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空调系统冷、热源自动控制

业主卡 2019-09-12 450人围观 ,发现0个评论

空调系统冷、热源自动控制

1制冷站自动控制

空调冷源系统一般由多台制冷机和冷冻水循环泵、冷却水循环泵、冷却塔、补水箱、膨胀水箱等设备组成。制冷机、循环水泵、集水器/分水器、补水箱等设备以及水处理装置等辅助设备通常安装在专用的设备间一—制冷站。制冷站经常设在建筑物的地下室。而冷源系统的冷却塔安装在室外(一般选在辅助建筑物屋顶或裙楼屋顶),膨胀水箱一般安装在建筑物最高的屋顶。为了保护空调系统的设备,冷冻水在进入系统之前须经过处理(如除盐、除氧等),水处理设备也安装在制冷站。由于水处理设备运行时间相对较短,一般不纳入楼宇自动化系统进行在线监控。大多数情况下,热源装置如锅炉、换热器也安装在制冷站。

制冷系统的控制原理图如图3.1所示。图3.1是常见空调制冷系统的典型控制原理,为了分析方便,按照冷冻水系统、冷却水系统和其他辅助系统的次序分别进行讨论。

1.1制冷系统监控原理

空调制冷站一般有数台冷水机组。冷水机组所制成的冷冻水进入分水器,由分水器向各空调区域的新风机组、空调机组或风机盘管等空调末端设备,冷冻水与末端设备的空调系统进行水/气热交换、吸热升温后返回到集水器,再由冷冻水循环泵加压后进入冷水机组循环制冷,这样就实现了冷冻水的循环过程。冷冻水系统由冷水机组、冷冻水循环泵、分水器/集水器、差压旁路调节和空调末端等构成。通过冷冻水供回水温度、流量、压力检测和差压

image.png图3.1空调制冷系统控制原理图

图3.1空调制冷系统控制原理图

旁路调节、冷水机组运行台数、循环泵运行台数的监控,实现冷水(循环)系统的控制以满足空调末端设备对空调冷源冷冻水的需要,同时达到节约能源的目的。

1.制冷系统运行参数

楼宇自动化系统对制冷系统运行参数监控,监控内容主要包括以下各项。

>冷水机组进水口与出水口冷冻水温度检测,以了解冷冻机组的制冷温度是否在合理的范围之内。

>集水器回水与分水器供水温度测量(一般情况下与冷水机组进/出口冷冻水温度相同,二者可以只选其一),以了解末端冷负荷的变化情况。

>冷冻水供/回水流量检测,测量流量和供回水温度结合,可计算出空调系统的冷负荷量,以此作为能源消耗计量和系统效率评价的依据。

>分水器和集水器压力压差测量,用压力传感器分别测量分水器进水口、集水器出水口的压力,或用压差传感器测量分水器进水口、集水器出水口的压力差。根据供回水压差调节压差旁通阀的开度。

>冷水机组运行状态和故障监测,取自冷水机组控制器输出触点或主接触器触点。>冷冻水循环泵运行状态、故障状态监测,用安装在水泵电机配电柜接触器、热继电器的触点和安装在水泵出水管上的水流指示器共同监测。当水泵处于运行状态时,其出口管内即有水流,在水流作用下水流开关迅速动作,显示水泵进入工作状态。

2.制冷站水系统的运行控制

(1)冷水机组的连锁控制

为了保证冷水机组的安全,冷水机组的启、停必须与辅助系统的启、停实行连锁控制。

启动顺序控制:冷却塔风机一冷却水泵一冷冻水泵一冷水机组。

可以通过设备之间的电气连锁,对冷水机组的非正常启动进行保护。另外,冷水机组本身也具有自锁保护功能,比较常见的是冷水机组通过自身配备的水流开关监测冷却水回路和冷冻水回路的水流状态,只有当冷却水流量和冷冻水水流状态满足要求时,才会解除自锁,允许冷水机组启动。

