基于Carrier CCN系統的冷水機組節能群控方案對比分析與研究

丁才成 馮荷蘭

【摘要】本文以武進水務大廈這幢5A級智能辦公大樓為設計背景，進行冷水機組傳統控制策略與優化設計控制策略的對比分析與研究，經過系統的單機、聯機調試及試運行表明，設計的冷水機組節能控制系統運行安全、可靠、節能，控制方案合理。

一、工程概況

武進水務大廈由3臺制冷機組組成，其中2臺制冷量為1250KW的螺桿式制冷機型號為30XW和1臺875KW的螺桿式制冷機型號為30HXC，2臺流量為200t/h的冷凍水泵，1臺流量為120t/h的冷凍水泵，2臺流量為290t/h的冷卻水泵，2臺流量為180t/h的冷卻水泵（一用一備），兩臺冷水補水泵組成。

二、傳統的冷水機組控制策略

目前冷機的節能控制策略有2種方案，第一種采用回水溫度法，第二種采用冷量控制法。

1、冷凍水回水溫度法

采用冷凍水回水溫度法進行冷水機組的臺數控制適用于冷水機組設定出水溫度的空調系統中，一般冷凍水出水溫度設定在7℃，回水溫度一般設定在12℃，不同的回水溫度代表不同的冷量需求，根據冷量的需求進行冷水機組的臺數控制。

理論上回水溫度可以反映冷量的需求，但是對傳感器的精度要求較高，目前精度最好的鉑溫度傳感器精度在0.4℃，而冷凍水供回水溫差一般在5℃左右，因此控制精度不可能很高，為防止冷機頻繁啟動，一般采用手動控制啟停，自動監測運行狀態，大大影響了冷機的節能效果[20]。

2、冷量控制法

冷量控制法就是根據冷凍水供回水溫度差及流量可以計算出整個空調冷源系統總的冷量需求[21]，從而決定冷機的臺數。供水溫度T1、回水溫度T2，供水流量Q如圖3-1所示。

Q=41.868×L×（CPT2×T2-CPT1×T1） （2-1）

式中Q為空調所需的冷負荷，L為冷水機組的回水流量， T1為冷水機組的供水溫度，T2為冷水機組的回水溫度，CPT1：對應于T1時水的比熱容， CPT2：對應于T2時水的比熱容。

由公式可以知道當空調冷負荷增加時，回水溫度T2上升，溫差△T=（T2-T1）就會增加，因此Q值上升。當空調冷負荷需要減少，回水溫度T2下降，溫差△T=（T2-T1）就會降低，因此Q值下降。當系統進入穩態后，樓控系統實時計算冷負荷的需求，根據計算結果自動控制冷機的臺數，從而達到節能的目的。

傳統的冷機加載/卸載策略還有其它缺陷：1. 流量數值的精確度比較難保證，目前市場上流量計的種類很多，電磁式、渦輪式等等，其安裝位置，安裝方式、測量介質都有嚴格要求，任何的忽視都將使測量有偏差。其次，不少流量計允許滿流量值可設置，其數值一般應該根據對應水泵的額定流量來確定，這里的誤差已經非常大。再次，讀到的流量值怎么判斷正確與否，現場沒有比對值。2. 在變水量系統中末端負荷的變化使流量變化波動較大，導致傳統測量方式計算冷量波動較大，如果以這個參數作為冷機臺數切換閾值，會導致冷機在切換點頻繁啟停，導致冷機設備損壞[22]。

三、優化設計的冷水機組控制策略

在武進水務大廈冷機節能控制采用CCN（Carrier Comfort Network）系統，CCN系統是開利公司使用的冷凍機組能源效率管理系統。該系統可以全面管理開利公司的冷水機組，同時能夠無縫集成第三方控制系統[23]。CCN系統架構圖如下圖1所示。

圖1 CCN系統架構示意圖

（1）冷機加減載策略研究

a、冷機加載策略

1）當溫度傳感器所測的冷凍水供水溫度高于當前的冷凍水供水溫度設定點與一個可修改的溫度偏差值之和；

2）已運行的冷機的平均負荷是否已接近100%（可修改）；

3）冷機出水水溫的降低速度是否小于0.5F/min（可修改）；

4）一定的平穩運行延時是否已到 （可修改）；

當以上四條判據都符合時系統可以進入冷機加載模式；

圖2 冷機加載策略流程圖

冷機加載策略如上圖2所示，例如當冷凍水供水溫度設定值為7℃，設定偏差值為1℃，當供水溫度檢測值在9：00AM為9.5℃時，在9：01AM為9℃，降溫速率小于0.5℃/min，目前冷機負荷已經達到95%，延時時間15min已到，這時滿足冷機加載條件，將完成冷機加載動作。

b、冷機減載策略

1）目前運行的機組臺數多于一臺；

2）運行機組的平均負載小于某個設定值（一般為65%～69%）；

3）當溫度傳感器所測的冷凍水供水溫度，小于當前的冷凍水供水溫度設定點與一個可調整溫度偏差值的0.6倍之和；

4）機組停機的延遲時間已經結束（延遲時間可以設定）；

當以上四條判據都符合時系統可以進入冷機減載模式。冷機減載策略圖如下圖3所示。

圖3冷機減載策略流程圖

例如當冷凍水供水溫度設定值為7℃，設定偏差值為1℃，當供水溫度檢測值為7.2℃時（<7+1*0.6=7.6℃），目前冷機平均負荷已經降到58%，延時時間15min已到，這時滿足冷機減載條件，將完成冷機減載動作。

下圖為武進水務大廈7月份的某天冷水機組的運行加減載情況分析圖，從中我們可以看到，綠色線是一臺制冷機組的運行時段，粉色線是第二臺制冷機組的運行時段，黃色線是第三臺制冷機組的運行時段，紫色線是制冷機組出水溫度設定值，紅色線是制冷機組實際出水溫度。

機組從7：00AM啟動，1#冷機投入運行，出水溫度持續在設定與偏差值的和之上，延時20min后，進入冷機加載程序模式，在7：32AM 2#冷機投入運行，此時出水溫度依舊持續在設定與偏差值的和之上，在9：12AM 3#冷機投入運行，在19：46PM，，出水溫度持續在設定與偏差值的0.6倍以下，持續20min后在20：06min 3#冷機停機，在21：50PM 2#冷機停機，在23：30min 1#冷機停機。

四、項目運行效果及結束語

從下圖可見，由于武進水務大廈采用CCN冷機群控系統后使冷機的冷凍水出水溫度始終保持在設定值允許工程偏差范圍內波動，達到了比較好的控制精度，也說明了這個冷機加卸載控制策略比較合理，既避免冷機的頻繁啟停，又適時的實現冷機加卸載。

圖4武進水務大廈某天冷機減載情況分析圖