淺談一醫(yī)院機房能源改造設計

黃強

[摘要]本文結合作者的實踐工作，結合醫(yī)院機房能源改造設計，對其系統(tǒng)結構及控制策略展開一系列探討，供同行參考。

[關鍵詞]醫(yī)院機房能源；改造設計；控制策略

工程概況

該項目供熱原來由二臺油鍋爐負責，由于近三年油價的不穩(wěn)定，能耗費用較大；目前國內國際油價不穩(wěn)定，長遠趨勢來看，油價必然不斷攀升；為減少能耗費用和減排二氧化碳，業(yè)主要求對油鍋爐系統(tǒng)進行改造，結合項目現(xiàn)有的客觀條件，確定采用“熱泵空調、采暖、熱水三聯(lián)供系統(tǒng)”（附圖一）。因此對這三系統(tǒng)的控制策略好壞就直接影響到最后節(jié)能控制效果。

圖一

系統(tǒng)結構：

本系統(tǒng)采用集散型控制方式，即現(xiàn)場區(qū)域控制，計算機局域網(wǎng)通訊，最后進行集中監(jiān)視、管理的系統(tǒng)控制方式?？刂葡到y(tǒng)由中央管理工作站、現(xiàn)場控制器、傳感器、執(zhí)行器、通訊網(wǎng)絡等組成。系統(tǒng)采用開放式lonworks協(xié)議通訊網(wǎng)絡，每條總線的連接控制器節(jié)點數(shù)不超過64個，距離不超過1200米，以提高總線通訊質量，實現(xiàn)設備的點對點通訊，防止因主控制器或主CPU模塊塊出現(xiàn)故障而造成全系統(tǒng)癱患的事故發(fā)生。系統(tǒng)網(wǎng)絡支持多種網(wǎng)絡拓撲形式，如總線型，星型，環(huán)型等，適應復雜的現(xiàn)場環(huán)境，便于布線。

控制策略：

本系統(tǒng)控制策略的特點在于三系統(tǒng)都有彼此獨立的一套成熟的節(jié)能控制策略，但三系統(tǒng)協(xié)作起來工作，彼此獨立成熟的控制策略就不能互相完全兼容與協(xié)調運行。因此需要尋找一個變量，既容易測量又能聯(lián)動三系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運行。經(jīng)過對這三系統(tǒng)的內在的聯(lián)系，最后確定選擇以溫度作為系統(tǒng)之間聯(lián)系的控制橋梁，實現(xiàn)系統(tǒng)的自控依據(jù)（附圖二）。

圖二

夏季控制：

通過雙效機組利用網(wǎng)關集成技術，系統(tǒng)發(fā)出指令，雙效節(jié)能機組工作在制熱并回收冷負荷的工作工況。

熱水循環(huán)系統(tǒng)控制策略：

1、通過立式承壓罐1/2處溫度測量，當?shù)陀?7度（參數(shù)可根據(jù)運行可調）向系統(tǒng)發(fā)出啟動指令。

2、接受指令后，先開啟一臺雙效節(jié)能機組的兩側蝶閥（機組的啟動可根據(jù)運行時間自動輪換）、兩側的空調循環(huán)泵及一次側熱水循環(huán)泵，并監(jiān)控熱水側溫度，當達到50度（參數(shù)可根據(jù)運行可調），發(fā)出可啟動板換二次側水泵指令。

3、接受指令后，開啟二次側熱水循環(huán)泵，同時監(jiān)控二次側板換出水側溫度，以恒定53度出水，作為二次側熱水循環(huán)泵變頻運行依據(jù)。并監(jiān)測承壓罐3/4處溫度，若當溫度低于47度時，即熱水供應量跟不上使用量，即發(fā)出啟動另一臺雙效節(jié)能機組指令。