停机顺序控制:冷水机组一冷冻水泵一冷却水泵一冷却塔风机。

为了保证系统的正常运行和设备安全,在编制控制程序时,要严格按照启停顺序的工艺要求设计启停控制程序。

(2)设备相互备用切换与均衡运行控制

冷冻水系统的各种设备基本上都是多台(套)配备,同类之间互为备用。如果正在运行的设备发生故障需要停机,或由于其他原因退出正常的工作状态时,其他同类设备应能替代发生故障的设备投入运行,使整个系统的正常工作不受影响。发生故障的设备修复或更换后恢复正常,可重新进入系统并使系统恢复最初的工作状态。

为了延长各设备的使用寿命,并使设备和系统处在高效率的工作状态,通常要求设备累计运行时间尽可能相同,即同类设备均衡运行。因此,每次启动系统时,都应优先启动累计运行小时数最少的设备,并在合适的时候进行设备切换,尽可能保持设备的均衡运行。因此,控制系统应具有自动统计设备运行时间和均衡运行调度功能。

(3)冷冻水回路冷水机组侧恒流量与空调末端设备变流量运行I——差压旁路调节在二管制的空调系统中,空调末端设备采用两通调节阀的空调水系统,在两通阀的调节过程中,系统末端负荷侧水量常发生变化,这些变化势必引起冷冻水流量的改变。而对于冷水机组来说,是不宜进行变水量运行的。大多数冷水机组内部都设有自动保护元件,当水量过小时(通过测量机组进、出水流量判断),自动停止运行,保护冷水机组。通过在冷冻水供、回水总管之间设置旁路,并根据末端流量的变化来调节旁通流量以抵消末端流量的改变对冷水机组一侧冷冻水流量的影响。旁路通常由旁通电动两通阀及压差控制器组成。通过测量冷冻水供水、回水之间压力差来控制冷冻水供水、回水之间旁通电动二通阀的开度,使冷冻水供水、回水之间压力差维持恒定,也就达到了使冷水机组一侧工作在恒水流状态的目的。由于旁路控制用于差压恒定,所以被称为差压旁路控制。

压差传感器的两端接管应尽可能靠近旁通阀,并安装在水系统中压力较稳定的位置,以提高控制的精度。

差压旁路调节是二管制空调水系统所必需的,在楼宇自动化系统中的控制原理如图3.1所示。如果建筑没有配备楼宇自动化系统时,空调水系统差压旁路调节可通过传统的单回路调节系统实现,原理图见图3.2。图中的差压控制器可以是通用调节器,也可选用专用的差压控制器,差压控制器的输出控制信号有连续输出和位式信号,在系统设计时应注意各个装置之间信号的匹配。

image.png图3.2单回路差压旁路调节原理图

图3.2单回路差压旁路调节原理图

(4)冷冻水回路冷水机组侧恒流量与空调末端设备变流量运行IⅡ——两级冷冻水泵协调控制

在冷冻水回路采用一级循环泵的系统中,为了协调空调冷冻水回路冷水机组一侧要求恒流量与末端一侧变流量之间的矛盾,差压旁路调节控制是最常用的方案。但当空调系统负荷很大、空调末端设备数量特别多、设备分布分散、冷冻水管路长、管路阻力大的情况下,冷冻水回路必须采用二级泵才能满足空调末端对冷冻水的压力要求。由于冷冻水回路是二级水泵串联运行,简单的差压旁路无法适应系统及管路变化所带来的问题。在这种情况下,一般采用图3.3所示的管路系统和相应的控制原理来解决冷水机组测量到水流量恒定与空调末端一侧冷冻水流量变化之间的协调。

在图3.3中,左侧的一级冷冻水泵按冷水机组配置,一级冷冻水循环泵与冷水机组一一对应,随冷水机组启停而启动与关闭。一级冷冻水循环泵负责克服冷水机组至冷冻水旁通管道一侧的水路阻力;二级冷冻水循环泵负责克服空调末端至冷冻水旁通管道一侧的水路阻力。一级冷冻水循环泵的启停由其对应冷水机组的启停所决定。二级冷冻水泵则依据旁通管路两侧的温度、流量关系调整二级泵的开启台数,以达到冷水机组一侧恒流量、末端设备一侧变流量的目的。在调整二级冷冻水泵开启台数时,必须保证冷水机组一侧的冷冻水流量大于空调末端一侧的流量,即冷冻水供回水管路与旁通管路中的冷冻水流向应满足图3.3中旁通管路与供回水管路内虚线箭头所指示的流向。

