直供供冷系統流量和溫度波動的控制①

潘雷彬 徐佩榮

摘 要：本文對虹橋機場西區能源中心直供供冷系統中供水流量、回水溫度的變化關系進行了思考，并通過運行數據、實驗的驗證，尋找回水電動閥的最佳開度范圍，解決閥門頻繁動作等問題，最終實現供水流量波動與回水溫度之間的平衡，使得直供供冷系統供運行更穩定。

關鍵詞：能源中心 直供供冷 板交機房 盈虧管

中圖分類號：TU83 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0045-02

上海虹橋機場能源中心位于上海虹橋機場西航站樓北側約300 m，主要為虹橋西航站樓、南側酒店及預留部分（航站樓北側指廊、北側酒店）供冷和供熱。能源中心內供冷、供熱系統及配套電氣10 kV配電系統、服務對象的建筑面積共47.3萬m2，其中本期服務范圍的總建筑面積為38.8萬m2，規劃預留的服務范圍的總建筑面積為8.5萬m2。能源中心內的主體建筑包括冷凍機房、鍋爐房、蓄冷水罐以及地下儲油罐、地下管線等配套構筑物及共同溝管網。

能源中心供冷系統主體設備包括8臺約克冷水機組，8臺ITT冷凍一次泵以及6臺ITT變頻冷凍二次泵；蓄冷系統包括2座蓄冷水罐，5臺ITT蓄冷循環水泵；冷卻系統包括8臺組裝式兩聯體BAC冷卻塔，8臺ITT冷卻水泵。

能源中心主要是通過敷設于航站樓與能源中心之間地下共同溝內的供冷管網將低溫水輸送至末端航站樓的1～8號板交機房。

能源中心供冷系統簡圖如圖1所示，供冷系統配有2座蓄冷水罐，能夠在夜間低谷電價時段對其進行蓄冷，白天供冷時段則由蓄冷水罐直接向航站樓供冷，無需在電價高峰時段開啟冷凍機，這種削峰填谷的運行模式能夠大大減少電費成本，同時供冷系統采用直供模式，即不設置熱交換器，直接通過能源中心內的一次水泵、二次水泵和末端三次水泵將冷凍水構成循環，能夠減少熱交換的能量損失。

1 回水控制方式

1.1 設計方案

常規的日間供冷模式是由蓄冷水罐、二次泵與末端三次泵構成水循環，末端共有8個熱交換機房，供水流量由設在每個末端的回水電動閥控制，如圖2所示，為保障設定的回水溫度，回水電動閥會通過閥門開度大小調節旁通管的流量及走向，若回水高于設定溫度，回水電動閥將開度打開，更多的冷水通過旁通管與末端高溫水混合，降低混水溫度；若回水低于設定溫度，回水電動閥將開度減小，末端回水將通過旁通管與供水混合繼續供向三次泵。

在實際運行中我們發現，由于末端負荷不斷變化，為了滿足回水溫度的控制，各熱力交換站的閥門波動次數非常頻繁，如圖3所示，圓圈內曲線代表了閥門波動情況。

閥門波動頻繁導致閥門的使用壽命受到影響，運行至今已有閥門因為動作頻繁導致故障發生，另一方面也使得整個供水流量不停波動，流量在2000～4000 m3/h之間變化，導致二次水泵頻繁加減機，對系統的穩定運行不利。

1.2 流量波動控制

為了優化運行，我們設想通過控制每個熱力交換站內的回水電動閥開度范圍，減少閥門的波動次數，同時穩定供水流量，也就是將閥門的開度范圍由原先的0～100調整成適當范圍，由于閥門開度受到限制后，回水溫度的控制將會有一定的波動，如何設置最佳的開度范圍，使得回水溫度與供水流量的波動達到相對的平衡是研究的難點，由于每個板交都是獨立的一個控制系統，負責的供冷區域對溫度的要求也不同，我們只能對各板交進行模糊調整，再根據溫度反饋逐步進一步微調，總體目標是在保證各板交溫度在一定范圍內，回水總溫度能滿足運行的要求。詳細如圖4所示。

通過對8個板交機房回水電動閥開度的修改，經過一段時間的運行觀察，8個熱力交換站內的回水溫度基本都能保持在11.0 ℃～14.0 ℃之間，根據實際運行經驗結合冷凍機的運行效率，這樣的回水總溫度范圍能夠滿足日常運行的要求，如圖5所示，采集數據為連續運行時段的回水溫度數據。

在滿足回水溫度要求的同時，供水流量波動的情況，如圖6所示，通過設置了各板交回水閥門的開度范圍，供水流量現在2000～3500 m3/h之間波動，能夠解決水泵頻繁啟停機的問題，增加了系統的穩定性，數據為連續運行時段內的供水流量數據。

2 運行效果檢查

經過整個供冷季的運行，我們收集了完整的閥門開度的變化數據，以及相對應的板交回水溫度及總回水溫度的變化數據和供水流量數據，通過這些數據分析可以判斷各板交的閥門開度設置的合理性。

我們以供冷量最大的5#板交為例，閥門波動及溫度采集時間均為1 min，我們截取其中10天的數據作為分析之用，5#板交閥門的設置情況，如圖7所示，閥門開度在33%～55%之間來回動作。

具體的變化情況如圖8所示，根據負荷的變化引起回水溫度的變化，從而閥門動作，調整最后的混水溫度在一定范圍內波動。從溫度的變化情況可以看出，數據后期回水溫度較低（小于10 ℃），此時閥門應當減小開度，增加高溫回水參與總回水的混合，而由于閥門開度已到達下限，所以無法繼續做出反應，導致混水溫度不斷降低，同時我們可以看到回水最高溫度都沒有超過13.5 ℃，說明閥門的上限控制能夠很好的滿足運行的需要，所以我們提出建議，將5#板交的閥門開度下限調小，可以嘗試設置成25%后在運行過程中繼續觀察。

3 結語

我們希望通過改變回水控制方式，來實現供水流量波動與回水溫度之間的平衡，在此次供冷季中的嘗試摸索，初步解決了閥門動作頻繁，故障率高的問題以及供水流量不穩定，水泵頻繁啟停機的問題，但是對各板交的回水溫度控制上仍有所欠缺，這將作為下一階段的深化研究，最終形成一套適合虹橋西區能源中心供冷系統實際運行的控制模式。

參考文獻

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