多臺冷水機組空調系統的優化控制

程 鎮，陳德祥，湯繼保，袁 哲，鄭榮波

（合肥通用機械研究院，安徽合肥 230031）

0 引言

隨著現代社會的快速發展，我國對空調的需求量也伴著建筑規模的不斷擴大而增加。對此，選用多臺冷水機組同時進行工作的方式才能夠最大程度滿足人們對空調的需求。但就多臺冷水機組系統本身而言，也存有一定局限性，因為多臺冷水機組是同時運行的，所以冷水機組運行所消耗的能量不僅是根據冷水機組自身的特點決定，還與部分負荷下冷水機組的負荷分配策略是緊密相連的。因此針對冷水機組類型選擇的時候，需要尋找負荷分配策略的最優方案，以期能夠最大化地提高多臺冷水機組空調系統整體的運行效率，使空調能耗降到最低，不斷減少能量的消耗。因此在分析研究的時候主要是選擇以兩臺相同容量并聯運行的冷水機組為例，同時通過比較分析差異化的負荷分配方案下冷水機組對于能量的消耗，以此確認最優的分配方案，不斷優化多臺冷水機組空調系統。

1 研究對象分析

本文對多臺冷水機組空調系統進行分析研究的時候，主要是以北京地區的某建筑物中的空調系統為主進行分析。由于這個建筑物的空調主要在夏季運行，也就是5 月～9 月這5 個月運行，運行的時間主要為2880 h，空調系統的縫負荷率的分布主要是如下表1 所示。由于這個建筑物的總冷負荷為1688 kW，本文在分析的時候主要是選擇兩臺規格相同的冷水機組進行闡述。由于這兩臺冷水機組主要是并聯運行，因此每臺冷水機組的負荷量為844 kW。

表1 北京地區某建筑物夏季空調負荷率分布

2 運行能耗分析

2.1 螺桿式冷水機組運行能耗分析。

螺桿式冷水機組空調的運行能耗分析，如果在運行過程中改變滑閥的位置，那么就可以實現螺桿式制冷壓縮機在10%～100%對螺桿式冷水機組的能量進行調節工作，并且由于螺桿式冷水機組的工作效率在30%～100%壓縮機的效率是比較高的，但是如果是 螺桿式壓縮機的范圍處于30%以下的時候，螺桿式壓縮機的工作效率就會不斷的下降。正是由于螺桿式壓縮機存在的局限性，致使一旦當空調系統想要采用兩臺同等容量的螺桿式冷水機組并聯工作之時，部分負荷狀態下的空調系統主要是有兩種負荷方案。

（1）方案1。當空調系統的負荷在50%以上的時候，冷水機組的主機叢機均衡負擔負荷，當空調系統的負荷小于50%的時候，空調系統的主機就會獨自承擔全部的空調負荷；

（2）方案2。當空調系統的負荷大于50%的時候，空調系統的主機就全負荷運行，叢冷水機組就補充不足的負荷，一旦空調系統的負荷在小于50%的時候，有空調系統承受全部的負荷。經過對方案1 和方案2 的空調能耗進行計算就會發現，使用方案1 空調系統運行的總能耗主要是為1.81×105kW·h。而使用方案2 的時候，空調系統運行的時候所消耗的總能耗達到了1.926×105kW·h。

通過對上述的兩種負荷分配方案進行分析研究就會發現，由于上面的這兩種負荷分配方案都是以50%為一個切換點，并據此選用不同的空調系統負荷分配控制方案的。針對兩臺容量相同的冷水機組組合系統而言，這兩種方案其實就是比較常用的控制方案。但是多臺冷水自己在運行的過程中，50%負荷作為冷水機組空調系統運行的部分負荷點并不一定是最好的切換點。經過相關研究證明，選擇繪制相應冷水機子的負荷比功率關系圖以確定最好的切換點是比較好的。這主要是由于繪制的圖形橫坐標表示系統負荷比，而縱坐標表示為系統比功率，即空調系統總耗功與空調系統總冷量間的比值。分析會發現，如果是空調系統的比功率是比較小的，那么空調系統的運行效率就會比較高的。而且從繪制的負荷比功率關系圖中就可以得知在各階段、各部分負荷狀態下空調系統效率的最大值。通過在不同的負荷區域改變空調系統的控制方式，讓空調系統能夠保持持續高效運行狀態，并且在運行的過程中不斷的減少能量的消耗。

