制冷机房群控系统方案.doc

制冷机房群控系统方案

14
2020年4月19日
文档仅供参考，不当之处，请联系改正。
1、机房能源管理系统功能
冷水系统的机房群控系统包括以下主要内容：一是实现冷水系统的能量控制管理，主要包括根据冷量负荷计算对冷水机组进行台数控制、根据系统压差实现一次泵变流量控制、根据冷却水供水温度实现对冷却水泵的控制管理；二是根据大厦的日程安排自动开关冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵等，并实现各设备之间开关机顺序及连锁保护功能；三是累计每台冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵运行时间，自动选择运行时间最短的设备启动，使每台设备运行时间基本相等，延长机组的寿命；四是动态显示机组、水泵及相关设备的运行状态和报警信息，自动记录系统数据，如遇故障则自动停泵，备用泵自动投入使用。
（A）系统冷量控制管理
制冷系统的制冷量是采用自动监测计算系统负荷方式，经过DDC控制系统控制制冷机组运行台数进行控制。系统的供、回水温度以及回水流量可经过传感器输入到现场DDC控制器，根据这些参数，系统将能够计算出用户实际所需要的冷量，并将计算出的冷量值输入到能量管理系统。
根据冷负荷对冷水机组进行台数控制，设计根据分、集水器上的供回水温差及回水流量计算出系统冷负荷： Q=C×L×(T2-T1)
式中：Q———计算冷负荷； L———流量，L=L1+L2+L3；
T2———回水温度； T1———供水温度；
C———水比热。
算法决定要启动冷冻机组数量和组合
主管回水温度
主管供水温度
基于冷冻水温度
水流量
主管回水温度
主管供水温度
基于系统负载
负载能效
实际负载 %FLA
主管供水温度
基于机组负载
logic
负载管理

同时，在低负荷时，系统实时监测冷水机组的冷冻水出水温度，当冷水机组出水温度低于系统冷冻水温度设定值并持续一段时间后，系统会自动关闭低负荷冷水机组，此时冷冻水系统仍继续运行，满足系统冷量低负荷运行要求；当冷冻水温度超出系统冷冻水温度设定值并持续一段时间后，系统自动运行冷水机组，自适应冷水系统的负荷变化。
系统在启动或低负荷运行时，先运行一台冷水机组，当第一台冷水机组启动60min后，冷水机组出水温度基本达稳定温度，系统再启动负荷控制管理功能。每30min 把计算出的实际冷负荷与当前运行机组的额定冷量比较，当实际负荷小于当前机组的额定总负荷一定量时，减少相应的机组台数运行；当实际负荷大于当前机组的额定总负荷一定量时，增加相应的机组台数运行。
（B）冷水机组运行台数控制管理
DDC系统将输入的冷量值与所有正在运行的制冷机组额定制冷量的总和进行比较，如果用户实际消耗冷量少于一台制冷机的额定制冷量时，DDC系统将发出一个开关量信号，该信号将使一台制冷机组停止运行，制冷机组在停机后将输入动作信号至DDC系统，DDC系统确认机组已经停止运行后，将输出关闭与该制冷机组相对应的冷冻水循环泵及该机组冷冻水进水管上的电动蝶阀；当用户实际需要冷量持续少于运行机组额定制冷量时，将重复上述控制过程。当用户所需要的冷量多于一台制冷量时，DDC系统将发出开关量型号，启动一台冷冻水循环泵并同时打开与冷冻水泵相对应的制冷机组冷冻水管上的电动蝶阀，冷却水泵和电动蝶阀将反馈动作信号至DDC系统，其动作系统得到DDC系统确认后，DDC系统将启动与冷冻水泵相对应的制冷机组；如果用户所需要的冷量继续增加时，则按上述控制方式再次启动制冷机组，直到满足用户需要为止。

