冷热源群控解决方案

冷机群控方面的主要控制策略

 空调用电负荷是高层商业建筑中的耗能大户，其中空调冷源的耗能在整个空调系统能耗中占有相当的比例，一直都在采取各种技术措施改进冷水机组的性能，以至于这部分能耗己经有了明显的降低。本文以某项目为例，介绍冷机群控方面的主要控制策略。

关键词：冷机群控；控制策略；加减机

1 概述

本项目冷源共设置3台冷冻主机、4台冷冻水泵（变频）、5台冷却水泵、室外屋顶设置3台冷却塔。热源共设置2台真空热水锅炉，3台采暖循环泵（变频）。空调水系统采用一次泵变流量系统，以16层为界分高低区，夏季空调一次水供回水温度为6℃、12℃，冬季空调一次水供回水温度为60℃、50℃。高区在16层避难层设板式热交换器，经冷热交换后,夏季二次水供回水温度为7℃、13℃，冬季空调二次水供回水温度为55℃、45℃。依据所提供冷冻、冷却水图纸，对冷冻主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔及热水锅炉、热水循环泵、板式换热器等相关设备进行监控。

2 主要监控内容

本项目机房群控系统在冷冻机房设置系统主控制器及操作站。主要监控内容包括冷冻主机、冷冻水系统、空调供暖系统、冷却水系统、冷却塔、压差旁通系统的监控，由群控系统按每天预先编排的时间假日程序及室外温湿度情况来控制冷源热系统的启停和监视各设备的工作状态如下：

2.1 通过冷机自带的通讯接口，全面实现冷水机组内部参数的无缝读取，并能够提供功能完善的冷水机组的远程监测、设定、控制和保护。

2.2 空调热水、冷冻水供、回水温度、冷冻水回水流量监测。

2.3 冷却水供、回水温度监测。

2.4 供、回水压差测量及旁通阀控制。

2.5 最不利端压差监测。

2.6 冷却水泵、冷冻水泵、空调热水泵：启停控制，水泵手动/自动开关状态监测，水泵运行状态监测，水泵故障报警。

2.7 冷冻水泵、空调热水泵：变频调节控制及频率反馈。

2.8 冷却塔进水蝶阀的开关控制及阀位状态反馈。

2.9 冷却塔风机启停控制，风机手动/自动开关状态、运行状态、故障状态监测。

3 主要控制策略

3.1 时序控制，即冷源设备开机顺序，关机顺序：

3.1.1 冷源设备的开机顺序：冷却塔——冷却水泵——冷冻水泵——冷水机组。

3.1.2冷源设备的关机顺序：冷水机组——冷冻水泵——冷却水泵——冷却塔。

3.2 均等运行时间控制

群控系统对设备的运行时间有记录和积算功能，启动设备时为确保设备平均使用，系统判断使用时间数较少之设备会优先使用，防止固定使用同一台设备，使设备使用寿命缩短。

3.3 加减机判断控制

3.3.1 开机/停机（增机/减机）最佳时刻计算：根据计算的负荷需求表，计算出开机/关机的最佳时刻和开机数量。

冷热负荷Q的计算：Q=C*M*(T1-T2)

其中T1:回水温度，T2:出水温度，M:回水流量，C：水比热

通过设备时间优先控制，确定开机和增机的具体机组。

初启机时，启动的冷机的数量和类型由对应开启的区域叠加的冷负荷决定。

平稳运行后，首先考虑通过协议通讯调整每台冷水机组的输出来满足负荷变化要求，每台冷水机组在最佳效率一定范围内运行，如果动态调整运行冷水机组输出效率不能满足要求，才使用加减机的方式。

3.3.2 加机判断：通过读取机组内部参数——电流负载百分比，当负载处于最高限制负荷（95％可调），且持续一定时间（30Min可调），判断机组的冷冻水出水温度，若高于设定温度值（7℃可调），判断增加一台冷冻机组。

3.3.3 减机判断：通过读取机组内部参数——电流负载百分比，当机组负载低于某一设定值（40％～60％可调），且持续一定时间（30Min可调），判断需减少一台冷冻机组。所有增减机的运算，应尽量使每台冷水机组处在其最高效范围内运行。

总体流程如图1：

3.4　旁通阀控制

本项目为一次泵变流量系统，冷冻水旁通阀仅用于保证冷水机组的最小流量控制。即：仅一台冷水机组运行且只有一台冷冻水泵变频运行时，冷冻水泵在最小频率（30Hz）下运行，供回水压差仍大于设定值，为保证冷水机组的最小流量，开启并调节压差旁通阀的开度。

3.5　一次泵变频控制

一般项目中，均采用最不利端压差控制，进行冷冻水泵的变频调节。压差控制法，为了满足最不利末端回路负荷，给定压差往往较大，系统运行时水泵转速偏高，不利于节能。且由于给定压差恒定，不能随流量的变化而改变，也不利于节能。而单纯采用冷冻水供回水温差进行变频调节控制，存在控制滞后问题，对于负荷变化频率快的系统控制精度不高。串级控制法，综合了前两种控制法的优点，克服了其缺点，具有较好的节能效果。

3.6　冷却塔控制

冷却塔开启台数控制目标是冷却水出水温度Tecw，根据冷却水总管的出水温度，与出水温度设定值比较，当出水温度高于设定值，持续5分钟(可设定)，开启冷却塔。每2℃设置一个梯度，逐台开启冷却塔风扇。冷却塔的风扇采用轮流开启、自动排序、自动投入方式。

3.7　冷冻站整体控制

冷站整体控制的过程是典型的多因素非线性系统控制问题。

机房控制系统主要由以下五个个控制环节组成：

3.7.1　核心PID控制环节

3.7.2　冷机内部控制环节

3.2.3　冷却塔开启台数控制环节

3.7.4　冷冻泵频率的PID控制环节

3.7.5　冷机、冷却泵、冷冻泵、冷却塔的台数控制环节

由于五个控制环节之间互相会存在影响，某环节的输入参数受另一环节的输出参数影响，因此需要将各环节的控制时间步长错开，这样在不同时间尺度内相比，互相的影响就可以降低到最低程度，如果在相同时间尺度上控制，系统不免会出现震荡。因此，从时间尺度上将五个控制环节表示出来，如图2：

随着控制技术的发展，要实现冷冻机房最佳节能运行，从局部解决问题是不可能办到的，应需要通过群控技术，将各个控制子系统在物理上、逻辑上和功能上互连在一起，实现信息综合，资源共享，在一个计算机平台上进行集中控制和统一管理，才能实现集中空调全系统的协调运行和综合优化。对空调系统的各环节（包括冷冻主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机等）统一考虑，全面控制，使全系统协调运行，才能实现冷冻机房能效最优。