中央空调冷水机组智能控制系统及其节能效果.pdf

2 0 0 1 年第3 期湖南电力第2 1 卷 ：' ：节能降耗 弋：二 中央空调冷水机组智能控制系统及其节能效果 范强深圳妈湾发电总厂( 广东深圳5 1 8 0 5 2 ) 摘要中央空调本身的能耗与整个系统的控制模式密切相关。介绍了一种先进的中央 空调冷水机组智能控制系统及其控制策略，以及对现有设备进行改造的方案。分析表明， 这种智能控制系统的节能效果十分明显，当年即可收回全部投资。 1概述 智能控制系统I S N ( I n t e g r a t e dS y s t e m s N e t w o r k ) ，主要是针对中央空调的中央部分冷 源系统实现自控。它综合利用了现代网络技术、计 算机技术、通讯技术、图形显示技术和控制技术。实 施智能控制的中央空调冷源系统，包括制冷机组、冷 冻泵、冷却泵和冷却塔等设备，其能耗占整个中央 空调系统能耗的5 0 以上。实践证明，多台机组联 合运行时，依靠传统的人工操作会造成电能的巨大 浪费。 目前，中央空调控制系统通常有4 种方式： a 传统的模拟监控屏：把整个冷源系统刻在金 属面板上，用红绿色指示灯表示系统上的相应设备 的开停状况。与单台设备的直接操作相比，模拟监 控屏可以直观地了解整个系统的运行情况，使操作 人员对系统的监控清晰明了，缺点是人工操作带有 个人主观性和盲目性，也不节能。 b B A S 楼宇自动化系统监控。即通过水温传感 器、流量传感器等监视冷水机的工作状况，计算机 进行分析并发出指示，通知值班人员进行相应的操 作。这种方式下，控制系统并不与冷水机控制器直 接相联，冷水机的其它运行参数及故障报警信息也 不能通过计算机传到控制系统，制冷机房必须有人 常驻值班管理。 c B A S 和冷水机控制器联合控制。由于B A S 必须一个一个地向冷水机发出命令请求，才可以交 换信息，所以在监控方面欠缺快速灵活的自控功能。 ·5 0 · d 智能群控。运用专门的直接数字控制器D D C 与冷水机控制单元通讯，根据负荷相应地改变启停 台数实现群控，辅机如冷却水泵、冷却塔、冷冻水 泵等也一同由控制器统一控制。 显然，使用智能群控，配合冷水机组的特性，选 择专业性的自动控制策略是最好的方式，这将大大 减轻用户工程实施和运行过程中管理上的麻烦，真 正达到节省能耗，减少支出的目的。 2 开放型智能冷水机组群控系统 妈湾发电总厂制冷站主要由4 台制冷机、5 台 冷冻水泵、5 台冷却水泵、5 个冷却塔及相应管道阀 门等设备组成。其中包括4 台美国约克冷水机组，每 台冷水机组都配有1 个微机控制屏，有专用接口与 冷水机通讯( L i n cC h i l l e r ) 。冷水机的几十个状态参 数可以通过I 。i n cC h i l l e r 及约克公司D D C 组成的网 络把信息传送到自控系统中去。由于约克冷水机组 具备了全面的监控和通讯功能，在自控系统的计算 机里，可以全面综合地了解多台冷水机的运行状态， 从而能够作出正确而全面的监控。 根据不同气温条件下，用户所需冷负荷不同，运 行其中1 2 台制冷机、1 2 台冷冻水泵、1 2 台 冷却水泵及1 3 个冷却塔，其余设备作为备用。制 冷站冷冻水为一次环路水系统，简化流程如图1 a ， 冷却水为机械通风冷却水循环系统，一般流程如图 1 b 所示。 制冷站冷水机组群控的具体方案是：使用相应 的直接数字控制器、控制软件和控制策略，使电厂 万方数据 第2 1 卷张兵等：火力发电厂承压部件泄的声发射监测技术2 0 0 1 年第3 期 a 冷冻水b 冷却水 图1冷冻水和冷却水流程图 制冷站4 台冷水机组、5 台冷冻水泵、5 台冷却水泵、 5 台冷却塔风机等实现群控功能。这样用户可以在 控制室对冷源设备参数进行监视、控制，还可以根 据设定值自动执行所有命令，实现“无人机房”。 2 1约克I S N 冷水机组的群控系统一C P A ( C h i I l e r P I a n tA u t o m a t i o n ) 冷水机的微电脑控制屏通过R S 一4 8 5 接口把信 息传送到冷水机通讯接口，多个通讯接口的R S 一4 8 5 接口手拉手相连接，把信息送到控制器E D C ，E D C 可以集中监控冷源系统中的所有设备，功能包括：监 约克I S N 图形工作站 冷水机通讯接口R 5 4 8 蠢水机微电脑控制屏 “n cC h i I l e rM i c r oP a n e l 图2 冷水机组群控结构示意图 测冷水机运行状态和故障，远程设定冷水机的冷冻 水出水温度和满负荷电流，遥控冷水机开停；监控 冷冻泵、冷却泵、冷却塔的状态、故障和开停；监 测冷源系统冷冻供回水的温度、流量和压差；调整 压差；监测冷却总供回水的温度；监控各分支冷冻、 冷却水路的电动蝶阀等。群控系统的结构见图2 。 控制器E D C 通过软件接口和计算机相连，计算 机可以使整个群控系统更开放、更友善、更易于操 作，再接上打印机可以得到书面的报告和记录。