冷源群控系统的节能再调试

张志强

(北京江森自控有限公司, 北京 100062)



冷源群控系统的节能再调试

张志强

(北京江森自控有限公司, 北京 100062)

介绍了冷源群控节能再调试的意义,引入了冷冻站的能效指标即机房性能系数(COP),提出了以冷机效率为原则的加减机策略,重点分析了冷机在不同工况下的部分负荷效率特性。提出的冷源群控系统节能再调试的基本步骤,对实际工程项目具有现实指导作用。

冷源群控系统; 机房性能系数(COP); 部分负荷; 效率曲线

张志强(1982—),男,高级工程师,从事智能建筑与节能控制工作。

0 引 言

近年来,空调系统的节能调试已引起越来越广泛的关注,冷冻站作为空调系统的能源输出中心,其节能优化运行对整个空调系统的节能效果影响显著。通常,暖通空调(Heating Ventilation Air Conditioning,HVAC)占整个建筑能耗的百分比近50%,而冷源设备又占HVAC系统能耗的35%左右,所以对冷源群控系统进行节能再调试将会有比较明显的节能效果。实际上,绝大多数建筑的冷源系统都长时间工作在部分负荷工况下,可采取优化控制策略，增加必要的变频设备,提高制冷制热系统的能效,不但能缓解空调用电的压力,也可带来经济效益和社会效益[1-2]。

1 衡量冷站效率的指标

机房性能系数(Coefficient of Performance,COP)是一个综合性能指标,是冷站系统的输出的冷量与其用电量的比值,因此可以客观地反映系统设计运行的能效水平。

机房COP能够达到5.0～7.0,属于非常优秀的节能运行水平,只有对冷冻站的整个生命周期(包括设计、建造、调试、运行管理)考虑最大程度的节能方法和策略才能达到。目前,绝大多数机房COP为2.9～3.5。因此,在常规的冷站系统上进行节能优化再调试工作很有必要,有很大的节能潜力[3-5]。

2 节能再调试应考虑的重点和原则

(1) 需测量数据。真正的节能调试需要准确的能耗实时测量数据,如果没有每个设备的准确能耗数据,就不可能准确预测系统在不同运行工况下的能耗,也很难将系统保持在高效运行状态。

(2) 除了单体设备的节能,更应考虑系统性能优化。冷冻站的主要耗能设备是冷机、水泵及冷却塔,在设备选型时倾向于选择高效节能的设备,如变频设备、高效冷却塔。所有高效性能的设备放在一起运行时,并不一定能达到设计时高效节能的效果。原因主要有以下两方面:① 整个行业经过多年的发展,设备厂商都已经将各自生产的设备趋近于效率最优的理论极限,单个设备将很难再有大幅的效率提升;② 传统控制方式把冷冻站视为系列单体设备的组合,一般只考虑逻辑上的启停顺序,导致设备的实际运行工况无法达到其最佳状态,体现不出应有的节能效果。

基于以上原因,应从系统、整体的角度来设计和优化机房群控系统,特别要考虑冷机的部分负荷特性、建筑能耗的使用特点等,以达到持续、高效的节能效果。

(3) 节能再调试应是自动、动态、持续性的过程,以达到效率最优化。如果冷站的运行控制并没有考虑实时数据,则效率最优化值得商榷。

良好的节能再调试方案将持续验证系统的运行条件和制冷需求,并实时、动态地调节系统设备运行工况,以保证最优效率。

3 冷源群控系统的节能再调试步骤

3.1 收集数据

在现场查看之前,建议首先收集以下数据。

(1) 机电图纸。可以通过查阅最新版的机电图纸来验证系统设计和设备选型的准确性。

(2) BA系统的趋势数据。趋势数据最好是以固定的采样时间间隔,每隔15 min、30 min或60 min采集一个检测点,并且至少有连续4周的夏季数据和连续4周的冬季数据,以便于分析和捕捉负荷变化情况和天气条件。最好能有全年的历史数据,建议采集以下检测数据及其趋势数据来计算能耗及节能量:冷冻水供回水温度,冷却水供回水温度,所有已安装流量计的冷冻水流量,总的实际冷负荷,室外温/湿度,冷机、水泵、冷却塔的运行状态,水泵、冷却塔的变频数据(如适用),冷站的总用电量、每月的分时负荷表,冷站的分时能耗。

如果无法得到以上历史数据,就需要通过现场勘查的方式去收集数据,查看现场仪表及温度计、流量计,向冷站操作人员了解日常操作习惯及存在问题。

3.2 现场查看系统

现场的数据收集是非常必要的,这对后续分析系统运行情况、性能以及工作范围安排都有帮助。现场查看的主要内容:收集铭牌数据,复核机电图纸,复核控制系统和目前运行情况,向物业操作人员了解系统,采集现场数据,复核趋势数据。

一般现场查看需要1～2 d,视项目规模大小,也有可能需要1周的时间,主要看系统的复杂度及图纸的完备性。

3.3 分析运行数据

通过专家分析及技术团队利用高级建模技术来分析收集到的数据。这个过程一般需要1～2周完成,可以利用综合的数据表单以及对比实际的能耗数据来完成冷站的建模,并进一步预测节能情况。

