淺談廠務系統(tǒng)冷熱源控制方法

陶洪洋 方璇

摘 要：本文介紹了薄膜新能源領域用到的廠務系統(tǒng)的核心組件-冷熱源設備。冷熱源設備是工業(yè)中普遍使用的一種公用設備，對其合理的分配及使用，是保障生產(chǎn)的需要，更直接的體現(xiàn)了一個現(xiàn)代化工廠對能耗的優(yōu)化管理水平。

關鍵詞：廠務系統(tǒng);冷水機組;優(yōu)化控制

背景資料

新能源一直是國家重點扶植方向，作為一名建材行業(yè)裝配板塊的工程人員，為該產(chǎn)業(yè)研發(fā)最適用的設備，尋求最優(yōu)的控制，一直是義不容辭的責任與使命。銅銦鎵硒太陽能技術是繼晶硅太陽能技術之后的重大技術創(chuàng)新，也是國際公認的太陽能發(fā)電技術的未來發(fā)展方向，具有光譜利用率高、溫度系數(shù)低、制造工藝綠色環(huán)保及弱光效應好等顯著特點。理論光電轉換效率位居各種薄膜太陽能之首，適用于光伏建筑一體化（BPV），戶用發(fā)電，智慧農(nóng)業(yè)，新能源汽車，電子產(chǎn)品等領域，銅銦鎵硒是未來5年新能源發(fā)展主要方向之一，廠務系統(tǒng)冷熱源設備必不可少，本文主要闡述一種普遍的廠務系統(tǒng)冷熱源控制方法。

實施智能控制的中央空調(diào)冷熱源系統(tǒng)，一般由冷卻塔、冷凍水泵、冷卻水泵以及冷水機組等設備組成，月均用電量占整個中央空調(diào)系統(tǒng)能耗的50%以上。事實告訴我們，兩臺及以上冷水機組共同啟用時，依靠傳統(tǒng)的人工操作會造成電能的巨大浪費。也就是說，冷熱源系統(tǒng)節(jié)能控制的意義首先是保證冷水機制冷量滿足冷負荷的需求，同時讓空調(diào)設備能量消耗最小，從而使其得到安全運行及便于維護管理，確保良好的經(jīng)濟效益和社會效益，簡單地來說，就是要節(jié)能和優(yōu)化管理。

本系統(tǒng)簡介

本系統(tǒng)采用智能控制系統(tǒng)，選用專門的網(wǎng)絡引擎與冷水機組控制單元通訊，根據(jù)負荷相應地改變啟停臺數(shù)實現(xiàn)群控，輔機如冷卻水泵、冷卻塔、冷凍水泵等也一同由控制器統(tǒng)一控制。

本套廠務系統(tǒng)冷熱源的監(jiān)測與控制，由以下幾個方面功能構成：1.基本參數(shù)的測量。主要有：冷水機、冷凍水泵、冷卻塔風機的運行和故障參數(shù);冷凍水循環(huán)系統(tǒng)總管的溫度、流量和壓力;冷卻水循環(huán)系統(tǒng)總管以及冷凍、冷卻水路的電動閥門的開關狀態(tài)。有了這些參數(shù)的測量，才能確保冷熱源系統(tǒng)能夠在可控范圍內(nèi)正常運行。

2.一般的能量調(diào)控。尤其關注冷水機組自身的能量調(diào)控，導葉的開度會隨著機組根據(jù)水溫的變化自動調(diào)節(jié)，與此同時，冷凍機組變頻器的輸出頻率，電機的實際電流會隨之改變。此外，多極并聯(lián)運行時，系統(tǒng)能依據(jù)負荷需求，經(jīng)由聯(lián)機方案判斷冷凍機組及其附屬設備的開啟臺數(shù)及順序。通過采集系統(tǒng)的溫差或壓差及主機需求的最小水量來調(diào)節(jié)水泵的轉速，從而節(jié)省水泵的能耗。通過采集室外大氣濕球溫度及冷卻水溫度調(diào)節(jié)雙速冷卻塔的風機，在低負荷季節(jié)可以節(jié)省水泵的能耗。

3.冷熱源系統(tǒng)的全面調(diào)節(jié)與控制。手動輸入設定值，讀取實際測量參數(shù)，比較分析兩者的差異，合理設置設備的開停順序以及選擇理想節(jié)能的設備運行臺數(shù)，從而實現(xiàn)“無人看守”。這是廠務系統(tǒng)發(fā)揮其可計算性分析的優(yōu)勢，通過合理的調(diào)節(jié)控制，使能耗得以降低，進而經(jīng)濟效益得以提高，也是廠務控制系統(tǒng)與常規(guī)儀表調(diào)節(jié)或手動調(diào)節(jié)的主要區(qū)別所在。

廠務系統(tǒng)中冷熱源的控制直接關系到產(chǎn)品的能效及產(chǎn)品的成品率，眾所周知，空調(diào)系統(tǒng)一年內(nèi)也只有幾天（甚至一天沒有）會滿負荷運行，也就是說絕大部分情況下處于非滿負荷狀態(tài)，進而決定了冷水機組的不飽滿運行狀態(tài)。如果各末端用戶具有良好的冷量自動控制及流量分配，那么冷水機組的產(chǎn)冷量必須與用戶的需要相匹配，冷熱源系統(tǒng)的節(jié)能就要通過恰當?shù)卣{(diào)節(jié)主機運行狀態(tài)，提高其制冷效率（COP）值，降低冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔電耗來獲得。當用戶末端采用變水量時，冷凍水系統(tǒng)還必須根據(jù)新的運行工況提供新的水量和揚程，以減少流量和揚程的過盈供應，減少調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，并盡可能使水泵在效率最高點運行。在多臺并聯(lián)的冷水機組運行時，盡量使機組處于滿載狀態(tài)運行是節(jié)能的重要措施之一。這就是機組的臺數(shù)控制，也是聯(lián)機方案的關鍵。