以螺桿式冷水機組為例，進行分析，通過繪制冷水機組的負荷比功率圖，確定空調系統的部分負荷分配策略和措施，同時計算出空調系統運行的總能耗。主冷水機組主要負擔全部的負荷，若冷量不足時，從冷水機組就會承擔剩下的負荷。根據相關參數，可繪制出冷水機組的負荷比—比功率的關系（圖1）。

圖1 螺桿式冷水機組負荷比—比功率關系

在圖1 中主要是有兩條曲線，圖中曲線1主要是兩臺冷水機組平均的分擔空調系統的冷負擔，主要顯示的是在冷負荷控制方式下空調系統的負荷比與系統比兩者功率的關系；曲線2 則主要是主冷水機組負擔全部的負荷，如若主冷水機組冷量不足，則從冷水機組就承擔剩下的全部負荷，也就是空調系統的控制方式下的系統負荷比與系統比功率之家的關系。對圖1 進行分析就會發現，當空調系統的負荷處于30%以下之時，應選用主冷水機組來承擔全部負荷進行控制，一旦當空調系統處于30%～85%的時候，應該是讓兩臺冷水機組平均分擔空調系統的負荷，一旦空調系統的負荷比大于85%，就應讓主冷水機組為主滿負荷進行運行，從冷水機組為輔承擔余下負荷的控制方式。冷水機組空調系統實施這種負荷分配策略使得空調系統進行運行，這樣空調系統運行的總能耗就達到了1.65×105kW·h。將此與方案1 和方案2 進行對比就會發現，使用方案1 空調系統運行的總能耗主要是為1.81×105kW·h。而使用方案2 的時候，空調系統運行的時候所消耗的總能耗達到了1.926×105kW·h，與此相比，就會發現這種方案的能耗是比較低的，節電率與方案1相比就達到了9%，而與方案2 相比，這個方案的節電率達到了14%，是最優的負荷分配策略，能耗比較小，節電效果好。

2.2 活塞式冷水機組運行能耗分析。

分析研究時，為了比較方便，主要對使用了與螺旋式冷水機組相同負荷分配方案進行能耗分析。研究發現，使用方案1 活塞式冷水機組運行總能耗達到2.403×105kW·h，而使用方案2 活塞式冷水機組運行總能耗達到2.382×105kW·h?；钊嚼渌畽C組的負荷比—比功率的關系見圖2。

分析圖2 發現，當空調系統的負荷比小于25%時，為能承擔全部的負荷，應選用主冷水機組來進行控制；當空調系統的負荷比處于25%～50%時，應選用兩臺冷水機組來共同承擔全部負荷；當空調負荷比大于50%的時候，應選用主冷水機組為主進行滿負荷運行，從冷水機組為輔承擔剩下負荷的控制方式。使用這種方案，空調系統的總能耗達到了2.345×105kW·h。將方案1 和方案2 進行對比，方案1空調系統運行的總能耗是1.81×105kW·h。使用方案2 時，空調系統運行時的總能耗達到1.926×105kW·h。方案1 節電2.4%，方案2 節電1.6%。對比顯示，螺桿式冷水機組與活塞式冷水機組采用的負荷分配策略的節電率，前者明顯大于后者。

圖2 活塞式冷水機組負荷比—比功率關系

3 結論

分析多臺冷水機組空調系統的優化控制得出結論，螺桿式冷水機組的節電率比較高。