童紀(jì)闐

摘 要：制冷系統(tǒng)是動力車間耗電量最大的負(fù)荷。從單機(jī)最優(yōu)運行能效出發(fā)，提出多機(jī)群控的節(jié)能控制策略，最終實現(xiàn)系統(tǒng)的高效低能耗運行，對類似的制冷系統(tǒng)群控提供基本的模型。

關(guān)鍵詞：群控 COP值 研究

中圖分類號：TB651 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）009-081-02

1 引言

制冷系統(tǒng)是大滯后系統(tǒng)，其運行機(jī)組臺數(shù)取決于單機(jī)制冷量與負(fù)荷端需要的負(fù)荷量大小。而對于制冷單機(jī)及制冷系統(tǒng)的節(jié)能研究，則更多的是依據(jù)COP值來進(jìn)行能效高低的衡量；其中：COP代表是單位電量產(chǎn)生的制冷量大小。

基于建筑物負(fù)荷的機(jī)組運行臺數(shù)控制方法主要有以下三種：

（1）將建筑物回水溫度作為其負(fù)荷的表征參數(shù)，根據(jù)回水溫度確定制冷機(jī)的開停。

（2）方法將冷凍水的流量作為負(fù)荷的表征參數(shù)，將流量值與冷水機(jī)組的額定流量進(jìn)行比較，從而實現(xiàn)對冷水機(jī)組的臺數(shù)控制。

（3）方法通過測量冷凍水的供、回水溫差及其流量來確定建筑空調(diào)負(fù)荷，再把此值與冷水機(jī)組的產(chǎn)冷能力進(jìn)行比較，從而實現(xiàn)對冷水機(jī)組的臺數(shù)控制。

2 當(dāng)前通用群控技術(shù)

對于當(dāng)前較為通用的基于PLC系統(tǒng)控制技術(shù)，通常控主要由以下幾點入手：

（1）夏季、冬季控制模式的運用。對于冬季模式，由于冬天室外溫度較低，對于組合空調(diào)通常利用外部新風(fēng)來降低室內(nèi)溫度，通常只需開一臺小制冷機(jī)組即可；而對于夏季模式，對冷量需求大，涉及到多臺機(jī)組群控。

（2）在加載的過程中，系統(tǒng)在自動控制的前提下，以當(dāng)前運行機(jī)組總制冷量的90%與當(dāng)前冷耗量進(jìn)行對比，并進(jìn)行相應(yīng)的延時，判斷是否需要再開機(jī)組，判斷依據(jù)。

W=HP*3.517

其中：HPn為當(dāng)前開啟制冷機(jī)某臺的額定制冷量，K1=90%，HP實際冷耗量為當(dāng)前通過出回水溫差及瞬時流量計算所得的實際瞬時冷耗量，HP單位為TON，W單位為千瓦。

制冷設(shè)備是大滯后系統(tǒng)，而且降溫較慢。為了保證新開啟機(jī)組有足夠的時間穩(wěn)定負(fù)荷，在開啟新機(jī)組后延時Xmin再進(jìn)行下一次開機(jī)判斷，判斷條件仍然是以上面公式一致。

由于K1=90%，即令每臺制冷機(jī)的最大制冷量百分比限制在90%以內(nèi)，以定值的形式存在。

（3）在卸載過程中，我們以當(dāng)前運行機(jī)組總額定制冷量的60%與當(dāng)前冷耗量進(jìn)行對比，并進(jìn)行相應(yīng)的延時，判斷是否需要關(guān)閉機(jī)組，判斷依據(jù)：

∑HPn*K2>HP實際冷耗量

其中：K2為60%，即正在運行中的所有機(jī)組額定制冷量的60%大于實際冷耗量時，延時并按一定的機(jī)組權(quán)限停機(jī)。

（4）當(dāng)只剩下一臺作為調(diào)節(jié)負(fù)荷的變頻制冷機(jī)在運行時，此時判斷是否要停機(jī)的判斷依據(jù)是：

T分

其中：T低限為運行人員根據(jù)需要在上位設(shè)定，變頻機(jī)狀態(tài)在負(fù)荷判斷依據(jù)的一定時間后停機(jī)。

3 基于節(jié)能模式的群控研究

基于單機(jī)能效的研究，進(jìn)而實現(xiàn)多機(jī)啟停及負(fù)荷分配，是我們下面所要研究的內(nèi)容。

3.1 單機(jī)運行能效COP分析

在負(fù)荷低于50%時，離心機(jī)會發(fā)生喘振；此外，在75%～90%時，COP仍在6以上，能效未發(fā)生突變減小，基于充分利用機(jī)組制冷潛能，在節(jié)能與設(shè)備損耗中選取平衡點，故確定負(fù)荷啊50%～75%之間波動。

