中央空調(diào)主機系統(tǒng)節(jié)能在輪胎制造車間的應(yīng)用

蘇 亭 錢瑯瑛 劉 玲

（1.杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州310018；2.杭州環(huán)保成套工程有限公司，浙江 杭州310008）

1 項目介紹

杭州朝陽橡膠有限公司位于杭州下沙經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，占地面積28萬m2，目前是全國最大的全鋼子午線輪胎生產(chǎn)基地，在全國單產(chǎn)名列第一。公司的裁斷、成型和胎胚存放以及擴建區(qū)域?qū)銣睾銤癍h(huán)境的工藝要求：溫度（23±3）℃，濕度≤55%。空調(diào)服務(wù)建筑面積約140 000m2，設(shè)計采用離心水冷主機和組合式空氣處理機組終端的方式進(jìn)行制冷和加熱。主機水系統(tǒng)配置1#、2#、全鋼共3個制冷站，設(shè)備情況如表1所示。

表1 設(shè)備情況

目前主機采用一次泵定流量運行模式，擬采用一次泵變流量系統(tǒng)，達(dá)到節(jié)能運行的目的。

2 目前系統(tǒng)存在的問題

公司擁有國內(nèi)規(guī)模最大的全鋼子午輪胎生產(chǎn)線，工藝車間制冷面積大，熱負(fù)荷高，且輪胎生產(chǎn)工藝對溫濕度要求非常高，所以對中央空調(diào)夏季制冷除濕的控制要求需要非常精確。

公司中央空調(diào)系統(tǒng)系大型水系統(tǒng)中央空調(diào)，集中供冷，機組功率高，每年的能耗巨大，且常年運行易出現(xiàn)以下問題：（1）長輸送距離帶來了滯后性。由于輪胎工藝車間供冷面積大，能量輸送距離較長（均超100m），因而具有使用冷熱負(fù)荷變化大、熱惰性大、時滯性強的特點。當(dāng)末端負(fù)荷需求變化時無法及時滿足該需求。（2）冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機輸送能耗效率較低。電制冷離心冷水機組可根據(jù)負(fù)荷的變化自行加（減）載運行，但其冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機等設(shè)備在運行中無法根據(jù)熱負(fù)荷變化實時調(diào)整輸出功率，這就造成了離心冷水機組運行效率發(fā)生偏移。（3）系統(tǒng)分析、診斷、管理手段的缺乏。中央空調(diào)系統(tǒng)缺乏對能源中心實時運行狀況進(jìn)行檢測、分析、診斷、管理及對當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和備份的有效手段。

3 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能配置

為響應(yīng)國家“十一五”“十二五”節(jié)能減排號召，實現(xiàn)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)的發(fā)展目標(biāo)，在原有中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的基礎(chǔ)之上，分別對1#、2#、全鋼3個制冷站進(jìn)行節(jié)能改造（采用BKS600系列控制系統(tǒng)），最終企業(yè)能源節(jié)約取得明顯成效，能源利用效率得到明顯提高。其中，中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能配置如表2所示。

表2 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能配置

4 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制

4.1 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制原理

BKS600中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)全面采集影響中央空調(diào)系統(tǒng)運行的各種參數(shù)，傳送至系統(tǒng)控制中心模糊控制柜，模糊控制單元依據(jù)模糊推理規(guī)則及系統(tǒng)的歷史運行數(shù)據(jù)，推算出未來時刻系統(tǒng)所需要的冷量（或熱量）及系統(tǒng)的優(yōu)化運行參數(shù)，并利用變頻技術(shù)自動控制水泵的轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)空調(diào)水系統(tǒng)的循環(huán)管流量，保證中央空調(diào)主機轉(zhuǎn)換效率最高以及系統(tǒng)在各種負(fù)荷條件下均處于最佳工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)綜合優(yōu)化節(jié)能。中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制原理圖如圖1所示。

圖1 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制原理圖

4.2 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制效果

通過采用BKS600中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)，中央空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)了計算機自動化管理，完美解決了之前存在的問題，且水泵將長期工作在低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，啟、停均過渡平穩(wěn)，可大大減少對電網(wǎng)的沖擊和對電機的磨損，降低設(shè)備故障率，延長設(shè)備使用壽命，降低設(shè)備維修成本。

4.3 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制策略

4.3.1 冷凍水預(yù)期模糊控制策略

當(dāng)環(huán)境溫度、空調(diào)末端負(fù)荷發(fā)生變化時，各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量亦隨之變化，流量計、壓差傳感器和溫度傳感器將檢測到的這些參數(shù)經(jīng)現(xiàn)場模糊控制箱送至模糊控制柜；模糊控制柜內(nèi)模糊控制器依據(jù)所采集的實時數(shù)據(jù)及系統(tǒng)歷史運行數(shù)據(jù)，實時預(yù)測計算出末端空調(diào)負(fù)荷所需的冷量（或熱量），控制冷凍水泵轉(zhuǎn)速，改變其流量使冷凍水系統(tǒng)的供回水溫度、溫差、壓差和流量運行在模糊控制器給出的最優(yōu)值。

