集中制冷系統優化及調試的研究

王欣源，李濤，黃燕華，高冠名，李文強

（中建六局水利水電建設集團有限公司，天津 300000）

1 項目概況

三亞南繁科技城能源站供能區域總建筑面積174.7萬㎡，建設能源站2座，其中1號能源站承擔118.59萬㎡供冷需求，2號能源站承擔56.11萬㎡供冷需求。

1號能源站供冷負荷59.79MW（17005RT），總建筑面積為8371㎡（其中蓄冰槽面積為1337㎡，不包含冷卻塔區域），冷卻塔布置在臨近地塊內的裙樓上；共選用4臺雙工況主機+2臺基載主機，雙工況主機制冷工況下制冷量為2400RT/臺，制冰工況（外融冰）下制冷量為1600RT/臺。基載主機單臺制冷量為500RT/臺。對附屬設備（水泵，冷卻塔）等實行變頻控制。

2號能源站供冷負荷29.81MW（8478RT），總建筑面積為5336.1㎡（其中蓄冰槽面積為594㎡，不包含冷卻塔區域），冷卻塔布置在臨近地塊內的裙樓上。共選用3臺雙工況主機+1臺基載主機，雙工況主機制冷工況下制冷量為1600RT/臺，制冰工況（外融冰）下制冷量為1067RT/臺。基載主機單臺制冷量為500RT/臺。對附屬設備（水泵，冷卻塔）等實行變頻控制。

1號能源站為地下一層，局部二層；2號能源站為地下一層，局部二層。

系統主要形式：海南省擁有優惠的夜間冰蓄冷低谷電價，為南繁科技城利用冰蓄冷技術提供了良好的契機，因此采用冰盤管蓄冰（外融冰）系統。

2 中央空調節能管理系統優化設計方案

2.1 設計原則

（1）先進性。控制系統是采用國際化主流控制產品與當今技術發展潮流相吻合的產品，避免短期內因技術陳舊而過早淘汰。（2）系統開放性。控制系統嚴格貫徹國家有關標準或國際標準，實現系統設計的標準化。提供接口實現和第三方控制系統的信息共享，中央空調節能管理系統為自控系統預留了TCP/IP、ModBusRTU、OPC、PROFIBUS-DP等開放的通信協議，滿足接入BAS的要求，以保障系統的兼容性、可維護性與可擴展性。（3）安全性。控制系統是一個高可靠性的系統，采用通過省、部級權威機構鑒定的成熟技術，能適應現場環境條件和外界干擾，確保系統穩定可靠地運行，并有防止非法用戶的訪問和病毒侵犯等措施。（4）經濟性。優化設計，力求使本項目的初次投資和整個運行生命周期獲得最佳性價比，適應業主的近期需求和遠期發展。（5）實用性。根據工藝的需求，充分考慮本建筑空調運行及管理模式所提供的控制系統確實可行，其中包括合理的硬件設施、精良的施工、完整的操作軟件、有效的功能模塊、友好的圖文顯示界面等。（6）高效率性。控制系統高效率能夠實時響應，響應速度快、控制效果好，符合系統描述的各項指標和驗證方法。

2.2 節能性

中央空調節能管理系統通過對中央空調設備的控制實現高效的節能，采用新型的節能控制軟件和節能管理軟件，系統內置的負荷預測模塊和節能運算模塊完美結合，通過建筑當前負荷變化趨勢進行前饋控制，攻克空調系統長期存在的滯后性和多變量等不利于節能控制的難點，節能效果大幅度提升，有效降低了制冷站單位冷量的能耗成本，提高系統長期運行的經濟性。

我們對所有項目都會進行對比測試，根據圖紙和計算本項目投入正常使用后，與轉換到工頻運行情況相比，能達到如下節能指標：全部受控冷凍水泵、冷卻水泵的綜合能源消耗下降30%以上。