4、接受指令后，運行工況重復第2步，同時開啟二次側另一臺水泵（水泵運行可根據(jù)時間自動輪換），同樣以恒定53度出水作為此時兩臺二次側循環(huán)泵的變頻運行依據(jù)，并同時監(jiān)測承壓罐的3/4處溫度及板換二次側進水溫度。若3/4處溫度仍低于47度時，提前發(fā)出預動作指令（延時控制，并可根據(jù)運行可調）具體邏輯關系詳燃氣熱水循環(huán)系統(tǒng)控制策略。若板換二次側進水溫度也升高為53度時，發(fā)出停一臺雙效機組指令。

5、接受指令后，先關雙效機組，然后同時關板換兩次側熱水循環(huán)泵與雙效機組冷水側水泵，最后關雙效機組蝶閥。并同時繼續(xù)監(jiān)控板換二次側進水溫度與3/4處溫度，若3/4溫度低于設定溫度，重復第4步。若二次側進水溫度仍為53度時，延時（時間可根據(jù)運行可調）關閉另一套雙效節(jié)能機組。并同時監(jiān)控1/2處溫度，重復第1步過程。

6、此過程中通過讀取Lonwork網(wǎng)絡電表的讀數(shù)，與板換兩側的能量，可得出板換兩次側的能效及耗多少電量送到二次側的熱量的關系，作相關報表及趨勢圖。

雙效機組冷負荷回收控制策略：

1、啟動冷水循環(huán)泵后，監(jiān)視出水溫度，并調節(jié)水泵變頻運行以恒定出水溫度為7度。

2、此過程中通過讀取Lonwork網(wǎng)絡電表的水泵耗電量，與冷水冷量，可得出回收冷量與耗電量的能效比，并作相關報表與趨勢圖。

太陽能熱水循環(huán)泵控制策略：

1、監(jiān)視太陽板出水溫度與補水進水溫度，當太陽板出水溫度達到35度（參數(shù)可根據(jù)運行可調），并同時比較補水溫度，當溫差達到7度時（參數(shù)可根據(jù)運行可調）發(fā)出啟動指令。

2、啟動熱水循環(huán)泵（可根據(jù)運行時間自動輪換）及立式加熱罐，并監(jiān)視太陽板出水溫度與補水溫度，當溫差降低2度（參數(shù)可根據(jù)運行可調）發(fā)出停泵指令。

3、此過程中通過讀取Lonwork網(wǎng)絡電表相關耗電量，與立式罐兩側的熱量，可得出太陽能加熱能量與耗電量的能效比，并作相關報表與趨勢圖。

燃氣熱水循環(huán)控制策略：

1、接受到承壓罐預動作指令，并同時監(jiān)視立式加熱罐1/2處溫度，若1/2處溫度在47度（可根據(jù)運行可調）以上，則忽略此指令。若溫度低于47度，則發(fā)出啟 動指令。

2、接受指令后，開啟燃氣熱水爐，并同時打開立式加熱罐蝶閥與相關環(huán)路的進水蝶閥，開啟循環(huán)熱水泵與立式加熱罐水泵，監(jiān)視立式加熱罐出水溫度，恒定為53度供熱作為循環(huán)熱水泵的變頻依據(jù)。然后監(jiān)視立式加熱罐的二次側進出水溫度與流量，計算其需求熱水量，并作為依據(jù)啟動立式加熱罐的臺數(shù)。當二次側進水溫度為53度時，發(fā)出指令停燃氣熱水循環(huán)系統(tǒng)。

3、此工程中通過讀取Lonwork網(wǎng)絡電表的相關設備耗電量與燃氣計量表讀數(shù)及一次，二次側熱量，可得出燃氣循環(huán)系統(tǒng)的耗電與耗氣量與供水熱量之間的關系，并做出相關報表與趨勢圖。

總體趨勢監(jiān)控：

可通過Lonwork網(wǎng)絡電表讀取整套系統(tǒng)耗電量與補水側溫度與總供水側溫度及補水的流量及燃氣熱水爐耗氣量，得出總供熱量與相關資源的能源關系，作相關報表與趨勢圖，作為以后能源管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)依據(jù)。

