丁才成 冯荷兰

【摘要】本文以武进水务大厦这幢5A级智能办公大楼为设计背景，进行冷水机组传统控制策略与优化设计控制策略的对比分析与研究，经过系统的单机、联机调试及试运行表明，设计的冷水机组节能控制系统运行安全、可靠、节能，控制方案合理。

一、工程概况

武进水务大厦由3台制冷机组组成，其中2台制冷量为1250KW的螺杆式制冷机型号为30XW和1台875KW的螺杆式制冷机型号为30HXC，2台流量为200t/h的冷冻水泵，1台流量为120t/h的冷冻水泵，2台流量为290t/h的冷却水泵，2台流量为180t/h的冷却水泵（一用一备），两台冷水补水泵组成。

二、传统的冷水机组控制策略

目前冷机的节能控制策略有2种方案，第一种采用回水温度法，第二种采用冷量控制法。

1、冷冻水回水温度法

采用冷冻水回水温度法进行冷水机组的台数控制适用于冷水机组设定出水温度的空调系统中，一般冷冻水出水温度设定在7℃，回水温度一般设定在12℃，不同的回水温度代表不同的冷量需求，根据冷量的需求进行冷水机组的台数控制。

理论上回水温度可以反映冷量的需求，但是对传感器的精度要求较高，目前精度最好的铂温度传感器精度在0.4℃，而冷冻水供回水温差一般在5℃左右，因此控制精度不可能很高，为防止冷机频繁启动，一般采用手动控制启停，自动监测运行状态，大大影响了冷机的节能效果[20]。

2、冷量控制法

冷量控制法就是根据冷冻水供回水温度差及流量可以计算出整个空调冷源系统总的冷量需求[21]，从而决定冷机的台数。供水温度T1、回水温度T2，供水流量Q如图3-1所示。

Q=41.868×L×（CPT2×T2-CPT1×T1） （2-1）

式中Q为空调所需的冷负荷，L为冷水机组的回水流量， T1为冷水机组的供水温度，T2为冷水机组的回水温度，CPT1：对应于T1时水的比热容， CPT2：对应于T2时水的比热容。

由公式可以知道当空调冷负荷增加时，回水温度T2上升，温差△T=（T2-T1）就会增加，因此Q值上升。当空调冷负荷需要减少，回水温度T2下降，温差△T=（T2-T1）就会降低，因此Q值下降。当系统进入稳态后，楼控系统实时计算冷负荷的需求，根據计算结果自动控制冷机的台数，从而达到节能的目的。

传统的冷机加载/卸载策略还有其它缺陷：1. 流量数值的精确度比较难保证，目前市场上流量计的种类很多，电磁式、涡轮式等等，其安装位置，安装方式、测量介质都有严格要求，任何的忽视都将使测量有偏差。其次，不少流量计允许满流量值可设置，其数值一般应该根据对应水泵的额定流量来确定，这里的误差已经非常大。再次，读到的流量值怎么判断正确与否，现场没有比对值。2. 在变水量系统中末端负荷的变化使流量变化波动较大，导致传统测量方式计算冷量波动较大，如果以这个参数作为冷机台数切换阈值，会导致冷机在切换点频繁启停，导致冷机设备损坏[22]。

三、优化设计的冷水机组控制策略

在武进水务大厦冷机节能控制采用CCN（Carrier Comfort Network）系统，CCN系统是开利公司使用的冷冻机组能源效率管理系统。该系统可以全面管理开利公司的冷水机组，同时能够无缝集成第三方控制系统[23]。CCN系统架构图如下图1所示。

图1 CCN系统架构示意图

（1）冷机加减载策略研究

a、冷机加载策略

1）当温度传感器所测的冷冻水供水温度高于当前的冷冻水供水温度设定点与一个可修改的温度偏差值之和；

2）已运行的冷机的平均负荷是否已接近100%（可修改）；

3）冷机出水水温的降低速度是否小于0.5F/min（可修改）；

4）一定的平稳运行延时是否已到 （可修改）；

当以上四条判据都符合时系统可以进入冷机加载模式；

图2 冷机加载策略流程图

冷机加载策略如上图2所示，例如当冷冻水供水温度设定值为7℃，设定偏差值为1℃，当供水温度检测值在9：00AM为9.5℃时，在9：01AM为9℃，降温速率小于0.5℃/min，目前冷机负荷已经达到95%，延时时间15min已到，这时满足冷机加载条件，将完成冷机加载动作。

b、冷机减载策略

1）目前运行的机组台数多于一台；

2）运行机组的平均负载小于某个设定值（一般为65%～69%）；

3）当温度传感器所测的冷冻水供水温度，小于当前的冷冻水供水温度设定点与一个可调整温度偏差值的0.6倍之和；

4）机组停机的延迟时间已经结束（延迟时间可以设定）；

当以上四条判据都符合时系统可以进入冷机减载模式。冷机减载策略图如下图3所示。

图3冷机减载策略流程图

例如当冷冻水供水温度设定值为7℃，设定偏差值为1℃，当供水温度检测值为7.2℃时（<7+1*0.6=7.6℃），目前冷机平均负荷已经降到58%，延时时间15min已到，这时满足冷机减载条件，将完成冷机减载动作。

下图为武进水务大厦7月份的某天冷水机组的运行加减载情况分析图，从中我们可以看到，绿色线是一台制冷机组的运行时段，粉色线是第二台制冷机组的运行时段，黄色线是第三台制冷机组的运行时段，紫色线是制冷机组出水温度设定值，红色线是制冷机组实际出水温度。

机组从7：00AM启动，1#冷机投入运行，出水温度持续在设定与偏差值的和之上，延时20min后，进入冷机加载程序模式，在7：32AM 2#冷机投入运行，此时出水温度依旧持续在设定与偏差值的和之上，在9：12AM 3#冷机投入运行，在19：46PM，，出水温度持续在设定与偏差值的0.6倍以下，持续20min后在20：06min 3#冷机停机，在21：50PM 2#冷机停机，在23：30min 1#冷机停机。

四、项目运行效果及结束语

从下图可见，由于武进水务大厦采用CCN冷机群控系统后使冷机的冷冻水出水温度始终保持在设定值允许工程偏差范围内波动，达到了比较好的控制精度，也说明了这个冷机加卸载控制策略比较合理，既避免冷机的频繁启停，又适时的实现冷机加卸载。

图4武进水务大厦某天冷机减载情况分析图