直供供冷系統(tǒng)流量和溫度波動(dòng)的控制①

潘雷彬 徐佩榮

摘 要：本文對(duì)虹橋機(jī)場(chǎng)西區(qū)能源中心直供供冷系統(tǒng)中供水流量、回水溫度的變化關(guān)系進(jìn)行了思考，并通過運(yùn)行數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，尋找回水電動(dòng)閥的最佳開度范圍，解決閥門頻繁動(dòng)作等問題，最終實(shí)現(xiàn)供水流量波動(dòng)與回水溫度之間的平衡，使得直供供冷系統(tǒng)供運(yùn)行更穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：能源中心 直供供冷 板交機(jī)房 盈虧管

中圖分類號(hào)：TU83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（b）-0045-02

上海虹橋機(jī)場(chǎng)能源中心位于上海虹橋機(jī)場(chǎng)西航站樓北側(cè)約300 m，主要為虹橋西航站樓、南側(cè)酒店及預(yù)留部分（航站樓北側(cè)指廊、北側(cè)酒店）供冷和供熱。能源中心內(nèi)供冷、供熱系統(tǒng)及配套電氣10 kV配電系統(tǒng)、服務(wù)對(duì)象的建筑面積共47.3萬m2，其中本期服務(wù)范圍的總建筑面積為38.8萬m2，規(guī)劃預(yù)留的服務(wù)范圍的總建筑面積為8.5萬m2。能源中心內(nèi)的主體建筑包括冷凍機(jī)房、鍋爐房、蓄冷水罐以及地下儲(chǔ)油罐、地下管線等配套構(gòu)筑物及共同溝管網(wǎng)。

能源中心供冷系統(tǒng)主體設(shè)備包括8臺(tái)約克冷水機(jī)組，8臺(tái)ITT冷凍一次泵以及6臺(tái)ITT變頻冷凍二次泵；蓄冷系統(tǒng)包括2座蓄冷水罐，5臺(tái)ITT蓄冷循環(huán)水泵；冷卻系統(tǒng)包括8臺(tái)組裝式兩聯(lián)體BAC冷卻塔，8臺(tái)ITT冷卻水泵。

能源中心主要是通過敷設(shè)于航站樓與能源中心之間地下共同溝內(nèi)的供冷管網(wǎng)將低溫水輸送至末端航站樓的1～8號(hào)板交機(jī)房。

能源中心供冷系統(tǒng)簡圖如圖1所示，供冷系統(tǒng)配有2座蓄冷水罐，能夠在夜間低谷電價(jià)時(shí)段對(duì)其進(jìn)行蓄冷，白天供冷時(shí)段則由蓄冷水罐直接向航站樓供冷，無需在電價(jià)高峰時(shí)段開啟冷凍機(jī)，這種削峰填谷的運(yùn)行模式能夠大大減少電費(fèi)成本，同時(shí)供冷系統(tǒng)采用直供模式，即不設(shè)置熱交換器，直接通過能源中心內(nèi)的一次水泵、二次水泵和末端三次水泵將冷凍水構(gòu)成循環(huán)，能夠減少熱交換的能量損失。

1 回水控制方式

1.1 設(shè)計(jì)方案

常規(guī)的日間供冷模式是由蓄冷水罐、二次泵與末端三次泵構(gòu)成水循環(huán)，末端共有8個(gè)熱交換機(jī)房，供水流量由設(shè)在每個(gè)末端的回水電動(dòng)閥控制，如圖2所示，為保障設(shè)定的回水溫度，回水電動(dòng)閥會(huì)通過閥門開度大小調(diào)節(jié)旁通管的流量及走向，若回水高于設(shè)定溫度，回水電動(dòng)閥將開度打開，更多的冷水通過旁通管與末端高溫水混合，降低混水溫度；若回水低于設(shè)定溫度，回水電動(dòng)閥將開度減小，末端回水將通過旁通管與供水混合繼續(xù)供向三次泵。

在實(shí)際運(yùn)行中我們發(fā)現(xiàn)，由于末端負(fù)荷不斷變化，為了滿足回水溫度的控制，各熱力交換站的閥門波動(dòng)次數(shù)非常頻繁，如圖3所示，圓圈內(nèi)曲線代表了閥門波動(dòng)情況。