2.3 系統架構

中央空調節能管理系統采用三層結構：現場控制層、現場集中監控層、中央監控層。

現場控制層：主要為傳感器、執行器、各設備節能控制柜等末端信號采集設備和執行設備；

現場集中監控層：主要為系統節能控制柜，包含智能控制器和控制軟件，實現現場集中監控和運行管理。

中央監控層：主要為上位機系統，包含計算機、圖形工作站、操作系統、節能管理軟件、能耗監測軟件、打印機及相關部件，上位機通過TCP/IP以太網與現場集中監控級節能控制柜通信，實現中央控制室對各個子系統的監控和數據交換，可以遠程監控設備運行并對本系統的能耗狀況進行統計分析。

2.4 系統控制內容

中央空調節能管理系統為智能控制和電氣一體化設計。本系統針對本項目實際情況提供了完善的成套節能控制系統：（1）上位機管理系統（含控制系統及操作系統軟件與應用軟件）；（2）現場智能控制系統；（3）空調制冷主機監控部分；（需主機提供接口和協議）（4）空調冷凍水泵控制及電氣部分；（5）空調冷卻水泵控制及電氣部分；（6）溫度、壓差、流量、度等熱工參數的檢測；（7）中央空調主機、冷凍水泵、冷卻水泵能耗量檢測。

2.5 系統主要功能

（1）冷源智能節能控制。中央空調節能管理系統根據測定的室外氣象條件及負荷側回水溫度、流量，計算出全天逐時負荷然后制定主機和輔機設備逐時分配情況。通過不斷地反復檢測、反復比較、反復修正調節，就可以實現冷源系統的冷熱量供應與末端負荷需求相適應，保障在符合條件下，機組系統均處于最佳供應狀態，減少不必要的浪費。同時，因為水泵采用了變頻調速技術，可以大幅度降低水泵的能量消耗。

這種控制方式可以對中央空調系統進行充分的運行優化，實現對中央空調系統中各受控設備進行動態調節。

（2）冷卻系統節能控制。如果只追求冷水機組的能耗最低或只追求冷卻水泵的能耗最低，都是很容易做到的，但整個空調系統的能耗可能不是最低的。因此，需要將冷水機組能耗、冷卻水泵能耗進行綜合考慮，在各種負荷條件下尋找一個使系統效率最高的冷卻水溫度，使整個空調制冷系統能耗最低、節能比最高。

在控制過程中，控制器可以依據被控對象輸入輸出數據包括實時數據、歷史數據等，進行比對比較，不斷地辨識參數并進行修正。隨著控制過程的不斷繼續，控制會變得越來越準確，越來越接近于實際，最終將自身調整到一個最優的工作狀態，實現被控過程性能的綜合優化。

這種控制方式能夠有效克服系統惰性所帶來的遲滯問題，保證末端服務質量及動態預測系統負荷，實現動態調節冷卻水的流量，保證整個空調系統始終處于最佳效率狀態下運行。

（3）系統節能分析控制。中央空調節能管理系統包含能源管理系統組件，對受控設備的用能情況進行實時統計和動態分析，幫助用戶實現以下需求：①建立實時能耗數據采集系統生成能耗報告；②建立能耗數據統計與分析系統：能耗比較、偏差分析、成本報告，同時能源管理系統組件把節能分析結果傳送到智能控制器，作為智能控制的一個重要參數。

3 效益分析

3.1 有形收益

預計節電率—主機節電率5%～10%（以主機負荷的70%作為主機用電量估算依據），輔機節電率30%—50%，節能設備產品設計使用壽命20年。

3.2 無形收益

（1）延長設備使用壽命；（2）節約后期設備調試、檢修費用；（3）設備運行過程的保障分析；（4）建筑耗能分析，提高領導決策；（5）用能效率管理、耗能對比檢測。

4 結語

綜上所述，傳統的中央空調控制系統在運行中會消耗大量的能源，不利于建筑整體節能工作的開展。因此在對中央空調系統控制時應當選用智能中央空調節能控制系統，利用先進的智能控制技術和先進技術，這樣能夠保證在運行過程中系統按照末端冷量需求與制冷量、輸冷量、主機散熱需求、冷卻量等參數的實際供需關系進行統一調配，這樣能夠保證在運行過程中按照相應的智能化指導思想讓軟件和硬件在運行過程中提升整體的運行效率。由此可見，在中央空調控制系統中通過優化設計及先進的運行管理是可以實現高效節能效果的。