基于冷水机组优化控制的节能控制策略

张璐

摘 要：随着社会经济的不断发展和人民生活水平的提高，空调系统在当前人们日常生活中的应用越来越广泛，极大地便利了人们的生活，提高了人们的生活质量，但是空调系统大量的能耗也带来了较严重的环境压力。本文主要针对冷水机组优化控制的节能控制策略进行探究，指出空调节能减排的相关对策，希望能为空调系统的环保应用提供一定的参考。

关键词：冷水机组;优化控制;节能措施

1 前言

根据相关调查研究表明，空调系统所做消耗的能源资源占有整体建筑物消耗的一半以上，冷水机组的能耗又是空调系统能耗的最主要的来源，控制冷水机组的能耗能够有效减少空调系统的整体功耗，提高空调系统的节能效率。因此，要加强对冷水机组优化控制的研究，明确冷水机组的控制策略，减少冷水机组的能耗，实现空调系统的节能减排。

2 冷水机组的控制与管理方法

2.1 回水温度控制管理法

通过研究可以发现，空调冷负荷在一定程度上可以由回水温度进行反应，通过控制回水温度能够控制冷水机组的加载和卸载流程，从而实现能源资源的节约。测量冷冻水回水温度，冷冻水回水温度的值大于或者等于设定值时，需要加载一台冷水机组，如果冷冻水回水温度值小于最低设定值并且维持一定时间时，则需要卸载一台冷水机组。为了使得冷水机组在控制过程中能够保持一定的冷冻水流量，在降低空调负荷时需要开启旁通阀，将出水温度与回水温度混合，使得总的回水温度下降。但是混合之后的总的温度并不是回水温度的现实的反映，因此，工作人员不能以混合之后的总的温度作为控制的依据。[1]

2.2 负荷控制法

工作人员通过测量冷冻水总管的供水流量和供水温度获得流量信号以及温度差，然后根据热力学公式进行实际冷负荷的计算，能够得到冷负荷，将之与冷水机组的额定制冷量进行比较，并设定多级负荷设定值，从而可以控制冷水机组的台数。在一定周期内将计算所得的冷负荷与设定值进行比较，当实际冷负荷要小于设定值时，需要减少机组的运行，当大于设定值时，则需要适当的增加机组的运行，以起到节能减排的效果。[2]

3 冷水机组与负荷关系分析

制冷机组按照能效比的高低分类可以将之分为離心式、活塞式、螺杆式以及吸收式四大类，工作人员需要结合单机制冷量的范围合理的选择制冷水机组。通常情况下，当制冷量需求大于一千千瓦时，需要选择离心式的制冷机组，制冷量小于一千千瓦时，则可以选择螺杆式和离心式联合使用的机组。对于制冷量相对比较大的空调系统，最适合选择离心式的制冷机组，具有明显的制冷优势。冷水机组性能指数指的是制冷水机组在额定工况下制冷量与输入功率的比值，通常不会在满负荷运载时出现冷水机组最高的性能指数。冷水机组性能指数往往在部分负载时出现。在对某离心式制冷机组进行测试的过程中，将出水温度控制在六摄氏度时，冷冻水的流量保持一致，冷冻水回水温度的改变会引起负荷的变化，为后续的比较测试提供了数据参考。负荷率与电机的输入功率基本上呈线性关系，也就是说当冷水机组的负荷从高负荷向低负荷改变时，可以看成为线性关系进行递减。然后，测试冷水机组性能指数与负荷率之间的关系可以发现，较高的冷水机组性能指数出现在额定负荷为70%左右的负荷端，所以要想在最佳的冷水机组负荷指数范围内运行空调系统，需要将机组的负荷分摊到额定负荷的70%。在进行空调系统安装与设计的过程中，通常根据最大的计算冷负荷来进行冷水机组的选择与测试，但是在实际运行的过程中，以最大负荷进行空调运行的工况的时间频率是相对比较少的。由此可见，建筑物的冷负荷大多集中在额定功率的50%的负荷区域。[3]