Chillers
F
F
VFD
P
（C）一次泵变流量管理及加/减载管理
系统负荷发生变化时，机房能量管理系统首先根据控制特点先行调节系统一次变频泵流量供应，当系统流量变化调节不足以满足系统负荷变化的需求时，再经过机房群控系统对冷水机组进行相应的加减机来满足负荷的需求。
当系统末端负荷增加，系统末端的电动阀门开度增大，系统压差会有相应的减少，控制系统接受到相应的压差变化，调节水泵的频率，增加一次变频泵的水量，由于冷水机组能够接受水量变化，即一次水泵的流量可一直增加到100％，来满足系统负荷增加的需求。同时由于机组能够锁定出水温度为7℃，当冷冻水量上升时，机组感应到水量的变化，此时机组则根据自身负荷调节的能力上载制冷负荷，满足系统负荷变化，当系统负荷上升到单台机组额定输出冷量的95%时（可调），则控制系统启动另外机组加机延时5Min(可根据实际情况调整)，在这启动延时期后，如果系统冷量负荷持续超出单台机组额定输出冷量的95%,且冷水机组出水温度超出冷冻水出水设定温度时，则说明单台机组的满载运行和水泵的满载运行已不足以满足系统负荷值，且冷冻水出水温度不会稳定在出水温度设定值上，这样第二台机组的电动阀门马上开启，经过一定的阀门开启时间之后，第二台机组迅速开启。

假设2台机组正在运行，当系统负荷变小时，末端的压差传感减小，一次变频泵即减小所供应的水量，机组感应到相应的水量变化，即反应到机组的负荷相应减小，当系统负荷只有甚至小于一台机组的负荷总量时，机房控制系统马上关掉其中一台机组，以使得另一台机组运行在高负荷效率状况下运行同时满足系统负荷的要求。当VSD变频冷水机组运行时，可最低在15％单机负荷的情况下运行，当系统负荷继续下降并持续低于15％，且冷水机组出水温度低于冷冻水设定值时，控制系统自动关闭冷水机组运行，但仍保持冷冻水循环系统，满足系统低负荷运行要求。

经过DDC将检测到的供回水压力进行计算得出供回水压差，经过与设定值△P进行比较并进行PID计算，将PID计算结果发送至冷冻水泵进行控制。当空调系统在部分负荷运行时，△P将会增加，经过对供、回压差的PID控制将水泵的转速降低，一方面保证了空调末端风柜的最低用水量，一方面提高了机组使用效率，减少了旁通的能量损耗，另一方面降低了冷冻水泵的使用能耗，可谓一举三得。根据经验值，一般对冷水机组及一次变频冷冻水泵的台数加减载可降低能耗约20%~30%。
（D）冷水机组运行时间管理
其一，累计每台机组的运行时间；其二，同类型机组开机时，先开运行时间最短的机组，再开运行时间长的机组，关机时则相反，使同类型机组的开机时间基本相等。
VSD变频机组优先在低负荷情况下运行。
（E）冷却水泵的控制管理
从节能的角度出发，在保证冷水主机的最低冷却水保护水温的基础上，冷却水水温每低1℃，冷水主机的能耗将降低约3%。
鹭岛国际社区每台冷水主机的能耗约为：323KW;
每降低1℃，冷水主机的能耗将降低 323KW * 3% ≈ 9.69KW;
每台冷却水泵一般可降的最低频率为35Hz，则冷却水泵变频可节能：45KW * 0.3 = 13.5KW
经过以上计算能够看出，采用冷却水泵变频实际并节能效果不太明显，故保建议不采用冷却水变频水泵，因为冷却水温度越低，主机的效率越高。冷却水系统变频会导致机组能耗增加，容易结垢，而且容易进入喘振区域。没必要在冷却水系统上安装旁通环路人为提高冷却水温度，使主机在过渡季和电机不能充分利用低温冷却水带来的巨大节能效果！
经过控制冷却塔进水电动蝶阀保证冷却水出水压力。
（F）冷冻水出水温度再设
冷水机组一般只有不到1%的时间在设计工况下运行。其它时间则在非运行工况下运行，期间的室外温度更温和，而且湿度低。分设计工况意味着冷负荷和冷凝器入口水温（ECWT）都比设计工况低。充分利用这些条件是减少能耗的途径之一。
冷冻水重设的基本概念已被认可了一段时间了。当负荷降低时，即使冷冻水温度设得更高，冷却盘管也能够产生所需的冷量，这是因为除湿的需求也更低了。一般，提高冷水机组的冷冻水出口温度（LCHWT）能够降低压缩机的压头，从而节能。
根据制冷原理P-H图能够直观的说明
1.) 由制冷原理图能够看出，提高冷冻水出水温度，蒸发器工作点由A-B,变成A’-B’,制冷剂A-B压力相对提高，压缩机做功（h3-h2’）相对减少,主机功耗对应降低，能效比COP提高。
2.) 冷冻水出水温度的设计值一般是选择在最恶劣的制冷工况下，相关的冷却盘管满足制冷需求时的冷冻水出水温度值。
3.) 正常运行时，建筑物的负荷一般低于设计的最恶劣工况的负荷，因此在一般情况下，出水温度如果还按照设计值设定，那将导致不必要的过低的冷冻水出水温度，只会增加能耗。
4.) 冷冻水出水温度每提高1°C ，冷水机组的效率就会增加约3% 。机组的冷冻水出水温度能够利用微处理器控制装置进行手动重新设定或者自动设定。
5.) 影响冷冻水出水温度调节的因素有如下：
a．环境温度， 在较凉爽的季节，冷冻水出水温度能够设得高一点。
b．冷冻水回水温度。冷冻水回水温度低，说明建筑物负荷较低，冷冻水出水温度
能够设得高一点

