中央空调制冷站控制策略分析

中央空调制冷站，详细介绍并分析几种制冷站控制方法。上一篇文章介绍了变水温控制方法、冷冻水变流量控制技术，本篇重点介绍其它几种控制策略，包括冷水机组群控策略、冷冻站变流量及变水温综合节能优化控制策略。采用冷冻站变流量、变水温综合节能优化控制策略，综合考虑制冷机的能耗与冷冻水泵的能耗，将二者的运行功率之和最小作为优化性能指标。同时对冷冻水泵的频率和制冷机的冷冻水出水温度进行优化控制，可以在保证末端负荷冷量需求的同时，大大地降低制冷站的功率损耗，达到制冷站节能优化运行的目的。本文根据制冷站的特点，对制冷站的控制方法进行了分析。

随着中央空调的普及，建筑物能耗大大增加，而中央空调系统的能耗占建筑物总能耗的一半以上，空调用电需求和所占电网供电比例越来越大。作为中央空调系统的核心，制冷站的能耗占主要因素，对中央空调系统制冷站进行节能优化运行控制策略研究具有重要的现实意义。中央空调系统制冷站主要由制冷机组、冷却水泵、冷冻水泵和冷却塔等设备组成。本文根据制冷站的特点，对制冷站的控制策略进行了分析。

冷水机组群控策略

对冷水机组实施群控优化控制，可以节约能源，在满足末端负荷的基础上减少制冷机的运行数量，并且可以对制冷机的使用时间进行优化控制。上位机通过与冷水机组实时通信获得冷水机组的负载率、运行状态等参数，根据单台制冷机的负载率或多台制冷机的平均负载率来控制冷水机组起动或停止的台数，根据每台冷水机组的总运行时间决定优先关闭或是优先起动几号冷机。冷水机组群控策略流程图如图所示。

冷水机组群控策略图

冷冻站变流量和变水温综合节能优化控制策略

冷水机组最高的COP一般不出现在满负荷时，而是出现在部分负荷时。制冷机的出水温度设定值对COP有着重要的影响。提高制冷机的出水温度(即冷冻水出水温度)可以提高COP的值，二者基本呈线性关系。冷冻水出水温度每升高1℃，COP提高2%～4%。因此在满足工艺要求的基础上尽量提高冷机出水温度可达到节能的目的。但是为了满足末端机组对环境的要求，通常应设定冷机出水温度的上下限，这个限值可根据冷机长期运行的结果获得。

在变流量系统中，随着冷冻水温度的变化，水泵能耗与制冷机能耗在一定程度上相互影响。

冷机与冷冻水泵的能耗关系如图3所示。由图3可以看出，制冷机的能耗随着冷冻水温度的提高线性降低。同时，由于需要较大的流量来满足末端的需求，水泵能耗会随之非线性上升。冷机与水泵能耗之和先下降到最低点然后上升。因此，在某一部分负荷下，会存在一个最佳冷冻水供水温度，使冷机和水泵的能耗之和最小。

冷机与冷冻水泵的能耗关系

采用冷冻站变流量、变水温综合节能优化控制策略，将冷冻泵的运行功率和制冷机的运行功率之和最小作为优化性能指标，在冷冻水泵的频率不断变化的基础上计算出最佳的制冷机的冷冻水出水温度。在满足末端负荷要求和保证设备安全的前提下，通过提高冷冻水的出水温度来提高制冷机的COP，达到制冷机节能的目的。

这种控制策略将变流量控制与变水温控制结合起来，综合两种控制方法的优势，综合考虑制冷机的能耗与冷冻水泵的能耗，将二者的运行功率之和最小作为优化性能指标，同时对冷冻水泵的频率和制冷机的冷冻水出水温度进行优化控制。可以在保证末端负荷冷量需求的同时，大大地降低制冷站的功率损耗，达到制冷站节能优化运行的目的。

中央空调系统制冷站主要由制冷机组、冷却水泵、冷冻水泵和冷却塔等设备组成。空调冷负荷是随着外部条件的变化而变化的，空调系统满负荷运行的时间仅占总运行时间的15%～20%，使制冷机组大部分时间都处于低负荷的运行状态，很难保证制冷机组在高效率下工作。影响空调系统能耗的主要因素是制冷机本身的性能以及冷冻水的流量和供回水温差，影响水泵和风机能耗的主要因素是输送水或空气的流量和水或空气在输送过程中的阻力。因此对建筑物空调冷负荷的变化规律、制冷机组部分负荷性能、制冷机组选配方案和制冷站运行模式优化的研究越来越受到研究人员的重视。

本文介绍了几种常用的中央空调制冷站的控制方法，由于系统大部分时间都是在部分负荷下运行，传统的空调制冷站控制方法会使得制冷站的运行效率低下。在变水温控制方法中，可以根据气象条件和空调负荷的变化，确定合理的供水温度，在部分负荷时段采用不同的制冷机组出水温度，实行制冷机分阶段变水温运行，可以提高制冷机运行效率，降低运行能耗，达到节能运行的目的。

在中央空调冷冻水变流量控制技术中，基于负荷预测的冷冻水流量动态控制首先对空调负荷进行预测，推理出空调系统“未来时刻”的负荷，然后采用模糊控制技术对冷冻水泵进行预测优化控制，提前对冷冻水流量进行调节，使系统提供的冷量与负荷需求的冷量相匹配，最大限度地减小偏差。

冷水机组群控策略可以根据单台制冷机的负载率或多台制冷机的平均负载率，来控制冷水机组运行或停止的台数，控制冷水机组的起停。将温差控制与对末端空调机组的水阀开度进行控制结合起来，可以消除仅仅采用温差控制可能会导致的冷冻水泵频繁起动的问题，达到较好的控制效果。采用冷冻站变流量、变水温综合节能优化控制策略，将变流量控制与变水温控制结合起来，综合了两种控制方法的优势，可以达到良好的制冷站节能优化运行效果。

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