浅析中央空调机房群控系统的构建

林国明

摘要 空调系统的节能潜力与机房系统群控有很大的关系，特别与主机和水泵的控制方式密切相关。因此，要合理设计主机和水泵的控制方式，最大限度地发挥主机和水泵的节能潜力。通过对某单位的中央空调机房建立机房群控系统，使该中央空调机房管理更简洁方便，又达到一定节能减排目的。

关键词 群控；控制方式；变频

中图分类号TB663 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）43-0019-02

0 引言

根据美国ARI 标准和中国行业标准JB/T4329-97，集中空调系统通常10%的时间，负荷在90%以上；30%的时间，负荷在60%以上；60%的时间，负荷在40% [1]。集中空调系统往往处理半负荷状态，做好其运行管理能带来较大的节能空间。而整个空调系统的节能潜力与机房系统群控有很大的关系，特别与主机和水泵的控制方式密切相关。因此要合理设计主机和水泵的控制方式，最大限度地发挥主机和水泵的节能潜力[2]。

1 配置概况

某单位现有两幢大楼都使用了水冷螺杆式中央空调机组，具体配置如下：

一号机房：冷冻主机3台，冷冻泵3台，

冷却泵3台，浮动盘管热交换器 2台，

冷却塔为水轮机（通过控制冷却泵控制其运转，无需另外控制）。

二号机房：冷冻主机2台，冷冻变频泵 3台，冷却水泵3台，冷却塔风机4台，板式换热机组2台末端配置变流量电磁阀，另有生活热水系统等。

我们搭建机房群控目的主要在于科学高效的管理两个机房的设备，将管理人员人数减少、工作量降低，并响应政府号召开展节能减排工作等。基于这样的目的，对机房群控系统是这样构思：在1号机房边的控制中心区域设立一个彩色界面图形控制工作站，采用软件集中管理，使各种设备智能化、自动化运行，通过及时掌握系统的变化和参数的全面分析选择最合理的方式响应，对两个机房的设备实施全面操控。

2 群控系统的控制原理

主机群控的最优解决方案是通过采用智能模糊控制监测冷水及冷却水进出水温度、蒸发温度、冷凝温度、油温、油压、压缩机电动机状态等，即时预测下一时段负荷，并根据负荷变化优化主机启停，调整主机出力，实施水泵变频调速，实现远程控制主机、水泵等设备，使得空调的控制系统达到最优，确保合理的控制设备工况，而不仅仅是简单地通过主机启停来达到节能的目的[3]。通过对几种控制方法的比较，选择了智能模糊控制技术作为系统的控制技术，此技术是以P、PI、PID（比例-积分-微分）及其它控制算法为基础，运用计算机处理技术，将采集到的包括温度、流量、压力、负荷等各种参数的数据进行计算，通过对各个参数设定，使得各个参数间相互影响调整，构成一个协调的动态系统，并对冷冻水温度、冷冻水旁通阀、冷却塔风机、冷冻泵、冷却泵等作出指令，同时保证冷水机组控制的稳定性。

3 群控系统的主要内容

3.1 合理安排各个设备之间的动作流程

系统将根据科学的流程，最大限度地减少设备的能耗，根据冷冻水温度和过去的冷负荷惯性/反应时间，来调节设定冷水机-泵-冷却塔的启/停时间表。按照最优的方案来控制冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔和冷水机组启动和停止的顺序和时间。

3.2 对冷水机排序/选择

系统将预测冷负荷需求/趋势，并根据过去的能效、负荷需求、冷水机-泵-冷却塔的功率和待命冷水机的情况来选择设备的最优组合。除非负荷高于任一台机组的制冷量的情况出现，否则设定只启动某一台制冷机组。

3.3 冷冻水冷却水水温的设定

用户可以根据天气或者实际使用要求，对冷却水、冷冻水水温进行调节设定。根据文献，机组蒸发温度每提高1℃，电耗下降2%。这样可以在保证制冷效果的情况下，达到节能运行的目的

3.4 冷却塔的控制

冷却塔风机将按照冷水机的运行来自动启停。为了实现能效最优，冷却塔风机的启/停可根据冷水机的运行状况来自动选择。

3.5 非变频泵的控制

非变频水泵的启动与停止等，与相配套的主机的运行状况相适应，设定在主机启动前启动，在主机停机后一段时间停止，并且这个时间可根据实际情况设定。

3.6 变频水泵的控制

据文献对于末端采用电动二通阀的水系统，是通过调节压差旁通阀的开度使末端所需冷量与提供的水量相匹配。因此在负荷降低时，水泵还是处于定流量运行，能耗并不减少。由于系统有90％时间在90％负荷下运行，水泵能耗严重浪费。在实际工程中，设计人员在选取水泵时过于保守，使得所选的水泵流量扬程偏大，只有通过关小水泵出口的阀门，无谓的能量消耗在阀门上，并且有可能使水泵电机过载。上述问题通常是采用水泵变频调节的方式来解决。考虑到末端采用电动二通阀，因此我们采用恒压差控制法来调节水量。此控制法宜将压差传感器设于管路远端[4]。经过调试，再根据系统实际条件设定一个合理的压差作为控制的基准，同时需设定一个频率的最低值来保障机组、水泵等的安全。随着制冷机控制技术的发展，制冷机冷凝器与蒸发器内的水流量允许在一定的范围内变化，对于冷却水泵变流量运行，存在当冷水机组的流量在60％~100％之间变化时，对冷水机组的效率并没有影响[5]。考虑到对主机及整个系统的安全和稳定性，我们将水泵流量的60%时的频率设定为最低频率。

4 结论

1）节能：据保守估算，改造后节能的空间在3%~5%；

2）控制更灵活：由于空调使用季节气候变化很大，系统将根据气温的不同，进行冷冻水出水温度的重新设定；

3）存在问题：市场相对不够成熟，没有统一的标准，相互间的兼容性不够；工程时间节能效果不如之前宣传的那么明显。

参考文献

[1]合肥通用机械研究所.JWT429～97 容积式冷水(热泵)机组[S].北京：中国标准出版社，1997.

[2]王锡玲，丁桂霞，等.地源热泵系统节能技术在国家体育场的应用[J].制冷与空调，2010，10(5)：79-84.

[3]庄炜茜.武汉地区地铁车站通风空调系统的节能控制研究[J].暖通空调，2010，40(5)：39-43.

[4]涂岱昕，李建兴，胡振杰.空调变水量系统水泵变频的相关问题[J].流体机械，2007，35(1)：49-63.

[5]孙一坚.空调水系统变流量节能控制[J].暖通空调，2001，31(6)：5-7.