機(jī)房群控系統(tǒng)概要
建筑空調(diào)系統(tǒng)最大負(fù)荷輸出是由最不利環(huán)境條件所決定，在最不利環(huán)境條件下空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最大負(fù)荷運(yùn)行。對(duì)于商業(yè)綜合體項(xiàng)目，空調(diào)系統(tǒng)在92%的時(shí)間內(nèi)都在70%負(fù)荷以下波動(dòng)運(yùn)行，如下圖為某商業(yè)綜合體空調(diào)負(fù)荷頻率分布：
過去的幾十年，新建項(xiàng)目的中央空調(diào)系統(tǒng)大多重建設(shè)輕運(yùn)維，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的控制基本上只有冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔等設(shè)備的啟停邏輯。這其中的原因有很多，比如為了降低建設(shè)成本、縮減建設(shè)周期、沒有群控相關(guān)的技術(shù)支撐、沒有利益上的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力、運(yùn)維人員技術(shù)水平欠缺等等。
目前國(guó)內(nèi)成熟運(yùn)行的機(jī)房群控系統(tǒng)比較少，多數(shù)項(xiàng)目的空調(diào)系統(tǒng)為追求運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，采取的控制方式較為簡(jiǎn)單，如水泵長(zhǎng)期定頻運(yùn)行，或者只進(jìn)行水系統(tǒng)變頻控制，未能對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行能耗的優(yōu)化。
機(jī)房群控系統(tǒng)的基本架構(gòu)是以制冷主機(jī)為基礎(chǔ)，包括空調(diào)系統(tǒng)閥門、冷水泵、冷卻水泵、冷卻塔和補(bǔ)水定壓、水處理設(shè)備等。根據(jù)平衡建筑冷負(fù)荷所需要輸出的冷量對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全局控制，以達(dá)到節(jié)約能源的目的。
機(jī)房群控系統(tǒng)的最基本功能是根據(jù)設(shè)定的加、減機(jī)條件和系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)對(duì)冷水機(jī)組自動(dòng)執(zhí)行加、減載控制，并根據(jù)設(shè)備分組對(duì)水泵、冷卻塔等設(shè)備進(jìn)行聯(lián)鎖啟、停或變頻運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能高效和延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命的目的。同時(shí)，機(jī)房群控不僅要考慮冷水機(jī)組的能耗，還要考慮其附屬設(shè)備如冷卻塔、冷水泵、冷卻水泵的能耗。
機(jī)房群控系統(tǒng)的核心是群控策略，也就是控制邏輯。依據(jù)建筑物的空調(diào)負(fù)荷需求，自動(dòng)調(diào)節(jié)優(yōu)化控制多臺(tái)冷水機(jī)組及相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行，使機(jī)組制冷能力與系統(tǒng)負(fù)荷相匹配。群控系統(tǒng)需要在主機(jī)輸送給末端的冷量不足時(shí)進(jìn)行加機(jī)，冷機(jī)負(fù)載率較低時(shí)進(jìn)行減機(jī)，目的是盡可能減少電量消耗的同時(shí)為末端提供足夠的冷量。
機(jī)房群控系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象
機(jī)房群控系統(tǒng)主要監(jiān)控對(duì)象包括冷水機(jī)組監(jiān)控、冷水系統(tǒng)監(jiān)控、冷卻水系統(tǒng)監(jiān)控、電動(dòng)閥門和補(bǔ)水壓設(shè)備的監(jiān)控。
1、冷水機(jī)組監(jiān)控
3）冷水機(jī)組具有流量過小保護(hù)控制功能，當(dāng)冷機(jī)變流量工作時(shí)，流量低于冷水機(jī)組允許值時(shí)，啟動(dòng)冷機(jī)保護(hù)及控制功能。
2、冷水系統(tǒng)監(jiān)控
