基于冷水機組優化控制的節能控制策略

張璐

摘 要：隨著社會經濟的不斷發展和人民生活水平的提高，空調系統在當前人們日常生活中的應用越來越廣泛，極大地便利了人們的生活，提高了人們的生活質量，但是空調系統大量的能耗也帶來了較嚴重的環境壓力。本文主要針對冷水機組優化控制的節能控制策略進行探究，指出空調節能減排的相關對策，希望能為空調系統的環保應用提供一定的參考。

關鍵詞：冷水機組;優化控制;節能措施

1 前言

根據相關調查研究表明，空調系統所做消耗的能源資源占有整體建筑物消耗的一半以上，冷水機組的能耗又是空調系統能耗的最主要的來源，控制冷水機組的能耗能夠有效減少空調系統的整體功耗，提高空調系統的節能效率。因此，要加強對冷水機組優化控制的研究，明確冷水機組的控制策略，減少冷水機組的能耗，實現空調系統的節能減排。

2 冷水機組的控制與管理方法

2.1 回水溫度控制管理法

通過研究可以發現，空調冷負荷在一定程度上可以由回水溫度進行反應，通過控制回水溫度能夠控制冷水機組的加載和卸載流程，從而實現能源資源的節約。測量冷凍水回水溫度，冷凍水回水溫度的值大于或者等于設定值時，需要加載一臺冷水機組，如果冷凍水回水溫度值小于最低設定值并且維持一定時間時，則需要卸載一臺冷水機組。為了使得冷水機組在控制過程中能夠保持一定的冷凍水流量，在降低空調負荷時需要開啟旁通閥，將出水溫度與回水溫度混合，使得總的回水溫度下降。但是混合之后的總的溫度并不是回水溫度的現實的反映，因此，工作人員不能以混合之后的總的溫度作為控制的依據。[1]

2.2 負荷控制法

工作人員通過測量冷凍水總管的供水流量和供水溫度獲得流量信號以及溫度差，然后根據熱力學公式進行實際冷負荷的計算，能夠得到冷負荷，將之與冷水機組的額定制冷量進行比較，并設定多級負荷設定值，從而可以控制冷水機組的臺數。在一定周期內將計算所得的冷負荷與設定值進行比較，當實際冷負荷要小于設定值時，需要減少機組的運行，當大于設定值時，則需要適當的增加機組的運行，以起到節能減排的效果。[2]

3 冷水機組與負荷關系分析

制冷機組按照能效比的高低分類可以將之分為離心式、活塞式、螺桿式以及吸收式四大類，工作人員需要結合單機制冷量的范圍合理的選擇制冷水機組。通常情況下，當制冷量需求大于一千千瓦時，需要選擇離心式的制冷機組，制冷量小于一千千瓦時，則可以選擇螺桿式和離心式聯合使用的機組。對于制冷量相對比較大的空調系統，最適合選擇離心式的制冷機組，具有明顯的制冷優勢。冷水機組性能指數指的是制冷水機組在額定工況下制冷量與輸入功率的比值，通常不會在滿負荷運載時出現冷水機組最高的性能指數。冷水機組性能指數往往在部分負載時出現。在對某離心式制冷機組進行測試的過程中，將出水溫度控制在六攝氏度時，冷凍水的流量保持一致，冷凍水回水溫度的改變會引起負荷的變化，為后續的比較測試提供了數據參考。負荷率與電機的輸入功率基本上呈線性關系，也就是說當冷水機組的負荷從高負荷向低負荷改變時，可以看成為線性關系進行遞減。然后，測試冷水機組性能指數與負荷率之間的關系可以發現，較高的冷水機組性能指數出現在額定負荷為70%左右的負荷端，所以要想在最佳的冷水機組負荷指數范圍內運行空調系統，需要將機組的負荷分攤到額定負荷的70%。在進行空調系統安裝與設計的過程中，通常根據最大的計算冷負荷來進行冷水機組的選擇與測試，但是在實際運行的過程中，以最大負荷進行空調運行的工況的時間頻率是相對比較少的。由此可見，建筑物的冷負荷大多集中在額定功率的50%的負荷區域。[3]