此控制策略可最大限度地規(guī)避中央空調(diào)水系統(tǒng)長距離輸送產(chǎn)生的滯后性，減少冷量（或熱量）輸送過程中造成的損失。冷凍水模糊控制建模流程如圖2所示。

圖2 冷凍水模糊控制建模流程圖

4.3.2 冷卻水預(yù)期模糊控制策略

當(dāng)環(huán)境溫度、空調(diào)末端負(fù)荷發(fā)生變化時，中央空調(diào)主機的負(fù)荷率將隨之變化，系統(tǒng)的最佳轉(zhuǎn)換效率也隨之變化。模糊控制器在動態(tài)預(yù)測控制冷媒循環(huán)的前提下，依據(jù)所采集的空調(diào)系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷史運行數(shù)據(jù)，計算出冷卻水最佳進(jìn)、出口溫度，并與檢測到的實際溫度進(jìn)行比較，根據(jù)其偏差值，動態(tài)調(diào)節(jié)冷卻水的流量和冷卻塔風(fēng)量，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率逼近不同負(fù)荷狀態(tài)下的最佳值，從而最大限度地降低中央空調(diào)系統(tǒng)的運載能耗。

利用冷卻水模糊控制策略，實現(xiàn)空調(diào)冷卻水溫度的自動尋優(yōu)，并據(jù)此調(diào)節(jié)冷卻水流量和冷卻塔風(fēng)量，使空調(diào)系統(tǒng)在任何負(fù)荷條件下都高效運行，實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)效率最佳。冷卻水模糊控制建模流程如圖3所示。

圖3 冷卻水模糊控制建模流程圖

4.3.3 主機群控技術(shù)控制策略

根據(jù)當(dāng)前負(fù)荷狀況和歷史記錄的中央空調(diào)主機效率負(fù)荷特性，選擇一種使中央空調(diào)主機負(fù)荷率最接近其高效率點的運行臺數(shù)組合，實現(xiàn)中央空調(diào)主機效率與負(fù)荷的大致匹配，保證中央空調(diào)主機盡可能在高效率狀態(tài)運行。

4.3.4 泵組優(yōu)選控制策略

以輸送能耗最低為目標(biāo)，根據(jù)所輸送流量的變化、泵組的具體構(gòu)成及其效率特性，通過模糊控制器中所建立的水泵優(yōu)選配置模型，得到在滿足流量及揚程前提下的最佳運行水泵臺數(shù)及其運行頻率，使泵組總功耗最低，實現(xiàn)泵組最佳節(jié)能。實際使用過程中泵組變頻控制柜實例圖如圖4所示。

圖4 泵組變頻控制柜實例圖

5 項目總結(jié)

（1）項目歷時半年，通過使用BKS600中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)取得了明顯的節(jié)能成效，經(jīng)測量，1#、2#、全鋼3個制冷站平均節(jié)電率為26.62%。（2）中央空調(diào)節(jié)能改造效果顯著，年節(jié)電約760萬k W·h，節(jié)約電費433.2萬元（每k W·h按0.57元計算），項目投資回收期約為一年半。（3）系統(tǒng)節(jié)能率測算方式為：定流量與變流量切換對比測量，即連續(xù)15天，工頻、變頻切換測量計算。節(jié)能量＝工頻總能耗量－變頻總能耗量；節(jié)能率＝節(jié)能量÷工頻總能耗量。（4）1#、2#、全鋼3個制冷站的設(shè)計能效比為6.27（一級能效），通過對中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，測量得出中央空調(diào)主機的實際能效比保證在6.0以上，既實現(xiàn)了中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，又使得中央空調(diào)主機運行在最佳效率范圍內(nèi)。（5）1#、2#、全鋼3個制冷站經(jīng)節(jié)能技術(shù)改造后計算得到的冷負(fù)荷滿足工藝要求，說明BKS600中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)在實現(xiàn)中央空調(diào)有效節(jié)能的基礎(chǔ)上，既能滿足末端輪胎生產(chǎn)工藝對溫濕度的要求，又能使中央空調(diào)設(shè)備安全穩(wěn)定地運行。

［1］李玉街，蔡小兵，郭林.中央空調(diào)系統(tǒng)模糊控制節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009

［2］GB/T26759—2011 中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能控制裝置技術(shù)規(guī)范［S］