另外，空调负荷还具有时间帧数的特点，处于部分负荷的运行时间占绝大多数的时间。在实际空调系统的设计过程中，可以安装多台冷水机组，通过群体控制的策略进行冷水机组的整体调整，减少冷水机组的运行台数，以满足负荷减少条件下的空调系统运行需求，使得冷水机组能够始终处于比较高的负荷点进行运行，并尽可能的使得冷水机组处于最高负荷的工作状态，从而提升系统的工作效率，减少能源资源的损耗。[4]

4 冷水机组优化控制的节能策略

冷水机组的优化控制需要结合空调系统的实际运行环境、运行特点以及周围温度来进行，原有的冷水机组的优化控制措施通过调整空调的负荷进行冷水机组的启停的控制，不考虑单台冷水机组的性能指数。虽然冷水机组多开一台便要消耗适当的能量，但是根据实际测试研究表明，如果多开一台冷水机组可以使得所有冷水机组在线运行到最佳的性能指数，在适当的条件下也可以有效减少系统的能耗。比如，在有五台某种特定型号的冷水机组与五台冷冻水泵进行冷冻水系统循环的空调系统中，如果单台冷水水泵电机的耗电量是固定的，那么整体冷水系统采取先串联和并联的方式，可以保证冷水机组的冷冻水流量的需求符合当前大多数建筑物空调工程的安装需要。在计算某一阶段相应水泵和冷水机组开启是否节能时，可以对比冷冻水泵开启前后消耗的能量之比。根据研究表明，当总负荷小于额定负荷的两成左右，只开一台冷水机组要比开启两台冷水机组所消耗的能量少。当总负荷为额定负荷的二成到四成左右时，开启两台冷水机组与开启三台冷水机组正好是一个耗能的平衡点。如果只开启两台冷水机组，则该负荷段内耗能很大，而且加上两个水泵导致冷水机组性能指数并不理想，如果在此时多开一台冷水机组，可以使得每一台冷水机组处于60%左右的负荷点，虽然需要多开一台冷冻水泵以保持冷冻机组冷冻水流量的恒定，但是其消耗的能量与前一种工作模式基本相同。当负荷继续增加到高负荷的阶段时，后一种工作模式的耗电指数要明显小于前一种模式的耗电量，由此可见，随着空调负荷的增加，节能性能也会持续得到优化。当负荷持续增加超过四成时，则需要保持三台冷水机组水泵同时运行，当继续增加到了总负荷的一半左右时，则需要考虑开启第四台冷水机组，此时负荷的点也是四台冷水机组与三台冷水机组的耗能平衡点。

当空调负荷有增长趋势或者持续增长超过一定时间时，则可以考虑继续多开一台冷冻水泵和冷水机组，负荷越高，节能的效率越强。通过上述分析可以发现，机组台数加载的最佳切换点并不是单机满负荷运行的点，而是分别在单机负荷的100%、90%、87%等处，需要根据在线台数的不同进行合理的切换，以保证空调运行效率的同时，提高空调系统的节能量，减少空调系统的能源资源消耗，采取以上的控制措施可以使得冷水机组的性能指数始终处于比较高的值，在长期使用的过程中，能够有效减少建筑物内部的冷冻水泵和冷水机组的能耗。实现冷水机组优化控制的节能减排目标。

5 结束语

综上所述，冷水机组在实际运行控制的过程中受到负荷和冷水机组变化的影响而会产生不同的能耗，通过在负荷点准确地加载和卸载冷水机组，不仅能够满足机组运行高性能指数的要求，而且可以有效减少电能资源的消耗。同时，也不需要改造任何空调线路，增加任何设备，只需要适当的提前一些进行冷水机组负荷点的加载便能够节约很多的能源资源。

参考文献

[1]唐宏章，陈汝东.离心式制冷机部分负荷特性分析[J].制冷技术，2018（4）：23-25.

[2]刘莹，郑贤德，许新明.冷水机组部分负荷性能分析[J].制冷，2018，19（4）：63-67.

[3]丁云飞，马最良.根据部分负荷性能合理选择冷水机组台数[J].哈尔滨建筑大学学报，2019，34（2）：87-89.

[4]荣剑文.冷水机组群控策略的讨论[J].暖通空调，2019，35（12）：9-10