6）冷水泵運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障，自動(dòng)停泵，備用泵自動(dòng)投入使用的監(jiān)控;
6）冷卻水泵運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障，自動(dòng)停泵，備用泵自動(dòng)投入使用的監(jiān)控。
4、電動(dòng)閥門和補(bǔ)水定壓設(shè)備監(jiān)控
5）對(duì)水處理器、自動(dòng)加藥裝置的監(jiān)控。
判斷冷源冷量是否滿足末端需求一般有兩種方式：
當(dāng)冷源輸出冷量不足時(shí)，冷凍水溫度會(huì)逐漸升高超過冷水回水溫度設(shè)計(jì)值，此時(shí)進(jìn)入加載冷機(jī)程序。
冷量?jī)?yōu)先的控制方式
根據(jù)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)冷機(jī)臺(tái)數(shù)控制采用冷量?jī)?yōu)先的控制方式：
3）監(jiān)控冷水機(jī)組壓縮機(jī)實(shí)時(shí)電流，利用實(shí)時(shí)電流與額定電流比值來測(cè)算機(jī)組實(shí)際出力，由于對(duì)壓縮機(jī)電流進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控，也對(duì)機(jī)組有了很好的保護(hù)、壓縮機(jī)的電流占額定電流百分比是冷水機(jī)組的重要參數(shù)，一般都回在機(jī)組的控制屏幕上顯示，這種控制方式目前應(yīng)用得最多。
業(yè)內(nèi)被廣泛使用的美國(guó)ASHRAE制冷機(jī)房能效分級(jí)
冷水機(jī)組起動(dòng)順序：開（加）機(jī)指令---制冷機(jī)組冷凝器側(cè)電動(dòng)蝶閥打開---對(duì)應(yīng)冷卻水泵啟動(dòng)---冷卻塔按程序投入運(yùn)行---冷凝器側(cè)水流狀態(tài)確認(rèn)---制冷機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)電動(dòng)蝶閥打開---對(duì)應(yīng)冷水循環(huán)泵打開---蒸發(fā)器側(cè)水流狀態(tài)確認(rèn)---制冷主機(jī)開啟 。
冷水機(jī)組停機(jī)順序：關(guān)（減）機(jī)指令---制冷主機(jī)卸載至關(guān)閉---延時(shí)10分鐘（時(shí)間一般能根據(jù)項(xiàng)目情況調(diào)整）對(duì)應(yīng)冷水循環(huán)泵關(guān)停---制冷機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)電動(dòng)蝶閥關(guān)閉---對(duì)應(yīng)冷卻水泵關(guān)停---冷卻塔關(guān)閉---制冷機(jī)組冷凝側(cè)電動(dòng)蝶閥關(guān)閉。
1、加載冷機(jī)流程：
1）已經(jīng)運(yùn)行的機(jī)組有充足的時(shí)間由負(fù)載0%至接近負(fù)載100%。開式啟動(dòng)新的冷水機(jī)組→新冷水機(jī)組啟動(dòng)的延遲時(shí)間已經(jīng)結(jié)束（延遲時(shí)間可以設(shè)定）→新冷水機(jī)組禁止運(yùn)行的命令未激活→新冷水機(jī)組沒有處于出錯(cuò)、斜坡加載或處于斷電重起階段→新加載冷水機(jī)組立即啟動(dòng)。
2、減載冷機(jī)流程
1）目前運(yùn)行的機(jī)組臺(tái)數(shù)多于一臺(tái)。
2）在運(yùn)行機(jī)組的平均負(fù)載小于設(shè)定值。
3）當(dāng)主機(jī)內(nèi)的溫度傳感器所測(cè)的冷水供水溫度低于當(dāng)前的冷水供水溫度設(shè)定點(diǎn)與設(shè)定的允許溫度偏差值的0.6倍相加后的所得值。機(jī)組停機(jī)的延遲時(shí)問已經(jīng)結(jié)束(延遲時(shí)間可以設(shè)定) →達(dá)到以上1~3的條件→機(jī)組馬上停機(jī)。
這種方式可以提高冷源系統(tǒng)的整體能效(COP)，因?yàn)槔渌畽C(jī)組在同一冷卻水溫條件下，單臺(tái)冷機(jī)接近滿負(fù)荷時(shí)認(rèn)為COP值是最高的（并無絕對(duì)，不同品牌的設(shè)備可能情況不一樣，這個(gè)最高效率點(diǎn)需冷機(jī)廠家提供）。
一般情況下，獲得較低的冷卻水溫度可以使冷機(jī)獲得更到的能效比，因此對(duì)于冷卻塔變頻風(fēng)機(jī)，在冷卻塔出水溫度達(dá)到冷水機(jī)組冷卻水最低允許溫度之后，冷卻塔風(fēng)機(jī)才開始調(diào)速，以確保冷卻塔出水溫度不低于最低允許溫度。
