大型制冷系統自動控制及節能探討

＊徐希愛 宋明剛 張晶

（山東神舟制冷設備有限公司 山東 250200）

隨著制冷行業的不斷發展，追求整個制冷系統能效比達到最佳狀態是行業發展的必然趨勢，因為傳統控制模式的精準性并不高，不僅無法實現制冷設備的集中管理，也無法實現節能降耗的目的。對此，需要對現有的制冷系統進行改進，增加自動化控制設計，借助自動化控制技術實現內部設備的集中、有序的控制，可保證設備安全穩定運行，進而實現節能降耗的目的。

1.某制冷控制系統的簡紹

(1)系統概況

某大型超市制冷系統中裝設有EMS集中控制系統，該控制系統具有較復雜的控制邏輯，可實現多級并聯控制，也可有序控制設備的啟停。除此之外，在現場冷庫管控中，可通過通訊方式讀取冷柜等設備的數據，并實現數據的修改和管理，因此將該控制系統應用于制冷系統中，可真正實現集中控制。

(2)系統構成

EMS集中控制系統主要由主控制器、壓縮機控制器、電表等設備構成，具體可見圖1，將這些設備放在大小相當的電控箱中，并在電控箱門板上安裝人機界面，可將相關參數、報警信息傳輸至服務器中，實現自動化在線監測，且方便技術人員調試維護。

圖1 EMS集中控制系統構成示意圖

①主控制器。在EMS集中控制系統中，主控器是作為系統的核心設備存在，其功能主要體現在對所有數據進行查看、設定、修改及與遠程監控服務器連接。②壓縮機控制器。壓縮機控制器作為系統重要的組成部分，主要由電源、DI、AI、DO、RS485等接口構成，各自發揮的作用不同，其中DI主要作用是對單臺壓縮機存在的低液位、機組缺相等問題進行信息警報；AI主要發揮監測作用，對整個機組的運行溫度進行監測；DO主要負責相關設備的輸出；RS485則負責通訊連接、參數信息上傳等。③數字式電度表。對于超市中制冷設備用電設備的電量統計，主要是通過數字式電度表進行采集，并通過遠程數據傳輸傳至主服務器中。④溫濕度計。溫濕度計以串聯的方式在冷庫、冷柜控制器通訊組中安裝，能對超市賣場中的溫濕度進行實時采集，然后將采集的數據反饋至主控器中，進而對冷庫、冷控制器進行防露功能開啟的控制。

2.制冷系統自動控制及節能改造

（1）電氣控制回路改造。為保證制冷系統的節能運行，需要對電氣控制回路進行改造。通常每臺壓縮機都會配備自己的保護裝置，主要有機頭溫度過高保護、電機過熱過載保護及油壓差保護等，運行原理是通過設定壓力來實現壓縮機的閉合和斷開，具體通過對壓縮機的壓力開關進行控制，一旦壓力出現異常升高情況時，壓力開關閉合，啟動壓縮機，直到壓力值降至設定值為止。雖然這樣的控制方式可保障系統的運行，但因為需要頻繁啟停壓縮機，長時間會使得設備使用壽命縮短，也不利于降低能耗，無法實現節能的目的。針對這一情況，現通過中間繼電器通斷方式將EMS計重控制其切換至控制系統中，以此實現壓縮機手/自動控制切換，且有較高的邏輯數據控制的精確性，進而使得整個系統能夠達到節能降耗的目的。

（2）節能改造。在制冷系統節能改造上，通過增加一個簡單的切換回路來降低能耗。這一設置的邏輯為：在原系統中增設節能控制切換系統，一旦切換回路空開閉合后，繼電器接收信號產生對應的觸發動作，同時跳到控制器回路上，如此可避開高低壓力開關控制壓縮機和冷凝器回路。之后接著進行節能控制的調整，具體為以下：

①冷凍機低壓控制。所謂冷凍機低壓控制，主要指的是對各冷卻設備的運轉及冷卻能力進行控制，包括冷柜、冷凍箱等，通過冷凍機低壓設定值的合理化，能保證這些冷卻設備的運轉狀態和冷卻能力更加平衡，進而減少電量的消耗。假若低壓值設定過高，壓縮機啟動時間就會越晚，運轉頻率就會少，雖然能夠在一定時間內降低冷凍機的耗電量，但是也會降低其冷卻能力，進而容易導致冷柜等冷卻設備的運轉癱瘓。針對這樣的情況，應在冷柜等機器正常運轉的狀態，將低壓設定值設定至當時最合理的設定值，以此減少耗電量，同時考慮外部環境條件等因素的影響，也應對不同環境條件下設定相應的低壓值，當外部環境條件有變化時，可迅速將低壓設定值切換至最合理的值。