3.2 多機(jī)群控節(jié)能研究

3.2.1負(fù)荷預(yù)測數(shù)學(xué)方法的建立

其中：HP為冷耗量，而t為時間。從公式中，我們可以看出，在△t趨于某個相對小的值時，上式近似相等。根據(jù)導(dǎo)數(shù)的特性，當(dāng)>0時，表示負(fù)荷在該t點時，處于負(fù)荷增加的模式；當(dāng)<0時，表示負(fù)荷在該t點時處于負(fù)荷下降趨勢。當(dāng)然，是根據(jù)計算得來的，并不是單點的導(dǎo)數(shù)，而是在某個時間范圍內(nèi)的一個估算值，但由于制冷機(jī)是個滯后系統(tǒng)，降溫速度慢，曲線較緩，故可以近似代表這段時間內(nèi)負(fù)載的變化率。

作為冷負(fù)荷分析的一個指標(biāo)性參數(shù)，在制冷機(jī)加減機(jī)的時候可以作為一個參考值，干預(yù)控制，實現(xiàn)群控的優(yōu)化，但主要還是應(yīng)該以當(dāng)前一段時間的負(fù)荷量作為主要參數(shù)為主。

3.2.2 多機(jī)運行負(fù)荷分配節(jié)能研究

當(dāng)多機(jī)組同時運行時，需要對負(fù)荷進(jìn)行合理分配，同時使單機(jī)負(fù)荷運行在COP高的范圍內(nèi)，最終保證整個系統(tǒng)高效節(jié)能地運行。

（1）負(fù)荷分配。

多臺冷水機(jī)組聯(lián)合運行系統(tǒng)中，較多應(yīng)用等冷媒水供水溫度控制，即相同機(jī)組系統(tǒng)中，每臺機(jī)組提供的冷量相同；不同機(jī)組系統(tǒng)中，每臺機(jī)組按其額定制冷量占所有運行機(jī)組額定制冷量總和的比例提供冷量，該控制方法被認(rèn)為是接近最優(yōu)的。

（2）COP能效高點。

在“單機(jī)運行能效COP分析”中，制冷機(jī)制冷量負(fù)荷在一定范圍內(nèi)，其能效比COP值最大，若能夠保證每臺機(jī)組運行于此狀態(tài)下，將大大提高制冷系統(tǒng)的能效。因而在多機(jī)長期運行在高負(fù)載狀態(tài)（90%～95%）下，即使每臺機(jī)的負(fù)荷量相等，但每臺機(jī)均未運行在能效比較高的范圍內(nèi)，故還未能全面地提高COP值，因而負(fù)荷分配除了正在運行的機(jī)組外，還涉及到了是否需要增加機(jī)組參與負(fù)荷分配的問題。

其中負(fù)荷率為：

Xi=HPi/HPi額定

式中：Xi為第i臺制冷機(jī)實際負(fù)荷率，HPi為實際制冷量，HPi額定為制冷機(jī)額定制冷量。

故當(dāng)多臺機(jī)群控運行的時候，若能保證每臺制冷機(jī)能夠處于最佳COP運行點，并且保持每臺機(jī)能夠在均等負(fù)荷下運行，將使效率達(dá)到最高。

3.2.3 出水溫度的確定

相同機(jī)組中，每臺機(jī)組提提供的冷量相同，此時控制室接近最優(yōu)的，那么根據(jù)以負(fù)荷率上公式，當(dāng)HPi=HP總/n時（n為運行中的制冷機(jī)），此時的效率最高，又：

4 總結(jié)

以上內(nèi)容研究了基于單機(jī)能效的多機(jī)群控節(jié)能模式，從多項節(jié)能點出發(fā)，采用各種數(shù)學(xué)方法，包括限流百分比的控制、單機(jī)啟停的控制、各機(jī)組負(fù)荷分配等入手，為群控模式提供了一個基本的研究框架和方向。

參考文獻(xiàn)：

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