同時(shí)，在系統(tǒng)冷凍水供水溫度遠(yuǎn)離其設(shè)定點(diǎn)時(shí)，軟啟動(dòng)模式能夠防止系統(tǒng)冷量過量輸出，造成能源浪費(fèi)。
例如，系統(tǒng)夜間停機(jī)，早上系統(tǒng)開機(jī)時(shí)，冷凍水管中的滯留水溫較高，群控系統(tǒng)可能會(huì)錯(cuò)誤地計(jì)算出高于實(shí)際需求的系統(tǒng)冷負(fù)荷。軟啟動(dòng)功能可確保冷水機(jī)房緩慢的加載，防止過快地產(chǎn)生過多冷量。（當(dāng)然，對(duì)于需要空調(diào)區(qū)快速制冷的系統(tǒng)，則可考慮主機(jī)全開滿載輸出冷量，將空調(diào)水系統(tǒng)溫度迅速降下來，以達(dá)到空調(diào)末端最短時(shí)間進(jìn)入設(shè)計(jì)工況，達(dá)到最大出力的狀態(tài)）軟啟動(dòng)的機(jī)制是控制冷機(jī)的電流。在軟啟動(dòng)模式下，冷機(jī)非滿載啟動(dòng)（具體負(fù)載率根據(jù)冷機(jī)性能由廠家給出），直到有一個(gè)加機(jī)要求冷凍機(jī)才被允許運(yùn)轉(zhuǎn)于滿載狀態(tài)。
在加載冷機(jī)時(shí)采用“軟啟動(dòng)”模式，中央冷源監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)在收到加機(jī)信號(hào)后，首先對(duì)已運(yùn)行主機(jī)進(jìn)行降低負(fù)載率運(yùn)行，然后啟動(dòng)下一臺(tái)制冷主機(jī)，最后將多臺(tái)制冷主機(jī)同時(shí)加大運(yùn)行工況。
在減載冷機(jī)時(shí)采用“軟關(guān)機(jī)”模式，中央冷源監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)在收到減機(jī)信號(hào)后，首先降低多臺(tái)制冷主機(jī)的負(fù)載率，然后停止列入減機(jī)序列的制冷主機(jī)。
在軟啟動(dòng)模式下的加機(jī)算法與正常模式下的不同。在軟啟動(dòng)模式，冷水機(jī)房群控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)回水溫度，如果這個(gè)溫度下降的速率不夠快，這就意味著需要更多冷量。冷水機(jī)房群控持續(xù)檢測(cè)每分鐘回水溫度的變化，如果變化率不大于操作人員的輸入值，加機(jī)定時(shí)器開始工作。
群控注意事項(xiàng)
1）群控系統(tǒng)應(yīng)提供軟開機(jī)功能，加載新的冷機(jī)時(shí)，系統(tǒng)可將當(dāng)前運(yùn)行冷水機(jī)組的負(fù)荷降低到50%，這樣可以減小新開冷水機(jī)組對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)新開冷水機(jī)組可以較快的運(yùn)行到高效工作區(qū)域。
2）運(yùn)維人員可以設(shè)定冷水總供水溫度，或可以依據(jù)室外溫度來自動(dòng)微調(diào)供水溫度，比如當(dāng)時(shí)室內(nèi)環(huán)境對(duì)除濕要求不高時(shí)，可以適當(dāng)提高冷水溫度，可以提高系統(tǒng)整體運(yùn)行能效，達(dá)到節(jié)能的目的。 3）一般而言，冷機(jī)運(yùn)行在70%～100%負(fù)荷率時(shí)，冷機(jī)能效比可以維持在較高水平，因此在已開啟冷機(jī)平均負(fù)荷率較高時(shí)進(jìn)行加機(jī)，此時(shí)加機(jī)能明顯提高冷水機(jī)組能效比、減少耗電量。
4）冷水機(jī)組在運(yùn)行過程中如發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)投入待命冷水機(jī)組。已發(fā)生故障的冷水機(jī)會(huì)被鎖定停機(jī)，直到該冷水機(jī)組故障被排除后，運(yùn)維管理人員在監(jiān)控電腦上確認(rèn)后，該冷水機(jī)組才會(huì)加入以后的加減載隊(duì)列。
5）系統(tǒng)應(yīng)設(shè)定待加載的冷水機(jī)組在啟動(dòng)前會(huì)確認(rèn)是否有足夠的冷水、冷卻水流量，及同時(shí)冷水機(jī)組自檢是否通過，條件滿足才會(huì)最終開啟壓縮機(jī)。