聯(lián)機方案方案

聯(lián)機方案是廠務系統(tǒng)的關鍵組成部分，提供對于多臺冷水機組和它們的附屬設備如水泵、閥門、冷卻塔等之間的智能化控制構架，以此來簡化操作，優(yōu)化能量利用和系統(tǒng)性能。自動根據(jù)系統(tǒng)負荷的變化來進行控制，同時綜合運行主機的實際負荷，自動進行主機負荷的調(diào)配，選擇最適合的機組運行或需運行的機組的組合，優(yōu)化系統(tǒng)控制。

（1）機組加機方案

由于系統(tǒng)組能夠鎖定離心機組出水溫度為7℃，當回水溫度上升時，離心機組感應到水溫的變化，此時離心機組則根據(jù)自身負荷調(diào)節(jié)的能力上載制冷負荷，當該臺冷凍機的系統(tǒng)負荷上升到其電流百分比FLA%到達95%（更具實際情況，可調(diào)）時，控制系統(tǒng)啟動另外機組加機延時8Min（更具實際情況，可調(diào)），在這啟動延時期后，如果FLA%>95%，且K>200（見式A）時，那么說明單臺機組的滿載運行和水泵的滿載運行已不足以滿足系統(tǒng)負荷值，且冷凍水出水溫度滿足不了出水溫度設定值，于是應該啟動下一臺機組。

具體而言即是：K=（CHWT-CHWT.STP）/0.0015——式A

式中： CHWT ——冷凍水出水溫度

CHWT.STP ——冷凍水出水溫度的設定值（7℃）

（下轉第130頁）

（上接第128頁）

設定冷凍水出水溫度值為7℃，當K≥200時，同時冷凍機組的電流百分比FLA%≥95%，則下一臺機組自動開啟。

另外當確定需要加載冷水機組時，水流波動可能造成機組的保護性停機，為了避免此狀況的發(fā)生，一般將正在運行機組的制冷量降低，如降到額定制冷量的60%，修改旁通閥流量設定值，接著打開一臺冷水泵，逐漸（一般3分鐘）打開加載冷水機組的隔離閥，當隔離閥全部打開后，啟動加載冷水機組，最后恢復制冷量限定。

（2）機組減機方案

在方案設計中管道的末端裝有壓差傳感器，當車間生產(chǎn)設備減少，系統(tǒng)負荷變小，壓差傳感器數(shù)值隨即變大，總管處的回水溫度也會跟著減小，蒸發(fā)溫度也降低。此時冷水機組會降低自身的制冷能力，當單臺機組最大容量可以滿足已運行機組的制冷量總計時，顯然可以減少運行機組數(shù)量，進而保證余下的運行機組提高制冷量運行在較高負載工況下（機組在較高負載下可以有較好的能效比）。在不同的運行臺數(shù)下，用以判斷減少機組的FLA%是不同的。如果FLA%<減機的FLA%設定值，且K2>200時，則說明可以減少機組來滿足系統(tǒng)負荷值，且冷凍水回水溫度無法穩(wěn)定在回水溫度設定值上，只能將選定關閉需要停止的機組，過一定時間穩(wěn)定后，關閉其它輔助設備。

方案若有熱源的情況下，機組的卸載順序與加載順序與前面相反，首先卸載不帶熱回收的機組，并關閉其入口電動閥和循環(huán)水泵。當負荷繼續(xù)減小時，調(diào)節(jié)熱回收離心機組的導流葉片，從而使輸出制冷量降低。當負荷降低到極限值時，程序控制繼續(xù)卸載這臺離心機組并同時關閉相關附件。此時，僅靠一臺離心機組的調(diào)節(jié)來滿足末端負荷。

其中：K2=（ CHET.STP - CHET）/0.0015

CHET ——冷凍水回水溫度

CHET.STP ——冷凍水回水溫度的設定值（12℃）

即設定冷凍水回水溫度值為12℃，當K2≥200時，同時冷凍機組的電流百分比FLA%<減機的FLA%設定值時，停止一臺運行機組。

結束語：通過以上分析，可以看出冷水機組的啟動安排，順序控制，數(shù)量調(diào)節(jié)都直接關系到能耗的優(yōu)化管理，此套控制方案我司已在銅銦鎵硒薄膜太陽能電池行業(yè)使用，得到了業(yè)主的一致好評。

[參考文獻]

[1]奚偉東.數(shù)據(jù)中心冷源自控系統(tǒng)設計. 2017.

[2]李中義 .大型商業(yè)購物中心BA控制系統(tǒng)工程分析.2016.

（作者單位：1蚌埠凱盛工程技術有限公司;2深圳市凱盛科技工程有限公司蚌埠分公司，安徽 蚌埠? 233010）

2019年第5期山東青年 總第544期

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