制冷站冷卻塔節能控制策略優化探討

陳杰

（北京首都機場動力能源有限公司，北京100621）

1 引言

在大型交通樞紐中，制冷空調系統的電能消耗約占總能耗的40%，冷卻水溫度是影響制冷機組效率的關鍵因素，因此，如何在付出較少代價的前提下進一步降低冷卻水溫度成為提高制冷機組效率、實現整個制冷系統節能降耗的關鍵。

2 優化背景概況

行業內，制冷機組冷卻塔的控制策略一般是依據制冷機組銘牌中的冷卻水進水溫度參數對冷卻塔冷卻水的出水溫度進行設定，由設定值控制冷卻塔風機的頻率和啟停，當溫度高于設定值時，啟動風機，以最低頻率運行，隨著溫度的逐漸升高，風機的控制頻率也逐漸提高（PID 控制方式），當溫度逐漸降低并接近設定值時，風機控制頻率也逐漸降低，最終低于設定值時，停止風機[1]。無論此時室外天氣溫度、濕度如何，冷卻塔的散熱量決定著制冷機組的制冷量，如何利用室外的涼爽天氣提高冷卻塔散熱量進而提高制冷機組的制冷量，本文嘗試增加了環境參數（室外干、濕球溫度）參與冷卻塔的控制，冷卻水系統如果是母管制的還可以采用適量多開冷卻塔的方式，目的是在保證制冷機組多生產的制冷量遠大于增加的電量前提下，充分利用良好的室外氣象參數，降低制冷機組冷卻水進水溫度，最大限度地發揮制冷機組制冷能力[2]。

3 試驗過程

3.1 試驗初始階段

首先，收集試驗近幾天的天氣參數，選取天氣晴朗，風力為一、二級，相對濕度為15%～40%的下午13 點～17 點做試驗。確保試驗進行過程中環境因素變化不大，降低客觀因素對試驗的影響。試驗開始時間為9 月18 日13：37，室外溫度25.585℃，相對濕度17.71%，試驗初始狀態運行1 臺制冷機和1 臺冷卻塔，冷卻水回水溫度設定值為26℃；旅客出發區域瞬時冷量為1 893.1kW、旅客到達區域為5 850.2kW、工作區域為208.8kW，試驗初始狀態運行1 組冷卻塔的電流為29A 和22A，機組電流百分比為97%；冷卻水出水31℃，回水26℃；冷凍水供水溫度12℃，回水16.7℃，溫差4.7℃。

3.2 調整冷卻水溫度

將冷卻水回水溫度設定值由初始的26℃改為22℃，運行1 臺制冷機，1 臺冷卻塔，瞬時冷量，旅客出發區域已為1 467.5kW、旅客到達區域為7 085.1kW、工作區域為250.5kW。冷卻塔的電流為44A 和68A，機組電流百分比為97%；冷卻水出水29.8℃，回水24.5℃；冷凍水供水溫度12.3℃，回水17.3℃，溫差5℃。

3.3 增加冷卻塔臺數

由于冷卻系統采用母管制，在冷卻水回水溫度為20℃的前提下，增加1 臺冷卻塔，運行1 臺制冷機，2 臺冷卻塔，冷卻水回水溫度設定值改為20℃；旅客出發區域瞬時冷量為1 589.6kW、旅客到達區域為7 340.2kW、工作區域為257.4kW。冷卻塔的電流分別為54A，53A 和44A，66A，機組電流百分比為95%；冷卻水出水25.5℃，回水20.1℃；冷凍水供水溫度12.4℃，回水17.8℃，溫差5.4℃。

試驗結束時，室外溫度25.095℃，相對濕度19.62%，試驗期間室外氣象條件基本無變化。

4 試驗結果

通過對試驗期間的數據進行整理，得到表1。

表1 試驗數據對比

1）1 臺制冷機組匹配1 臺冷卻塔運行時，利用濕球溫度控制冷卻水溫度，相同電量下：

生產制冷量=制冷量增加量-風機電量增量[3]

制冷量增加量：8 803.1-7 952.1=851kW

風機電量增量：

式中，I為電流；U為電壓；cosφ為功率因數[4]。

風機電量增量轉換成冷量：

則多生產制冷量：851-36.7=814.3kW

2）1 臺制冷機組匹配2 臺冷卻塔運行時，利用濕球溫度控制冷卻水溫度，相同電量下：生產制冷量=制冷量增加量-風機電量增量制冷量增加量：9 187.2-7 952.1=1 235.1kW風機電量增量：P=1.732IUcosφ

風機電量增量轉換成冷量：

多生產制冷量：1 235.1-99.9=1 135.2kW。

在上述試驗分析的基礎上，又繼續進行了后續試驗工作，內容如下：

保證1 臺冷機的前提下，分別匹配2 臺、3 臺、4 臺冷卻塔，保證2 臺冷機的前提下，分別匹配2 臺、3 臺、4 臺、5 臺冷卻塔，以此類推。匯總試驗數據并分別計算相同電量情況下，單臺制冷機組1h 的產冷量。

5 結論

經過大量試驗數據分析得出的結論為，采用增加環境參數（室外干、濕球溫度）和冷卻水溫度一起參與的冷卻塔控制策略時，應控制冷卻塔運行數量和冷卻塔風機運行頻率，當環境氣象數據優于一定數值后，可以進一步降低冷卻水溫度來提高制冷系統效率，有一定的節能效果，尤其是冷卻水系統是母管制的通過適量多開冷卻塔的方式節能效果較為明顯，同時，試驗結果與氣象參數關聯度較高，在供冷初末期及高溫高濕連續運行的夜間時段節能效果較為顯著。