其 中冷水机组群控软件F a c i l i t yM a n a g e r ，可使用户在 w i n d o w s 视窗的操作环境下操纵鼠标，在动态的彩 色图形当中，清晰灵活地对冷源系统进行综合监控 管理。 另外，用户可以由I S N 设备根据预先编好的软 件程序和设定值，自动执行所有的命令，真正实现 “无人机房”。 2 2 控制策略 冷源系统的能耗主要由冷水机电耗及冷冻循环 水泵、冷却循环水泵、冷却塔风机电耗构成。由于 各冷冻水末端用户都有良好的自动控制，那么冷水 机的产冷量必须满足用户的需要，节能就要靠恰当 地调节冷水机运行状态，降低冷冻水循环泵、冷却 水循环泵及冷却塔风机电耗来获得。 C P A 可以对系统编程，通过完成特定的操作顺 序，如：设备自动操作、设备保护、数据转发和报 警，来实现冷水机组的高效运行。约克为机组提供 适当的控制策略，其中包括： a 自适应启停； b 冷水机排序选择； c 最优冷水机负荷分配； d 冷冻水重设冷却水重设； e 低负荷控制； f 断电后自动启动； g 备用冷水机的自动启动； h 故障报警； i 降温时间的需求限制； j 冷却塔控制； k 泵排序和控制。 上述一切都将由自控程序根据各种设备的运行 情况及大楼冷量需求，通过采样、比较、计算、分 析，以最佳方式自动执行。其中冷水机组群控流程 详见图3 。 ·5 】· 万方数据 2 0 0 1 年第3 期湖南电力第2 1 卷 选定冷水机 蠹譬絮篡I 陌j 丽丽i 报警排序II 竺竺! 二= 竺 奉+ I 竺。赢沁 L 盈君抛机状悉 停止水泵 报警排序 fN 。 停止水泵 报警排序 f 启动冷冻水泵 ， 确定水泵开动 嚣张I 匦 报警排序Il - 廿竺! 二竺竺 牛中 N O 7 定压缩机状 停冷却塔 图3 冷水机组群控流程图 2 3 报警、报告和运行记录 C P A 系统能够显示冷水机组的报警和故障信 息。包括：冷水机故障报警、泵故障报警、冷却塔 风机故障报警、高低温报警、所有输入的上下限 报警、所有计算值( 如冷水机效率) 的上下限的报 警，以及C P A 系统诊断。 C P A 系统能够存储和显示冷水机组的数据、档 案记录和报告。报告包括：冷水机的功率档案、每 目的制冷量、冷水机的运行时间、超前滞后机组的 选择、冷负荷档案、B T U H ( 冷吨一小时) 、冷水机 故障、最近的冷水机报警、冷却塔运行时间、泵运 行时间、自然冷却运行时间、整个冷水机组的功率 消耗( 估计值) 。冷水机记录包括：所有冷水机组的 工作温度、压力、冷水机功率，泵、冷却塔和冷水 机的运行状态，系统功率消耗( 估计值) 。所有的记 录必须包含前4 8 h 的数据，每小时登记1 次。 3 对现有设备的改进方案和经济效益 为适应市场发展的需要，使用先进、灵活的冷 水机组的监控方式，充分地满足用户节能和优化管 理的要求，对妈湾电厂现有制冷站进行改造，即在 原有控制设备( 水温传感器、流量计、流量变送器、 ·5 2 压差传感器、水压差开关、计算机、打印机、电动 二通调节阀) 基础上，首先增加以下约克机组的专 用控制设备，包括： a E D C 一7 2 控制器和E D C 一3 6 控制器； b L i n cC h i l l e r 冷水机接口； c 便捷管理系统软件； d L I N CF M 软件通讯接口； e Y O R KT A L KX L 译码器。 以上自动控制系统技术改造需投入约3 0 万元， 但通过技术改造，提高了设备管理水平，降低了能 耗。本厂冷水机组包括制冷机、冷冻泵、风机等负 荷为5 1 2 5k W 。根据1 9 9 9 年运行日志统计，制冷 机1a 共运行1 05 0 0h ，机组负荷一功耗曲线系数取 经验值o 8 ，则la 消耗的电量为： 5 1 2 5 ×1 05 0 0 X 0 8 43 0 50 0 0k W ·h 根据国外运行统计和国内有关数据，在采用上 述智能自动控制系统后，中央空调的能耗一般可下 降1 0 以上，按目前上网电价O 4 元k W ·h 计算， 每年可节约43 0 50 0 0 ×1 0 ×0 4 = 1 7 2 2 万元。此 外技术改造后可以实现“无人机房”，从而减少4 人 的工作量，节约费用3 0 万元a 。除去制冷机组I S N 造价3 0 万元，当年就可收回投资，还可节约1 7 2 2 万元，经济效益十分可观。 4结束语 随着经济的发展，中央空调在我国出现高速增 长，也构成电力负荷的一个重要部分，消耗大量的 电能，而其本身的能耗也占相当大的比重。通过恰 当的调节冷水机运行状态，降低冷冻水循环泵、冷 却水循环泵及冷却塔风机电耗等，可以实现降耗节 能，这就需要对冷水机组众多设备实行优化群控。对 现有中央空调冷水机组改造为智能控制系统及其控 制策略( C P A ) ，可以对系统编程，实现冷水机组的 高效运行，其节能效果十分明显，当年即可收回全 部投资。 此外，对中央空调冷水机组采用智能控制系统 后，将大大减轻用户工程量和运行管理上的麻烦，实 现减人增效和无人值班。 ( 收稿日期：2 0 0 1 一0 1 1 1 ) 泵一 褓 水一 开糊页椽 动一 定 启一 甓 甲甲 万方数据