image.png图3.3冷冻水二级循环泵管路原理图


图3.3冷冻水二级循环泵管路原理图

(5)膨胀水箱与补水箱监控

膨胀水箱与补水箱属于辅助设备。膨胀水箱与冷冻水管路连通。当管路中的水随温度改变,体积发生热胀、冷缩的变化时,增加体积可排入膨胀水箱,减少体积可由膨胀水箱中的存水予以补充。补水箱存放经过除盐、除氧处理的冷冻用水,当需要时通过补水泵向管路补水。通过水箱的高低液位开关对水箱水位进行监视,水位低于下限时补充,高于上限时停止以免溢流。

(6)冷水机组的节能群控运行

制冷系统由多台冷水机组及其辅助设备组成。一般都是按照满足最大负荷需求设计冷水机组总冷量和冷水机组台数。系统满负荷运行的时间有限,大部分时间系统不是满负荷工作,这就为系统在满足要求的情况下,选择合适的负荷实现节能运行提供了条件。冷水机组常用的节能群控有两种基本方式。一种是冷冻水回水温度控制法,一种是冷量控制法。

由于冷水机组输出的冷冻水温度是一定的,一般为7℃左右,冷冻水在空调末端负载进行热量交换后,水温上升,回水温度的高低,基本上反映了系统的冷负荷大小。在冷冻水回水温度控制法中,监控系统可以用回水温度来调节冷水机组和冷冻水泵运行台数,达到节能的目的。

在冷量控制法中,监控系统根据冷冻水供回水温度与流量求出空调系统的实际冷负荷,根据所得结果重新计算,选择匹配的制冷机台数投入运行。同时按照工艺规定启动配套的辅助设备与系统。

根据冷负荷情况自动控制冷水机组、冷冻水泵的运行台数,从而达到节能的目的。冷水机组节能的群控要与设备的均衡运行控制相互协调,以达到系统运行费用与设备维护费用总体降低的目标。

(7)冷却塔的节能运行控制

冷水机组对冷却水进水(冷却水泵进口)温度也有一定的要求,并不是越低越好。因此,为保证冷水机组正常工作,必须满足冷却水进水的设计温度。

从冷却塔送回的低温度冷却水(冷却水进水,通常为32℃),经冷却泵加压后送入冷水机组,带走冷凝器的热量。高温的冷却回水(冷水机组出口,通常设计为37℃)重新送至冷却塔上部喷淋。由于冷却塔风扇的转动,使冷却水在喷淋下落过程中,不断与室外空气发生热交换而冷却,又重新送入冷水机组完成冷却水循环。

冷却水进水温度的高低基本反映了冷却塔的冷却效果,用冷却水进水温度来控制冷却塔风机(风机工作台数控制或变速控制)以及控制冷却水泵的运行台数就可以达到节能的效果。

利用冷却水进水温度来控制冷却塔风机的运行,不受冷水机组运行情况的限制,可以进行独立的控制。如室外温度较低时,仅靠水从冷却塔流出后的自然冷却,而不用风机强制冷却即可满足水温要求,关闭冷却塔的风机,就可达到节能的效果。

3.2.1.2制冷系统设备监控

1.设备、系统运行状态与参数监控点/位及常用传感器

>冷水机组运行状态:取自冷水机组控制器(柜)对应运行状态输出触点(或主接触器辅助触点)。

>冷水机组故障报警:取自冷水机组控制器(柜)对应故障报警输出触点(或主接触器辅助触点)。

>冷冻水泵启停状态:取自冷冻水循环泵配电箱接触器辅助触点。>冷冻水泵故障报警:取自冷冻水循环泵配电箱热继电器触点。>冷却水泵启停状态:取自冷却水循环泵配电箱接触器辅助触点。>冷却水泵故障报警:取自冷却水循环泵配电箱热继电器触点。>冷却塔风机启停状态:取自冷却塔风机配电箱接触器辅助触点。>冷却塔风机故障报警:取自冷却塔风机配电箱热继电器触点。