閥門波動(dòng)頻繁導(dǎo)致閥門的使用壽命受到影響，運(yùn)行至今已有閥門因?yàn)閯?dòng)作頻繁導(dǎo)致故障發(fā)生，另一方面也使得整個(gè)供水流量不停波動(dòng)，流量在2000～4000 m3/h之間變化，導(dǎo)致二次水泵頻繁加減機(jī)，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行不利。

1.2 流量波動(dòng)控制

為了優(yōu)化運(yùn)行，我們?cè)O(shè)想通過控制每個(gè)熱力交換站內(nèi)的回水電動(dòng)閥開度范圍，減少閥門的波動(dòng)次數(shù)，同時(shí)穩(wěn)定供水流量，也就是將閥門的開度范圍由原先的0～100調(diào)整成適當(dāng)范圍，由于閥門開度受到限制后，回水溫度的控制將會(huì)有一定的波動(dòng)，如何設(shè)置最佳的開度范圍，使得回水溫度與供水流量的波動(dòng)達(dá)到相對(duì)的平衡是研究的難點(diǎn)，由于每個(gè)板交都是獨(dú)立的一個(gè)控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)的供冷區(qū)域?qū)囟鹊囊笠膊煌?，我們只能?duì)各板交進(jìn)行模糊調(diào)整，再根據(jù)溫度反饋逐步進(jìn)一步微調(diào)，總體目標(biāo)是在保證各板交溫度在一定范圍內(nèi)，回水總溫度能滿足運(yùn)行的要求。詳細(xì)如圖4所示。

通過對(duì)8個(gè)板交機(jī)房回水電動(dòng)閥開度的修改，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行觀察，8個(gè)熱力交換站內(nèi)的回水溫度基本都能保持在11.0 ℃～14.0 ℃之間，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)結(jié)合冷凍機(jī)的運(yùn)行效率，這樣的回水總溫度范圍能夠滿足日常運(yùn)行的要求，如圖5所示，采集數(shù)據(jù)為連續(xù)運(yùn)行時(shí)段的回水溫度數(shù)據(jù)。

在滿足回水溫度要求的同時(shí)，供水流量波動(dòng)的情況，如圖6所示，通過設(shè)置了各板交回水閥門的開度范圍，供水流量現(xiàn)在2000～3500 m3/h之間波動(dòng)，能夠解決水泵頻繁啟停機(jī)的問題，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)為連續(xù)運(yùn)行時(shí)段內(nèi)的供水流量數(shù)據(jù)。

2 運(yùn)行效果檢查

經(jīng)過整個(gè)供冷季的運(yùn)行，我們收集了完整的閥門開度的變化數(shù)據(jù)，以及相對(duì)應(yīng)的板交回水溫度及總回水溫度的變化數(shù)據(jù)和供水流量數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)分析可以判斷各板交的閥門開度設(shè)置的合理性。

我們以供冷量最大的5#板交為例，閥門波動(dòng)及溫度采集時(shí)間均為1 min，我們截取其中10天的數(shù)據(jù)作為分析之用，5#板交閥門的設(shè)置情況，如圖7所示，閥門開度在33%～55%之間來回動(dòng)作。

具體的變化情況如圖8所示，根據(jù)負(fù)荷的變化引起回水溫度的變化，從而閥門動(dòng)作，調(diào)整最后的混水溫度在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。從溫度的變化情況可以看出，數(shù)據(jù)后期回水溫度較低（小于10 ℃），此時(shí)閥門應(yīng)當(dāng)減小開度，增加高溫回水參與總回水的混合，而由于閥門開度已到達(dá)下限，所以無法繼續(xù)做出反應(yīng)，導(dǎo)致混水溫度不斷降低，同時(shí)我們可以看到回水最高溫度都沒有超過13.5 ℃，說明閥門的上限控制能夠很好的滿足運(yùn)行的需要，所以我們提出建議，將5#板交的閥門開度下限調(diào)小，可以嘗試設(shè)置成25%后在運(yùn)行過程中繼續(xù)觀察。

3 結(jié)語

我們希望通過改變回水控制方式，來實(shí)現(xiàn)供水流量波動(dòng)與回水溫度之間的平衡，在此次供冷季中的嘗試摸索，初步解決了閥門動(dòng)作頻繁，故障率高的問題以及供水流量不穩(wěn)定，水泵頻繁啟停機(jī)的問題，但是對(duì)各板交的回水溫度控制上仍有所欠缺，這將作為下一階段的深化研究，最終形成一套適合虹橋西區(qū)能源中心供冷系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的控制模式。

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