6）互為備用的冷水泵組、冷卻水泵組，根據(jù)“均等運(yùn)行時(shí)間”的原則順序啟停各臺(tái)水泵。部分負(fù)荷時(shí)，多臺(tái)同容量的冷水機(jī)組，根據(jù)“均等運(yùn)行時(shí)間”的原則順序啟停各臺(tái)冷機(jī)。
分享幾種冷機(jī)加減載方式
3）自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的冷機(jī)數(shù)量≥1臺(tái)。由于中央空調(diào)系統(tǒng)具有大滯后、高耦合的特性，為避免冷水機(jī)組頻繁啟停，在此基礎(chǔ)上設(shè)定一個(gè)加、減機(jī)請(qǐng)求保持時(shí)間（15～30min）的條件。 其中，開機(jī)時(shí)間段和關(guān)閉冷凍泵時(shí)間段可通過時(shí)段管理平臺(tái)設(shè)置，首臺(tái)開機(jī)與末臺(tái)減機(jī)均根據(jù)已啟動(dòng)（手動(dòng)和自動(dòng)）冷機(jī)數(shù)量進(jìn)行判斷。
2、群控策略二
1）冷機(jī)加載條件：摘自《杭州某產(chǎn)業(yè)園空調(diào)冷源群控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》 建筑熱能通風(fēng)空調(diào) 蒯標(biāo)
冷機(jī)減機(jī)條件：當(dāng)出現(xiàn)冷水池液位低時(shí)，則依次關(guān)閉所有設(shè)備；當(dāng)出現(xiàn)某個(gè)供液泵過流或變頻器報(bào)警時(shí)，則立即停止相應(yīng)的設(shè)備。
每臺(tái)機(jī)組對(duì)應(yīng)一套比例-積分-微分（PID）調(diào)節(jié)功能。通過可編程邏輯控制器實(shí)時(shí)采集機(jī)組冷凍水出水溫度，不斷與目標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，由節(jié)能控制系統(tǒng)計(jì)算后，對(duì)冷水機(jī)組控制器發(fā)出指令，進(jìn)而控制壓縮機(jī)的變頻調(diào)節(jié)。
實(shí)時(shí)采集冷水機(jī)組的啟停信息，進(jìn)而判斷相應(yīng)機(jī)組冷媒水泵的啟停和冷卻水調(diào)節(jié)閥的供電，實(shí)現(xiàn)機(jī)組開啟則相應(yīng)輔助設(shè)備自動(dòng)開啟的功能。機(jī)組冷水泵采用變頻控制，通過冷凍水供回水溫差△T1與目標(biāo)值△T2 值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合流量可調(diào)范圍來實(shí)現(xiàn)變流量調(diào)節(jié)；機(jī)組冷卻水，通過供回水溫差△T3 與目標(biāo)值△T4值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合流量可調(diào)范圍來實(shí)現(xiàn)變流量調(diào)節(jié)。
一般情況下，冷機(jī)高效區(qū)負(fù)荷率為75~100%。因此，控制系統(tǒng)采集當(dāng)前冷水機(jī)組進(jìn)出水溫度和流量信息（或者壓差信息），計(jì)算系統(tǒng)負(fù)荷率和單機(jī)負(fù)荷率，進(jìn)行加檔和降檔程序，盡量使壓縮機(jī)工作維持75%負(fù)載率以上運(yùn)轉(zhuǎn)。
加檔程序：當(dāng)出水溫度大于設(shè)定值，持續(xù)時(shí)間5min（可根據(jù)項(xiàng)目情況設(shè)定）并且已運(yùn)行的機(jī)組的負(fù)載率都持續(xù)大于95%（可根據(jù)項(xiàng)目情況設(shè)定）時(shí)，進(jìn)行加檔程序。
降檔程序：當(dāng)出水溫度小于設(shè)定值，持續(xù)時(shí)間5min（可根據(jù)項(xiàng)目情況設(shè)定）并且已運(yùn)行的機(jī)組的負(fù)載率都持續(xù)小于75%（可調(diào)整）時(shí)，進(jìn)行減檔程序。
系統(tǒng)加減檔的檔位設(shè)計(jì)，考慮實(shí)際運(yùn)行中，末端負(fù)荷的大小是實(shí)時(shí)變化的，因此系統(tǒng)需要頻繁切換運(yùn)行檔位，而在切換過程中各設(shè)備加載需要一定的響應(yīng)時(shí)間，所以在檔位設(shè)計(jì)時(shí)為系統(tǒng)負(fù)荷切換觸發(fā)值留下一定裕量，使相鄰兩檔的系統(tǒng)負(fù)荷存在5%的重合區(qū)間。
摘自《工業(yè)冷凍水集群控制系統(tǒng)新型節(jié)能策略研究》 制冷技術(shù) 張歡