>膨胀水箱高低水位监测:取自膨胀水箱高低水位监测(传感器)输出点,一般选用液位开关,水位高限、低限、溢流位各一。

补水箱高低水位监测:取自补水箱高低水位监测(传感器)输出点,一般选用液位开关,水位高限、低限、溢流位各一。

>冷却塔高低水位监测:取自冷却塔高低水位监测(传感器)输出点,一般选用液位开关,水位高、低限位各一。

>水流开关状态:取自水流开关状态输出点,选用普通流量开关。

>冷冻水供/回水温度检测:取自安装在冷冻水管路上的供/回水温度传感器输出,采用管水式温度传感器,供/回水管各一;两个检测点的冷冻水流量应相同。

>冷冻水流量检测:取自安装在冷冻水管路上的流量传感器输出,采用电磁流量计,安装在与冷冻水回水温度检测点流量相同的位置,以便于与冷冻水供/回水温度检测值一起计算空调末端设备的实际冷负荷。

>冷冻水供/回水压力(或压差)检测:取自安装在冷冻水管路上供/回水压力(或

压差)传感器输出,采用水管式液压传感器,安装在集水器入口、分水器出口冷冻水旁通管附近。

>冷却水供/回水温度检测:取自安装在冷却水管路上的供/回水温度传感器输出,冷却塔出水干管、回水干管各一个,采用管水式温度传感器。

>冷水机组启停控制:从DDC数字输出口(DO)输出到冷水机组控制器(柜)启停遥控(BAS)输入点(或配电柜主接触器控制回路)。

>冷冻水泵启停控制:从DDC数字输出口(DO)输出到冷冻水泵配电箱接触器控制回路。

>冷却水泵启停控制:从DDC数字输出口(DO)输出到冷却水泵配电箱接触器控制回路。

>冷却塔风机启停控制:从DDC数字输出口(DO)输出到冷却塔风机配电箱接触器控制回路。

>冷水机组冷冻水进水电动蝶阀:从DDC数字输出口(DO)输出到冷水机组冷冻水入口电动蝶阀开关控制输入点。

>冷水机组冷却水进水电动蝶阀:从DDC数字输出口(DO)输出到冷水机组冷却水入口电动蝶阀开关控制输入点。

>冷却塔进水电动蝶阀:从DDC数字输出口(DO)输出到冷却塔冷却水入口电动蝶阀开关控制输入点。

>压差旁路两通阀调节控制:从DDC模拟输出口(AO)输出到压差旁路两通调节阀驱动器控制输入点。

特别需要说明的一点是在实际系统设计中,还要考虑设备的手动/自动控制的转换、设各故障维修/更换等退出自控等状态的监测,需要增加状态监视点的情况;还有像电动蝶阀都配有位置反馈信号,当需要监测时也要考虑相应的状态监视等。

上面只列出了监控点的类型和可能的实际位置,具体的数量要根据系统的规模、工作方式和具体、明确的监控功能要求进行监控点的合理配置。在实际控制系统设计、工程实施和系统运行维护中,可按照监控点的类型(模拟检测(Al)、状态/数字监测(DI)、模拟调节控制(AO))、状态/数字控制(DO)以及各自的功能描述和具体的数量,用表格的形式进行分类统计,供系统化设计及DDC选型与1/O配置使用。表3.1是楼宇自动化系统设计中常用的一种点数统计表。现在流行的表格形式有好几种,可依据自己的习惯和兴趣选用适合自己的一种或设计新的表格。

表3.1制冷系统监测、控制点位配置表

表3.1制冷系统监测、控制点位配置表

续表

续表

2.制冷系统设备的控制

在现场状态监测点、参数检测传感器对设备和系统运行状态及参数进行全面监测的基础上,楼宇自动化系统通过现场DDC控制器、中央监控管理系统实现制冷系统运行全面的自动监控与管理。在DDC和中央监控系统的控制与管理软件设计时,对下面的各项功能一定要进行仔细的分析与全面考虑。

(1)冷水机组与辅助设备的连锁控制

在控制软件设计中,要对启动顺序控制:冷却塔风机一冷却水泵一冷冻水泵一冷水机组,停机顺序控制:冷水机组一冷冻水泵一冷却水泵一冷却塔风机所规定的逻辑关系进一步细化,并考虑一定的时序关系。