分析或评估系统效率时,需参考以下原则。

(1) 尽量使系统运行在设计冷冻水温度。当系统设计冷冻水温度为9 ℃时,如果日常运行在7 ℃,会减小节能空间。

(2) 不要给冷机过大或过小的流量。因为过大的流量会降低水泵的效率,而过小的流量将降低冷机的效率。

(3) 利用周围环境。改善冷却塔安装位置的环境,达到更低的冷却水温度,使机组的运行效率更高。

3.4 确定节能再调试方案及控制策略

数据分析完成后,可根据项目实际情况提供基于能耗、成本节约预估的数据报告以及部分机电设备升级改造建议,为后续冷冻站群控的设计和策略分析提供最基础的信息。

一般根据设备实际情况,可通过以下方式改善目前系统的设计缺陷。

(1) 升级系统配置。

(2) 视实际情况给冷机、水泵、冷却塔风机增加变频器。

(3) 增加自动化手段,避免人工操作。

(4) 重新评估和改进运行策略。

(5) 替换使用年限过长,接近使用寿命的设备。

由于冷机能耗占整个冷冻站能耗的60%左右,因此重点讨论节能再调试方案中冷机台数的控制策略。加减机策略从冷机效率的角度出发,结合实际的运行工况,配合相应的水泵和冷塔控制,可以最大程度地发挥冷机的效率,有效提高冷冻站的机房COP。

机组台数的选择需满足末端冷负荷的需求,可以根据冷冻水供、回水温差和流量计算来确定。

在满足当前需求冷负荷的条件下,选择最优效率的组合。效率可基于机组的容量、COP、运行时间、启停次数等进行综合判断。

在DDC程序中对各个设备的效率曲线进行建模时,可以对效率曲线做近似处理,以避免过度加重DDC处理负荷。

3.4.1 冷机效率曲线

(1) 定频冷机。常规定频冷机的效率曲线如图1所示,其中实线表示实际冷机效率曲线,虚线表示DDC程序中近似的冷机效率曲线(梯形)。

图1 常规冷机的效率曲线

(2) 变频冷机。变频冷机的效率曲线如图2所示。

图2 变频冷机的效率曲线

群控程序选择机组的基本原则是尽量使冷机或冷机的组合运行在最高的效率段(水平线)。

由图1、图2可知,变频冷机在部分负荷时具有更高的效率,而定频冷机在高负荷时效率更高。

3.4.2 冷机效率曲线的偏移特性

冷机的额定制冷量是基于设计的冷机冷却水进水温度和冷冻水出水温度来确定的,这两者的差值一般称为压头值。冷机效率曲线的偏移如图3所示。

图3 冷机效率曲线的偏移

由图3可见,随着冷机压头值的不同,冷机的特性曲线会发生偏移,最高负荷段会向左上方向偏移,影响冷机的制冷量输出。因此,在考虑进行加减机策略判断时也需考虑冷机的这一特性。

3.4.3 冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的控制策略

与机组加减机策略类似,对于水泵、冷却塔等设备,也可以在DDC内建立效率曲线,然后依据冷机的需求流量选择最优的效率组合。

3.5 复核结论并实施

与客户针对报告结论安排会议讨论,并进一步讨论技术细节和冷站控制策略,整理形成最终的项目方案,并实施。

3.6 项目的日常维护与验证

为保持冷冻站的高效持续运行,其维护工作需要有预见性,具备在问题出现之前发现问题并解决问题的能力。因此,对于调试维护人员,为了确保冷冻站整个生命周期的高效运行,在调试和维护过程中需不断测量和验证对比冷冻站的各项实时的性能指标数据,做出合适的调整和优化。

4 结 语

BA系统对于冷冻站群控的作用已不仅是顺序启停设备,以达到设定点需求。冷冻站的节能再调试也不单是某个算法、某个高效设备的应用,其实这是一个过程,需要在不断的调试运行中寻找系统的最优工作效率点。

[1] 龙惟定,程大章.智能化大楼的建筑设备[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[2] 贾晶,杨涌泉,李元旦.冷冻机的制冷效率与运行电费.全国暖通空调制冷2004年学术年会[C].2004.

[3] 杨通清,程大章.基于冷水机组优化控制的节能控制策略[J].低压电器,2008(2):37-41.

[4] 施灵.多台冷水机组空调系统的优化控制[J].暖通空调,2005,35(5):79-81.

[5] 安秋香,霍小平.BAS系统中冷水机组群控策略[J].城市建筑智能系统,2003(4):31-34.

Re-Commission of Chiller Plant Automation System

ZHANG Zhiqiang

(Beijing Johnson Controls Co., Ltd., Beijing 100062, China)

The re-commission significance of chiller plant automation system was analyzed.The plant coefficient of performance(COP) that is an energy efficiency index,was introduced.The addition and subtraction strategy based on chiller efficiency was proposed.The partial load characteristics of chiller were deeply analyzed in different conditions.The basic steps of energy-saving re-commission of chiller plant automation system were given.

chiller plant automation system; plant coefficient of performance(COP); part load; efficiency curve

TU 201.5

B

1674-8417(2016)09-0048-03

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.09.011

2016-07-01