地鐵超高效冷凍機(jī)房冷水機(jī)組節(jié)能控制研究

楊仕成

【摘 要】隨著我國軌道交通事業(yè)的發(fā)展及生態(tài)環(huán)境的惡化，節(jié)能減排顯得日益重要。本文主要進(jìn)行了地鐵站內(nèi)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)冷水機(jī)組的節(jié)能控制研究，分析了典型大小機(jī)頭機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)并給出了參考控制方案，能一定程度上實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。本文可供軌道交通領(lǐng)域空調(diào)自控系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】地鐵；冷水機(jī)組；節(jié)能控制

1 高效冷凍機(jī)房網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)采用集中管理，分散控制的集散式控制方式，既解決了數(shù)據(jù)集中分析管理的要求，又實(shí)現(xiàn)了控制層的獨(dú)立控制，降低系統(tǒng)故障率，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠性。主站中央控制柜中使用的是Siemens 1500系列plc，其通過網(wǎng)線與各個(gè)從站的通信模塊進(jìn)行連接，中央控制柜與各個(gè)上位機(jī)通過光纖進(jìn)行通信，并為BAS預(yù)留通訊接口，用modbus和BAS進(jìn)行通訊，從而實(shí)現(xiàn)了集中管理，分散控制，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。為便于遠(yuǎn)程管理監(jiān)控，本系統(tǒng)采用fbox 4G網(wǎng)絡(luò)通訊，可以實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，有利于在線分析車站的能耗比，進(jìn)一步提高本空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低能耗。

2 高效冷凍機(jī)房冷水機(jī)組節(jié)能控制方案

2.1 冷水機(jī)組開機(jī)策略及單機(jī)組負(fù)荷率分析

冷凍機(jī)房冷源為2臺(tái)400RT大小機(jī)頭雙螺桿機(jī)組，1臺(tái)271RT大小機(jī)頭雙螺桿機(jī)組，在全運(yùn)行周期內(nèi)，通過調(diào)整機(jī)組臺(tái)數(shù)、壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)，以及機(jī)組容量調(diào)節(jié)，可以保證單臺(tái)機(jī)組或單臺(tái)壓縮機(jī)的負(fù)荷率保持在60%以上。具體見表2.1。

2.2 冷水機(jī)組開機(jī)優(yōu)化控制

系統(tǒng)先根據(jù)室外新風(fēng)溫濕度來預(yù)判首次開機(jī)時(shí)采用的開機(jī)組合，在冷水機(jī)組完成開機(jī)動(dòng)作并輸出了相應(yīng)的冷量后計(jì)算系統(tǒng)的負(fù)荷率和單機(jī)組/單機(jī)頭負(fù)荷率，根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)荷率和單機(jī)組/單機(jī)頭負(fù)荷率選擇合適的組合方式。

但實(shí)際上由于負(fù)荷是波動(dòng)的，各開機(jī)組合之間的切換需要一定控制邏輯及響應(yīng)時(shí)間要求，因此實(shí)際的開機(jī)策略需調(diào)整，使得各開機(jī)組合方式之間所負(fù)責(zé)的冷負(fù)荷范圍有一定的重合區(qū)間，經(jīng)過計(jì)算分析，優(yōu)化后的開機(jī)策略及機(jī)組加減載動(dòng)作時(shí)機(jī)如下表2.2所示。

表 2.2

2.3 壓縮機(jī)同步加減載控制

每臺(tái)機(jī)組兩個(gè)壓縮機(jī)在從單臺(tái)運(yùn)行轉(zhuǎn)入兩臺(tái)同步運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)壓縮機(jī)加載負(fù)荷率f（y）以50%為起點(diǎn)同步向上加載，由冷凍機(jī)房節(jié)能控制系統(tǒng)判斷組合方式需要改變，此時(shí)的單機(jī)組/單機(jī)頭負(fù)荷率f（x）一定>50%，已經(jīng)在運(yùn)行的壓縮機(jī)先將負(fù)荷率f（y）減載到50%，然后開啟另一臺(tái)壓縮機(jī)并將這一臺(tái)壓縮機(jī)的負(fù)荷率f（y）增載到50%，兩臺(tái)壓縮機(jī)負(fù)荷率f（y）都到50%之后，再同步加載到冷凍機(jī)房節(jié)能控制系統(tǒng)計(jì)算出的當(dāng)前加載負(fù)荷率f（y）。

2.4 壓縮機(jī)負(fù)荷控制

壓縮機(jī)加載負(fù)荷率的控制主要通過控制壓縮機(jī)的滑閥位置來實(shí)現(xiàn)。壓縮機(jī)根據(jù)冷凍水供水總管溫度控制，設(shè)定供水溫度設(shè)定值、控制溫度死區(qū)值。如果冷凍水供水溫度在設(shè)定值之內(nèi)是，壓縮機(jī)保持當(dāng)前負(fù)載狀態(tài)運(yùn)行，當(dāng)冷凍水供水總管溫度高于設(shè)定值時(shí)，每隔一段時(shí)間對(duì)水溫采一次樣，計(jì)算采樣后后水溫變化△T，如果水溫水溫變化△T為正值，即水溫變化△T為升高趨勢，壓縮機(jī)為步進(jìn)加載，每步加載3%-5%。如果水溫水溫變化△T為負(fù)值，即水溫變化△T為下降趨勢，壓縮機(jī)為步進(jìn)加載，每步加載1%-2%。當(dāng)冷凍水供水總管溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，此時(shí)每隔一段時(shí)間對(duì)水溫采一次樣，計(jì)算采樣后水溫變化△T，如果水溫變化△T為正值，即水溫變化△T為升高趨勢，壓縮機(jī)為步進(jìn)減載，每步減載3%-5%。如果水溫變化△T為負(fù)值，即水溫變化△T為下降趨勢，壓縮機(jī)為步進(jìn)減載，每步減載1%-2%。

3 各冷負(fù)荷率下機(jī)房平均能效分析

各冷負(fù)荷率下制冷機(jī)房平均能效比計(jì)算值如表3.1所示，在各負(fù)荷率區(qū)間能效比均大于5.5。

表 3.1 各冷負(fù)荷率下制冷機(jī)房平均能效比

以上參數(shù)是在冷卻水溫度為30.5℃/35.5℃工況下計(jì)算的。實(shí)際上在一般情況下冷卻水溫度更低，因此制冷效率更高，制冷機(jī)房的能效比也會(huì)更高。

4 結(jié)束語

地鐵超高效冷凍機(jī)房的節(jié)能控制研究對(duì)于當(dāng)前面臨的能源緊缺問題不失為一個(gè)有效的途徑，采用節(jié)能控制的冷凍機(jī)房系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)房能夠明顯提高能效比。endprint