①启动过程

>冷水机组冷冻水、冷却水管路上的阀门(常为电动蝶阀)开启,当位置反馈信号确认或延迟一定的时间(2~3min)后进入下一步;

>启动冷却塔风机、冷却水泵、冷冻水泵,并延迟一定的时间(3~4min)后进入下一步;

>冷水机组启动。

②停机过程

》冷水机组停机;

》延迟一定的时间(3~5min)后停止冷却塔风机、冷却水泵、冷冻水泵;

>延迟一段时间(4~6min)后关闭对应冷水机组冷冻水、冷却水管路上的阀门。

(2)设备故障报警处理、相互备用切换控制与均衡运行策略制冷系统中的设备均有故障报警监测。当出现设备故障报警时,控制系统自动停止相关运行设备的运行,管理系统进行报警信息的记录与处理,同时备用设备投入运行以保证整个

系统的正常运行。①启动设备选择

为了实现同类设备的均衡运行,选择启动设备的策略有三种:

>累计运行时间最少优先启动策略;>当前停运时间最长优先启动策略;

>轮流排队启动策略。

②停机设备选择

选择停运设备策略也有对应的三种:>累计运行时间最长优先停运策略;>当前运行时间最长优先停运策略;轮流排队停运策略。

每种策略各有特点,可根据具体情况选择单一策略或几种策略组合运用。策略选择时要充分考虑用户的物业管理方式和设备管理与维护计划,才能取得好的效果。楼宇自动化系统应能提供比较多的选择,便于调整与改动,以方便用户选择使用。

(3)冷水机组侧恒流量与空调末端设备变流量运行调解规律与控制策略选择如果冷冻水回路采用差压旁路调节方式,由于被调节量是压差(目的是调节流量),而这类对象的时间常数和滞后都比较小,所以首选的是PI调节规律和算法,调节效果比较理想。

需要特别说明一点,当冷冻水管路长、冷冻水流量变化大时,冷冻水管路上的压力损失(压力降低)值变化范围较大,为了保证末端空调设备有合适的工作压力,在不同的条件下应采用不同的旁路压差设定值。

如果冷冻水回路采用两级冷冻水泵,并在两级冷水泵之间设有旁通管路,这时第一级冷水泵的运行台数和冷水机组的数量配对,用以克服冷冻水回路冷水机组到旁通管之间的管道阻力,保证制冷机一侧的流量恒定,但不能对冷冻水回路空调末端设备一侧流量进行调节。冷冻水回路空调末端一侧的二级冷冻水泵用以克服空调末端一侧管路的管道阻力。通过控制二级冷冻水泵的运行台数保证末端设备一侧冷冻水供水压力。另外,随着冷冻水回路水流量的增加,冷冻水管路上的压降也会增加,恒定的供水压力有时候难以保证最不利位置(最远或最高)的末端空调设备的冷冻水供水有足够的压力保证这些空调设备正常工作。因此,在这类系统设计时,常在冷冻水压力最不利的位置安装水压传感器,对冷冻水压力进行检测。楼宇自动化系统通过综合冷冻水旁通管路空调末端一侧供水压力、冷冻水管路最不利位置的压力、末端空调设备的工作情况等多方面因素,确定二级冷冻水泵的运行台数。

二级冷冻水泵运行台数,必须保证旁通管的冷冻水流向与图3.3中虚线箭头所指示的流向一致,当出现不一致(控制程序的设计应尽量避免这种情况的发生)时,到底是通过增加冷水机组的运行台数来增加一级冷冻水泵运行台数(机组与水泵配对,同时运行),还是减少二级冷冻水泵的运行台数,需要综合系统实际运行状况和当前实际冷负荷的情况来决定。如果发生这种情况,就表明系统的控制逻辑设计有缺陷,需要改进。

(4)制冷系统运行的节能控制

在现代建筑中,暖通空调系统的能耗占据建筑物总能耗的比重越来越大,而冷热源设备及其水系统的能耗又是暖通空调系统能耗的最主要部分,占80%~90%。提高冷热源设备及我水系统的效率,对现代建筑节能的重要性是不言而喻的。在保证设备安全的前提下,冷热源设备与水系统的节能控制是衡量楼宇自动化系统成功与否的主要标志之一。制冷系统的耗