根据YORKWORKS选型软件分析出，不同出水温度在部分负荷时的相对7℃出水温度时节电率如下：
根据室外温度、冷冻水回水温度、主机电流百分比能够判断主机的负荷情况。
室外温度范围
室外湿度范围
时间比例
时间（小时数）
出水温度设定
节能率
>33℃
～
5%
67.5
7℃
0.00%
32～33℃
>75%
5%
67.5
7℃
0.00%
≤65%
6%
81
7.5℃
1.47%
31～32℃
>75%
6%
81
7.5℃
1.47%
≤65%
6%
81
8℃
2.91%
30～31℃
>75%
6%
81
8℃
2.91%
≤65%
6%
81
8.5℃
4.34%
29～30℃
>75%
7%
94.5
8.5℃
4.34%
≤65%
7%
94.5
9℃
5.74%
28～29℃
>75%
6%
81
9℃
5.74%
≤65%
6%
81
9.5℃
7.12%
27～28℃
>75%
6%
81
9.5℃
7.12%
≤65%
6%
81
10℃
8.49%
26～27℃
>75%
6%
81
10℃
8.49%
≤65%
6%
81
10.5℃
9.83%
25～26℃
>75%
5%
67.5
10.5℃
9.83%
≤65%
5%
67.5
11℃
11.15%

按照时间累计，综合节能率＝5.35%。
2、系统接口配合要求
水泵电气控制箱接口要求，冷冻水泵、冷却水泵、热水泵电控箱提供每一台泵的运行状态、故障、手/自动状态及控制信号；电控箱提供接线端子和实现二次接线；电控箱要求有现场手动/自动转换开关和相应的切换功能。
状态信号取至接触器常开点，要求无源干触点、正逻辑；故障信号取至热继常开点，要求无源干触点、正逻辑；手/自动状态信号取至手动/自动转换开关常开点并与自动档连锁，要求无源干触点、正逻辑；楼宇自控系统向电控箱提供一个远程无源干触点控制信号。
冷冻水泵、热水泵变频器接口要求，每一台水泵变频器需提供频率反馈、变频器故障和频率控制信号；变频器提供接线端子和实现二次接线。
变频器向楼控系统提供0~10VDC频率反馈信号，准确对应变频器0~50Hz频率；楼宇自控系统向电控箱提供一个远程频率控制信号，信号标准为0~10VDC，对应变频器0~50Hz频率。
冷/热水机组接口要求：冷/热水机组电控箱提供每一台机组的运行状态、故障及控制信号；电控箱提供接线端子和实现二次接线；
状态信号取至接触器常开点，要求无源干触点、正逻辑；故障信号取至热继常开点，要求无源干触点、正逻辑；楼宇自控系统向电控箱提供一个远程无源干触点控制信号。并要求冷/热水机组需给出MODBUS RTU标准协议及其详细的定义方式；