冬季控制：

通過雙效機組利用網(wǎng)關集成技術，系統(tǒng)發(fā)出指令，雙效節(jié)能機組工作在制熱負荷的工作工況并連鎖關閉原空調冷源機組。系統(tǒng)發(fā)出指令打開燃氣爐一次側的3個環(huán)路相關的5個閥門，并開啟熱水爐，此處主要考慮雙效機組在冬季的節(jié)能利用效果不明顯，因此采用以燃氣熱水爐為主供方式。

熱水循環(huán)系統(tǒng)控制策略：

1、通過立式承壓罐1/2處溫度測量，當?shù)陀?7度（參數(shù)可根據(jù)運行可調）向系統(tǒng)發(fā)出啟動指令。

2、接受指令后，同步開啟板換兩側熱水循環(huán)水泵工頻運作對承壓水箱預熱，直至二次側進水溫度為53度（可根據(jù)運行可調）發(fā)出停泵指令。

3、此過程中通過讀取Lonwork網(wǎng)絡電表的讀數(shù)，與板換兩側的能量，可得出板換兩次側的能效及耗多少電量送到二次側的熱量的關系，作相關報表及趨勢圖。

太陽能熱水循環(huán)泵控制策略：

1、監(jiān)視太陽板出水溫度與補水進水溫度，當太陽板出水溫度達到35度（參數(shù)可根據(jù)運行可調），并同時比較補水溫度，當溫差達到7度時（參數(shù)可根據(jù)運行可調）發(fā)出啟動指令。

2、啟動熱水循環(huán)泵（可根據(jù)運行時間自動輪換）及立式加熱罐，并監(jiān)視太陽板出水溫度與補水溫度，當溫差降低2度（參數(shù)可根據(jù)運行可調）發(fā)出停泵指令。

3、此過程中通過讀取Lonwork網(wǎng)絡電表相關耗電量，與立式罐兩側的熱量，可得出太陽能加熱能量與耗電量的能效比，并作相關報表與趨勢圖。

燃氣熱水循環(huán)控制策略：

1、監(jiān)視立式加熱罐的1/2處溫度。若溫度低于47度，則發(fā)出啟動指令。

2、接受指令后，并同時開啟循環(huán)熱水泵與立式加熱罐水泵及相關蝶閥，監(jiān)視立式加熱罐出水溫度，恒定為53度 供熱作為循環(huán)熱水泵的變頻依據(jù)。然后監(jiān)視立式加熱罐的二次側進出水溫度與流量，計算其需求熱水量，并作為依據(jù)啟動立式加熱罐的臺數(shù)。當二次側進水溫度為53度時，發(fā)出指令停燃氣熱水循環(huán)泵。

3、此工程中通過讀取Lonwork網(wǎng)絡電表的相關設備耗電量與燃氣計量表讀數(shù)及一次，二次側熱量，可得出燃氣循環(huán)系統(tǒng)的耗電與耗氣量與供水熱量之間的關系，并做出相關報表與趨勢圖。

空調采暖熱水循環(huán)控制策略：

1、空調采暖管網(wǎng)的水泵運行根據(jù)滿足最不利點壓差實行變頻及臺數(shù)運作，并監(jiān)視其供水溫度，當?shù)陀?5度（參數(shù)可根據(jù)運行可調）時，發(fā)出啟動指令。

2、接受指令后，啟動一臺雙效機組，輔助加熱管網(wǎng)，若燃氣熱水爐出水溫度，仍低于設定值，則發(fā)出啟動另一臺雙效機組（運行可根據(jù)運行時間，自動輪換啟動），直至穩(wěn)定后，監(jiān)測空調管網(wǎng)的進出水溫度與流量，計算其需求熱量，并作為依據(jù)，自動卸載雙效節(jié)能機組，同時又重復第1步。