能设备主要有冷水机组、冷冻水泵、冷却塔风机和冷却水泵,制冷系统的节能运行首先应该从这些设备的节能控制入手。制冷系统常用的节能措施有以下几个方面。

①制订科学的运行时间表

依据建筑内热负荷变换情况,如上下班时间表、人员变动情况等,制订科学合理的运行计划表,在满足环境要求的前提下,减少运行时间。如在上班前恰当的时间开机,在房间使用前温度达到要求,在空置时间里不消耗能源;在下班前恰当的时间停机,利用系统储存的冷量维持环境温度要求到下班,这样就可以减少设备运行时间,达到节能目的。

②制冷机组的节能群控

空调末端设备通过冷冻水流量自动调节进行空调的温湿度控制,这就导致整个空调系统冷负荷不是一个恒定值。只有制冷机组的输出冷量与空调系统冷负荷匹配时,才不存在能源的浪费。当用户末端采用变水量时,冷冻水系统还必须根据新的运行工况提供新的水量和扬程,以减少流量和扬程的过盈,减少调节阀的节流损失,并尽可能使水泵在效率最高点运行。因为冷冻水泵与冷空调系统在绝大部分情况下处于非满负荷状态,因而冷水机组不总是满载运行。主机在部分负荷状态下的效率总是要低于满载工况下的工作效率。因此,在有多台机组的制冷系统中,尽量使机组处于满负荷状态是节能的重要措施之一,这就是机组的台数控制,也称为群控。

单台冷水机组的最大制冷量(满负荷)的值在一定范围内也是可调的。冷水机组满负荷值会随着冷水机组冷却水入口温度的降低而有所增加;反之,冷却水入口温度升高,其最大制冷量会降低。单台制冷机组的节能可通过恰当地调节主机运行状态,提高其制冷效率值,降低冷冻水泵、冷却水泵能耗来获得。

综合上面的分析可知,通过控制制冷机组的台数,同时调整制冷机冷却水的温度,小范围调整冷水机组满负荷制冷量,使运行的冷水机组在满负荷状态下,总的制冷量与空调系统的冷负荷相匹配,空调制冷系统在高效率的状态运行,以达到节能的目的。这里有两个影响因素需要控制,一个是确定冷水机组的运行台数,另一个是冷水机组满负荷制冷量的调整,这要求对冷水机组的性能有正确的了解和运行参数的准确检测。同时有一个基本的原则需要了解:增加冷水机组的满负荷制冷量所增加的制冷机组的能耗,总是小于增开一台制冷机组和对应水泵所增加的能耗。另外,通过改变冷冻水出水温度也可以调整冷水机组的满负荷制冷量,读者可参考相关技术资料。

③冷冻水泵节能控制运行与控制

在只有一级冷冻水泵和差压旁路调节控制构成的冷冻水回路中,冷冻水泵为冷冻水提供压力以克服冷水机组侧的管路阻力,同时保证末端设备一侧有足够的压力,并通过差压旁路的调节,为末端设备一侧提供稳定的工作压力,保证末端空调设备正常工作。目前制冷空调系统中的绝大部分都是这种形式。对这种结构的冷冻水系统,可以依据空调系统的工作情况,在满足工作压力、冷冻水流量的前提下,调整差压旁路的设定值和冷冻水泵的运行台数,以减低能耗。如果空调系统冷负荷大、末端空调设备分布范围广、空调设备水系统管路距离长,冷冻水系统须采用二级冷冻水泵以满足系统正常工作所需要的冷冻水压力。这种冷冻水系统的管路结构见图3.3所示。根据空调系统的工作情况,通过调整二级冷冻水供水压力及冷冻水泵的运行台数达到节能降耗的目的。