②溫度智能控制。實現制冷系統的節能改造，也需要實現對溫度的職能控制，應當根據一定范圍時間的溫度變化情況，實現對柜溫的有效控制，確保其在允許的范圍內變動，如若不在允許范圍內，則通過控制系統對其溫度調整，從而實現節能降耗。

③夜間降低控制。所謂夜間低溫控制，就是要在超市閉店時通過設定一個高于開店時的溫度來實現節能。

（3）節能效果分析。在運用EMS集中控制系統后，可實現冷卻設備的手動和自動切換控制，且根據采集的電量情況顯示，該控制系統可降低制冷系統的能耗，且效果較明顯，可大幅降低企業耗電費用，也能保障壓縮機、冷凝風扇等設備的穩定運行，進而延長設備的使用壽命。

3.大型制冷系統自動控制與節能的措施

上述只是針對大型超市制冷系統存在的問題進行針對性的改造和優化，通過運用集中控制系統，實現對各設備集中控制的同時，降低能耗。但目前我國許多大型商場等公共建筑中的制冷系統仍然存在電耗較大的問題，尤其是中央空調系統，根據相關數據調查顯示，商場等大型公共建筑中的中央空調系統能耗占年度總能耗的34%，因此對于商場而言，中央空調系統的節能改造尤其必要。基于這些情況，以下針對大型制冷系統存在的能耗問題，具體提出幾點節能優化的措施。

(1)選用低碳節能的輔助材料

隨著綠色可持續發展理念的提出，在對大型制冷系統進行改造時，應重視對氯氟烴類的制冷劑、發泡劑等污染材料的有效控制，盡量選用一些低碳節能的輔助材料，從而達到節能降耗的目的。

(2)充分利用變頻技術

隨著自動化控制技術更新迭代，目前變頻技術也在制冷系統中得以有效運用。變頻技術的利用，可提升中央系統集中控制與數據的可獲取性，有利于后臺管理人員制定良好的節能方案，進而達到節能降耗的目的。為此，應結合產品設備的實際情況及結構模式，對變頻技術進行利用并予以調整，充分發揮出變頻技術的優勢，進行調速控制、頻度調整等控制的同時，降低系統中各設備的損耗。

(3)充分利用建筑通風結構

在對制冷系統進行節能改造時，也應充分利用建筑通風結構來降低能耗。如針對大型購物商場，其中央空調系統幾乎全年運行，尤其是在夏季，在營業時間段基本不停歇。為了達到節能的目的，應在對空調系統參數監測的基礎上，根據室外氣溫、客流量變化等進行溫度的實時調整。另外，建議搭建智能云服務平臺，并借助互聯網技術實現遠程控制，之后再根據商場商業布局及空調系統的特點，選擇使用一些高性能且節能的產品設備，以此進行綠色建筑改造，進而降低電能的消耗。

(4)制冷系統自動參數調節

制冷系統的自動控制屬于封閉系統，其運行情況主要取決于系統參數的設定。為了能更好地發揮控制系統的作用，也需要對自動控制系統進行優化，建議采用先進的計算機算法設計，保證控制系統反應出的溫度變化、冷卻溫度變化、冷卻容量等數據能夠真實地反映出制冷系統運行的情況，然后合理進行整個系統制冷效果及能耗的控制，保證制冷系統的安全有效運行。

(5)加強制冷系統的維護管理

實現對大型制冷系統自動化控制的同時，也要加強系統的維護管理。首先，應定期清除冷凝器管壁上的水垢，冷凝器在運行一段時間后可能會形成水垢，所形成的水垢會增加管壁的厚度，使得冷凝器壁管熱阻增加，進而使得冷凝效果惡化，嚴重時還會堵塞冷凝器管道。因此為了避免水垢對冷凝器產生負面影響，需要定期進行水垢的清除，與此同時也要對冷卻水的水質進行離子交換、磁化、靜電等處理。其次，定期放油，由于壓縮機排放出的潤滑油一部分可能會進入到冷凝器及其他裝置的管道中，使得設備底部有油漬沉淀，這樣會對整個制冷裝置運行產生不利影響，所以不僅需要選擇良好的油分離器，還需要對潤滑油的滲出量進行監測分析，避免油漬堆積而使得電耗增加。最后，及時將不凝氣體排放，由于操作不規范或系統負壓運行等，使得大型制冷系統運行時，有空氣進入到冷凝器中，空氣屬于不凝氣體，其會降低系統的制冷能力，并增加能耗，因此不僅需要規范進行制冷系統的操作，避免不凝氣體進入到制冷系統中，也要及時排放不凝性氣體，從而保證制冷系統正常節能的運行。

4.結語

綜上，本文結合某大型超市制冷系統，對其應用的EMS集中控制系統進行具體的分析，在滿足智能控制的基礎上，對系統進行節能改造，從而實現制冷系統的自動控制及節能降耗。另外，還就目前國內大型制冷系統運行的情況，提出了幾點自動化控制及節能的建議，希望能為相關人員提供有效的參考。