機(jī)組效率。
冷水機(jī)組冷凍水供水溫度持續(xù)高于設(shè)定值或者冷凍水供回水溫度持續(xù)大于5℃時(shí)，說(shuō)明空調(diào)負(fù)荷已經(jīng)超出冷水機(jī)組最大負(fù)荷。需根據(jù)負(fù)荷計(jì)算判斷是否增加冷水機(jī)組運(yùn)行數(shù)量。
冷水機(jī)組冷卻水供回水溫度遠(yuǎn)大于5℃，應(yīng)減小冷卻塔風(fēng)機(jī)負(fù)荷或在一定范圍內(nèi)減少冷卻水水流量。
因此空調(diào)自控系統(tǒng)盡量采用冷凍水和冷卻水恒溫差控制。
13. 水泵保護(hù)控制：水泵啟動(dòng)后，水流開關(guān)檢測(cè)水流狀態(tài)，如故障則自動(dòng)停機(jī)水泵運(yùn)行時(shí)如發(fā)生故障，備用泵自動(dòng)投入運(yùn)行。
14. 冷凍水和冷卻水側(cè)旁通問(wèn)題：在工藝系統(tǒng)中，部分冷水機(jī)組停止運(yùn)行時(shí)，冷凍水和冷卻水依然流經(jīng)不運(yùn)行的冷水機(jī)組，很多建筑的空調(diào)系統(tǒng)中都存在此類問(wèn)題。在自控系統(tǒng)中可方便的設(shè)置一些電動(dòng)開關(guān)型水閥杜絕這些問(wèn)題，下面簡(jiǎn)要闡述旁通問(wèn)題導(dǎo)致的能耗浪費(fèi)現(xiàn)象。
以兩臺(tái)冷水機(jī)組和兩臺(tái)冷凍泵的一次泵系統(tǒng)為例，如果僅有一臺(tái)冷水機(jī)組和冷凍泵運(yùn)行，而冷凍水流經(jīng)未開啟冷水機(jī)組，則依據(jù)水力工況可知，流經(jīng)工作冷水機(jī)組的流量?jī)H為冷凍泵流量的一半，若按常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)冷凍水回水溫度為12℃，供水溫度為7℃，實(shí)際冷凍水總供水平均溫度僅為9.5℃。如果停止冷水機(jī)組水閥關(guān)閉，冷凍水沒(méi)有旁通，則達(dá)到同樣的空調(diào)輸送冷量，運(yùn)行冷水機(jī)組送水溫度可以提高2.5℃，水量達(dá)到額定水量，冷水機(jī)組COP 可提高7% 左右。如果旁通的冷水機(jī)組數(shù)量更多，則對(duì)運(yùn)行的空調(diào)系統(tǒng)能耗影響更大。
15. 機(jī)組定時(shí)啟�？刂疲焊鶕�(jù)事先排定的工作節(jié)假日作息時(shí)間表，定時(shí)啟停機(jī)組自動(dòng)統(tǒng)計(jì)機(jī)組各水泵、風(fēng)機(jī)的累計(jì)工作時(shí)間，提示定時(shí)維修。
16. 水箱補(bǔ)水控制：自動(dòng)控制進(jìn)水電磁閥的開啟與閉合，使膨脹水箱水位維持在允許范圍內(nèi)，水位超限進(jìn)行故障報(bào)警。
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