④冷却塔、冷却水泵的节能控制运行与控制

冷却水系统通过冷却水泵保证冷却机组内有足够的冷却水流量,通过冷却塔使冷水机组冷却水进口处的温度满足要求。

冷却塔运行控制的任务是根据冷冻机对冷却水温的要求,确定冷却塔的开启台数。冷却塔出水温度高于设定温度,则增开一台冷却塔,低于设定温度可停开一台冷却塔;有的冷却塔风机还采用双速电机,通过转速的变化调节冷却水温度,因此还应配合高/低速的转换来确定冷却塔的运行台数。

在室外温度比较低的情况下,通过冷却水回路的自然冷却就可满足制冷机对冷却水的温度要求,这时可关掉所有冷却塔的风机,单靠冷却水循环过程的自然冷却实现冷却水的降温。对于冷却泵,应以最少的冷却泵运行台数满足制冷系统对冷却水流量和温度的要求。合理地调整冷却塔风机和冷却水泵的运行台数可以达到降低能耗的目的。

在控制冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔运行的台数时,如果能配合这些设备的转速调节,则会取得更好的节能效果。当然,这会带来系统设备投资的增加,在整个系统的设计阶段应作全面的评估与选择。

3.2.1.3制冷系统监控技术的发展

在前面的讨论中,把制冷机组仅仅作为一个单体设备看待。实际上制冷机组本身就是一个复杂的系统,现在的制冷机组均配有功能强大的控制系统,以实现制冷机组本身启停控制、故障检测报警、运行参数监测、能量调节与安全保护等。制冷机组本身的控制系统都配有标准通信接口,新的制冷机组绝大部分支持BACnet或LonWork等在智能建筑领域影响比较大的通信协议。如果能通过通信接口和共同支持的通信协议,实现楼宇自动化系统与制冷机组的无缝连接,楼宇自动化系统就可能实现对制冷机组运行更为深入、全面的监控,使楼宇自动化系统对冷水机组和制冷系统运行参数监控、节能控制和安全保护等提高到新的高度。但由于楼宇自动化系统与制冷机组控制系统在通信协议方面还存在一些问题,所以在这方面的发展还不尽人意。但却是未来技术发展的研究方向和要求。

已有制冷机组厂家推出的制冷机控制系统,除了对制冷机本身的监控外,还能与冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵实现联动控制,从而构成更完整的冷水机组控制系统;并提供远程通信接口和调制解调器相连,使厂家的机组维修人员可以通过电话线远程监视机组的运行情况,为用户提供全面的服务。

在通信协议并不统一的情况下,已经有人通过开发通信接口来实现制冷机组控制系统与楼宇自动化系统之间的互连,并取得了一定程度上的成功。

3.2.2热源系统自动控制

前文已讲过,空调系统热源有两种常用的获取方式,一种是通过城市热网,一种是通过自备锅炉。

由于燃煤和燃油锅炉属于压力容器,国家有专门的技术规范和管理机构(政府劳动局),因此这类锅炉的运行控制一般不纳入楼宇自动化系统。最多只对锅炉的开停状态进行监控,而它们的运行控制由专门的控制系统完成。对于电加热的空调热源锅炉和电加热的生活热水锅炉,由于其工作工艺和控制相对简单,可以纳入楼宇自动化系统。本节只对电热锅炉的控制进行简单讨论。

3.2.2.1电热锅炉的监控

采用锅炉机组供热是没有外来热源(城市热网)情况下的一种供热方式,下面讨论电锅炉机组的监测与控制。

1.电锅炉机组运行参数与状态监控点/位及常用传感器

>电锅炉机组运行状态:取自电锅炉机组控制器(柜)对应运行状态输出触点(或主接触器辅助触点)。

>电锅炉机组故障报警:取自电锅炉机组控制器(柜)对应故障报警输出触点(或主接触器辅助触点)。

>电锅炉机组出口热水温度测量:取自安装在电锅炉热水出口的水温传感器输出,采用管式水温度传感器。

>电锅炉机组出口热水压力测量:取自安装在热水管路上的液体压力传感器输出,常为管式液体压力传感器。

>电锅炉机组热水流量测量:取自热水管路上的流量计输出,采用电磁流量计,安装在与热水回水温度检测点流量相同的位置,以便与分水器进口热水温度测量值和集水器出口热水温度测量值一起计算空调末端设备的实际热负荷。

