中央空調主機系統節能在輪胎制造車間的應用

蘇 亭 錢瑯瑛 劉 玲

（1.杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州310018；2.杭州環保成套工程有限公司，浙江 杭州310008）

1 項目介紹

杭州朝陽橡膠有限公司位于杭州下沙經濟技術開發區，占地面積28萬m2，目前是全國最大的全鋼子午線輪胎生產基地，在全國單產名列第一。公司的裁斷、成型和胎胚存放以及擴建區域對恒溫恒濕環境的工藝要求：溫度（23±3）℃，濕度≤55%。空調服務建筑面積約140 000m2，設計采用離心水冷主機和組合式空氣處理機組終端的方式進行制冷和加熱。主機水系統配置1#、2#、全鋼共3個制冷站，設備情況如表1所示。

表1 設備情況

目前主機采用一次泵定流量運行模式，擬采用一次泵變流量系統，達到節能運行的目的。

2 目前系統存在的問題

公司擁有國內規模最大的全鋼子午輪胎生產線，工藝車間制冷面積大，熱負荷高，且輪胎生產工藝對溫濕度要求非常高，所以對中央空調夏季制冷除濕的控制要求需要非常精確。

公司中央空調系統系大型水系統中央空調，集中供冷，機組功率高，每年的能耗巨大，且常年運行易出現以下問題：（1）長輸送距離帶來了滯后性。由于輪胎工藝車間供冷面積大，能量輸送距離較長（均超100m），因而具有使用冷熱負荷變化大、熱惰性大、時滯性強的特點。當末端負荷需求變化時無法及時滿足該需求。（2）冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機輸送能耗效率較低。電制冷離心冷水機組可根據負荷的變化自行加（減）載運行，但其冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機等設備在運行中無法根據熱負荷變化實時調整輸出功率，這就造成了離心冷水機組運行效率發生偏移。（3）系統分析、診斷、管理手段的缺乏。中央空調系統缺乏對能源中心實時運行狀況進行檢測、分析、診斷、管理及對當前數據進行采集和備份的有效手段。

3 中央空調系統節能配置

為響應國家“十一五”“十二五”節能減排號召，實現建設資源節約型、環境友好型企業的發展目標，在原有中央空調系統設備的基礎之上，分別對1#、2#、全鋼3個制冷站進行節能改造（采用BKS600系列控制系統），最終企業能源節約取得明顯成效，能源利用效率得到明顯提高。其中，中央空調系統節能配置如表2所示。

表2 中央空調系統節能配置

4 中央空調系統節能控制

4.1 中央空調系統節能控制原理

BKS600中央空調管理專家系統全面采集影響中央空調系統運行的各種參數，傳送至系統控制中心模糊控制柜，模糊控制單元依據模糊推理規則及系統的歷史運行數據，推算出未來時刻系統所需要的冷量（或熱量）及系統的優化運行參數，并利用變頻技術自動控制水泵的轉速，以調節空調水系統的循環管流量，保證中央空調主機轉換效率最高以及系統在各種負荷條件下均處于最佳工作狀態，從而實現綜合優化節能。中央空調系統節能控制原理圖如圖1所示。

圖1 中央空調系統節能控制原理圖

4.2 中央空調系統節能控制效果

通過采用BKS600中央空調管理專家系統，中央空調系統實現了計算機自動化管理，完美解決了之前存在的問題，且水泵將長期工作在低轉速狀態下，啟、停均過渡平穩，可大大減少對電網的沖擊和對電機的磨損，降低設備故障率，延長設備使用壽命，降低設備維修成本。

4.3 中央空調系統節能控制策略

4.3.1 冷凍水預期模糊控制策略

當環境溫度、空調末端負荷發生變化時，各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量亦隨之變化，流量計、壓差傳感器和溫度傳感器將檢測到的這些參數經現場模糊控制箱送至模糊控制柜；模糊控制柜內模糊控制器依據所采集的實時數據及系統歷史運行數據，實時預測計算出末端空調負荷所需的冷量（或熱量），控制冷凍水泵轉速，改變其流量使冷凍水系統的供回水溫度、溫差、壓差和流量運行在模糊控制器給出的最優值。

此控制策略可最大限度地規避中央空調水系統長距離輸送產生的滯后性，減少冷量（或熱量）輸送過程中造成的損失。冷凍水模糊控制建模流程如圖2所示。

圖2 冷凍水模糊控制建模流程圖

4.3.2 冷卻水預期模糊控制策略

當環境溫度、空調末端負荷發生變化時，中央空調主機的負荷率將隨之變化，系統的最佳轉換效率也隨之變化。模糊控制器在動態預測控制冷媒循環的前提下，依據所采集的空調系統實時數據及系統的歷史運行數據，計算出冷卻水最佳進、出口溫度，并與檢測到的實際溫度進行比較，根據其偏差值，動態調節冷卻水的流量和冷卻塔風量，使系統轉換效率逼近不同負荷狀態下的最佳值，從而最大限度地降低中央空調系統的運載能耗。

利用冷卻水模糊控制策略，實現空調冷卻水溫度的自動尋優，并據此調節冷卻水流量和冷卻塔風量，使空調系統在任何負荷條件下都高效運行，實現中央空調系統效率最佳。冷卻水模糊控制建模流程如圖3所示。

圖3 冷卻水模糊控制建模流程圖

4.3.3 主機群控技術控制策略

根據當前負荷狀況和歷史記錄的中央空調主機效率負荷特性，選擇一種使中央空調主機負荷率最接近其高效率點的運行臺數組合，實現中央空調主機效率與負荷的大致匹配，保證中央空調主機盡可能在高效率狀態運行。

4.3.4 泵組優選控制策略

以輸送能耗最低為目標，根據所輸送流量的變化、泵組的具體構成及其效率特性，通過模糊控制器中所建立的水泵優選配置模型，得到在滿足流量及揚程前提下的最佳運行水泵臺數及其運行頻率，使泵組總功耗最低，實現泵組最佳節能。實際使用過程中泵組變頻控制柜實例圖如圖4所示。

圖4 泵組變頻控制柜實例圖

5 項目總結

（1）項目歷時半年，通過使用BKS600中央空調管理專家系統取得了明顯的節能成效，經測量，1#、2#、全鋼3個制冷站平均節電率為26.62%。（2）中央空調節能改造效果顯著，年節電約760萬k W·h，節約電費433.2萬元（每k W·h按0.57元計算），項目投資回收期約為一年半。（3）系統節能率測算方式為：定流量與變流量切換對比測量，即連續15天，工頻、變頻切換測量計算。節能量＝工頻總能耗量－變頻總能耗量；節能率＝節能量÷工頻總能耗量。（4）1#、2#、全鋼3個制冷站的設計能效比為6.27（一級能效），通過對中央空調系統進行節能改造，測量得出中央空調主機的實際能效比保證在6.0以上，既實現了中央空調系統的節能，又使得中央空調主機運行在最佳效率范圍內。（5）1#、2#、全鋼3個制冷站經節能技術改造后計算得到的冷負荷滿足工藝要求，說明BKS600中央空調管理專家系統在實現中央空調有效節能的基礎上，既能滿足末端輪胎生產工藝對溫濕度的要求，又能使中央空調設備安全穩定地運行。

［1］李玉街，蔡小兵，郭林.中央空調系統模糊控制節能技術及應用［M］.北京：中國建筑工業出版社，2009

［2］GB/T26759—2011 中央空調水系統節能控制裝置技術規范［S］