地鐵超高效冷凍機房冷水機組節能控制研究

楊仕成

【摘 要】隨著我國軌道交通事業的發展及生態環境的惡化，節能減排顯得日益重要。本文主要進行了地鐵站內空調通風系統冷水機組的節能控制研究，分析了典型大小機頭機組的運行狀態并給出了參考控制方案，能一定程度上實現節能運行。本文可供軌道交通領域空調自控系統的節能設計提供參考。

【關鍵詞】地鐵；冷水機組；節能控制

1 高效冷凍機房網絡結構

整個系統采用集中管理，分散控制的集散式控制方式，既解決了數據集中分析管理的要求，又實現了控制層的獨立控制，降低系統故障率，提高了系統的穩定與可靠性。主站中央控制柜中使用的是Siemens 1500系列plc，其通過網線與各個從站的通信模塊進行連接，中央控制柜與各個上位機通過光纖進行通信，并為BAS預留通訊接口，用modbus和BAS進行通訊，從而實現了集中管理，分散控制，系統穩定可靠。為便于遠程管理監控，本系統采用fbox 4G網絡通訊，可以實時對系統進行遠程監控，有利于在線分析車站的能耗比，進一步提高本空調系統的運行效率，降低能耗。

2 高效冷凍機房冷水機組節能控制方案

2.1 冷水機組開機策略及單機組負荷率分析

冷凍機房冷源為2臺400RT大小機頭雙螺桿機組，1臺271RT大小機頭雙螺桿機組，在全運行周期內，通過調整機組臺數、壓縮機臺數，以及機組容量調節，可以保證單臺機組或單臺壓縮機的負荷率保持在60%以上。具體見表2.1。

2.2 冷水機組開機優化控制

系統先根據室外新風溫濕度來預判首次開機時采用的開機組合，在冷水機組完成開機動作并輸出了相應的冷量后計算系統的負荷率和單機組/單機頭負荷率，根據系統的負荷率和單機組/單機頭負荷率選擇合適的組合方式。

但實際上由于負荷是波動的，各開機組合之間的切換需要一定控制邏輯及響應時間要求，因此實際的開機策略需調整，使得各開機組合方式之間所負責的冷負荷范圍有一定的重合區間，經過計算分析，優化后的開機策略及機組加減載動作時機如下表2.2所示。

表 2.2

2.3 壓縮機同步加減載控制

每臺機組兩個壓縮機在從單臺運行轉入兩臺同步運行時，兩臺壓縮機加載負荷率f（y）以50%為起點同步向上加載，由冷凍機房節能控制系統判斷組合方式需要改變，此時的單機組/單機頭負荷率f（x）一定>50%，已經在運行的壓縮機先將負荷率f（y）減載到50%，然后開啟另一臺壓縮機并將這一臺壓縮機的負荷率f（y）增載到50%，兩臺壓縮機負荷率f（y）都到50%之后，再同步加載到冷凍機房節能控制系統計算出的當前加載負荷率f（y）。

2.4 壓縮機負荷控制

壓縮機加載負荷率的控制主要通過控制壓縮機的滑閥位置來實現。壓縮機根據冷凍水供水總管溫度控制，設定供水溫度設定值、控制溫度死區值。如果冷凍水供水溫度在設定值之內是，壓縮機保持當前負載狀態運行，當冷凍水供水總管溫度高于設定值時，每隔一段時間對水溫采一次樣，計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，壓縮機為步進加載，每步加載3%-5%。如果水溫水溫變化△T為負值，即水溫變化△T為下降趨勢，壓縮機為步進加載，每步加載1%-2%。當冷凍水供水總管溫度低于設定溫度時，此時每隔一段時間對水溫采一次樣，計算采樣后水溫變化△T，如果水溫變化△T為正值，即水溫變化△T為升高趨勢，壓縮機為步進減載，每步減載3%-5%。如果水溫變化△T為負值，即水溫變化△T為下降趨勢，壓縮機為步進減載，每步減載1%-2%。

3 各冷負荷率下機房平均能效分析

各冷負荷率下制冷機房平均能效比計算值如表3.1所示，在各負荷率區間能效比均大于5.5。

表 3.1 各冷負荷率下制冷機房平均能效比

以上參數是在冷卻水溫度為30.5℃/35.5℃工況下計算的。實際上在一般情況下冷卻水溫度更低，因此制冷效率更高，制冷機房的能效比也會更高。

4 結束語

地鐵超高效冷凍機房的節能控制研究對于當前面臨的能源緊缺問題不失為一個有效的途徑，采用節能控制的冷凍機房系統相對于傳統機房能夠明顯提高能效比。endprint