另外，空調負荷還具有時間幀數的特點，處于部分負荷的運行時間占絕大多數的時間。在實際空調系統的設計過程中，可以安裝多臺冷水機組，通過群體控制的策略進行冷水機組的整體調整，減少冷水機組的運行臺數，以滿足負荷減少條件下的空調系統運行需求，使得冷水機組能夠始終處于比較高的負荷點進行運行，并盡可能的使得冷水機組處于最高負荷的工作狀態，從而提升系統的工作效率，減少能源資源的損耗。[4]

4 冷水機組優化控制的節能策略

冷水機組的優化控制需要結合空調系統的實際運行環境、運行特點以及周圍溫度來進行，原有的冷水機組的優化控制措施通過調整空調的負荷進行冷水機組的啟停的控制，不考慮單臺冷水機組的性能指數。雖然冷水機組多開一臺便要消耗適當的能量，但是根據實際測試研究表明，如果多開一臺冷水機組可以使得所有冷水機組在線運行到最佳的性能指數，在適當的條件下也可以有效減少系統的能耗。比如，在有五臺某種特定型號的冷水機組與五臺冷凍水泵進行冷凍水系統循環的空調系統中，如果單臺冷水水泵電機的耗電量是固定的，那么整體冷水系統采取先串聯和并聯的方式，可以保證冷水機組的冷凍水流量的需求符合當前大多數建筑物空調工程的安裝需要。在計算某一階段相應水泵和冷水機組開啟是否節能時，可以對比冷凍水泵開啟前后消耗的能量之比。根據研究表明，當總負荷小于額定負荷的兩成左右，只開一臺冷水機組要比開啟兩臺冷水機組所消耗的能量少。當總負荷為額定負荷的二成到四成左右時，開啟兩臺冷水機組與開啟三臺冷水機組正好是一個耗能的平衡點。如果只開啟兩臺冷水機組，則該負荷段內耗能很大，而且加上兩個水泵導致冷水機組性能指數并不理想，如果在此時多開一臺冷水機組，可以使得每一臺冷水機組處于60%左右的負荷點，雖然需要多開一臺冷凍水泵以保持冷凍機組冷凍水流量的恒定，但是其消耗的能量與前一種工作模式基本相同。當負荷繼續增加到高負荷的階段時，后一種工作模式的耗電指數要明顯小于前一種模式的耗電量，由此可見，隨著空調負荷的增加，節能性能也會持續得到優化。當負荷持續增加超過四成時，則需要保持三臺冷水機組水泵同時運行，當繼續增加到了總負荷的一半左右時，則需要考慮開啟第四臺冷水機組，此時負荷的點也是四臺冷水機組與三臺冷水機組的耗能平衡點。

當空調負荷有增長趨勢或者持續增長超過一定時間時，則可以考慮繼續多開一臺冷凍水泵和冷水機組，負荷越高，節能的效率越強。通過上述分析可以發現，機組臺數加載的最佳切換點并不是單機滿負荷運行的點，而是分別在單機負荷的100%、90%、87%等處，需要根據在線臺數的不同進行合理的切換，以保證空調運行效率的同時，提高空調系統的節能量，減少空調系統的能源資源消耗，采取以上的控制措施可以使得冷水機組的性能指數始終處于比較高的值，在長期使用的過程中，能夠有效減少建筑物內部的冷凍水泵和冷水機組的能耗。實現冷水機組優化控制的節能減排目標。

5 結束語

綜上所述，冷水機組在實際運行控制的過程中受到負荷和冷水機組變化的影響而會產生不同的能耗，通過在負荷點準確地加載和卸載冷水機組，不僅能夠滿足機組運行高性能指數的要求，而且可以有效減少電能資源的消耗。同時，也不需要改造任何空調線路，增加任何設備，只需要適當的提前一些進行冷水機組負荷點的加載便能夠節約很多的能源資源。

參考文獻

[1]唐宏章，陳汝東.離心式制冷機部分負荷特性分析[J].制冷技術，2018（4）：23-25.

[2]劉瑩，鄭賢德，許新明.冷水機組部分負荷性能分析[J].制冷，2018，19（4）：63-67.

[3]丁云飛，馬最良.根據部分負荷性能合理選擇冷水機組臺數[J].哈爾濱建筑大學學報，2019，34（2）：87-89.

[4]榮劍文.冷水機組群控策略的討論[J].暖通空調，2019，35（12）：9-10