>分水器进口热水温度测量:取自安装在分水器进口的水温传感器输出,常选用管式水温传感器。

>集水器出口热水温度测量:取自安装在集水器出口的水温传感器输出,常选用管式水温传感器。

>锅炉回水干管热水压力测量:取自安装在热水回水干管上的液体压力传感器输出,常选用管式液体压力传感器。

>热水泵启停状态:取自热水循环泵配电箱接触器辅助触点。>热水泵故障报警:取自热水水循环泵配电箱热继电器触点。

>水流开关状态:水流开关状态输出点。

>电锅炉机组启停控制:从DDC数字输出口(DO)输出到电锅炉机组控制器(柜)启停遥控(BAS)输入点(或配电柜主接触器控制回路)。

>热水泵启停控制:从DDC数字输出口(DO)输出到热水泵配电箱接触器控制回路。>电锅炉机组进水电动蝶阀开关控制:从DDC数字输出口(DO)输出到电锅炉机组热水入口电动蝶阀开关控制输入点。

现在空调末端设备水系统大多采用两管制,空调冷热水共用一套管路系统,如膨胀水箱、补水箱、补水泵等辅助设备与制冷系统共用,有关这些设备的监控原理与制冷系统完全相同,因此控制系统采用同一套系统。

2.锅炉的连锁控制

电锅炉系统启动顺序控制:启动热水泵→启动电锅炉。电锅炉系统停止顺序控制:停止电锅炉→停止热水泵。

3.锅炉系统运行与节能控制

(1)互备切换与均衡运行

在多台设备运行的系统中,同类设备相互备用,当一台设备损坏时,备用设备能自动投

入使用,保证系统的正常工作。为了延长各设备的使用寿命,通常要使设备累计运行时间数尽可能相同。因此,每次初启动系统时,都应优先启动累计运行时间最少的设备,控制系统应有自动记录设备运行时间的功能。

(2)节能控制

锅炉供水系统的节能控制方式与冷水机组的节能控制方式通常有两种:热水回水温度法和热负荷控制法。

①回水温度法

锅炉输出的热水(蒸汽)温度是一定的,一般为90℃~95℃(蒸汽温度在100℃以上),经交换后输出60℃~65℃热水,热水经过终端负载进行能量交换后,水温下降,回水温度的高低,基本上反映了系统的热负荷,回水温度高,说明系统热负荷小;回水温度低,说明系统热负荷大,因此可以用回水温度来调节锅炉机组的启、停和热水泵运行台数,达到节能的目的。

②热负荷控制法

根据分水器、集水器的供、回水温度及回水干管的流量测量值,实时计算空调房间所需热负荷,按实际热负荷自动启、停锅炉(一般为电锅炉)及热水给水泵的台数。

4.系统定时运行与设备的远程控制

锅炉系统能够按照预设的运行时间表自动定时启停;控制系统能够对设备进行远程开/

关控制,在控制中心能实现对现场设备的控制。

每个具体系统的配置不可能一样,在实际工程中应该根据实际情况,统计出电锅炉机组的台数、热水泵的台数及补水泵台数,计算出数字输入、数字输出、模拟输入和模拟输出的总点数,供选择现场控制器用。为了工程使用便利,表3.2给出了电锅炉监测、控制点的基本配置表,供参考。

表3.2电锅炉监测、控制点配置表

表3.2电锅炉监测、控制点配置表

3.2.2.2热交换器

对于两管制空调末端设备,一般要求热水的供水温度为65C~70℃。无论是热网提供的热水或蒸汽,还是自备锅炉提供的蒸汽或热水,其温度都高于这个温度,不满足工艺要求。因此,在空调系统中需要进行高温热水或高温蒸汽到空调热水的转换。这种转换装置称为热交换器或换热器。空调系统中的热源,如高温蒸汽或高温热水先经过热交换器变成空调热水,经热水泵(少数系统与冷冻水泵合用)加压后经分水器送到空调末端设备进行水/气热交换。水温下降后的空调热水回流,经集水器进入热交换器再加热,如此循环。图3.4为空调热交换系统监控原理图。

图3.4热交换系统监控原理图

图3.4热交换系统监控原理图

在建筑楼层比较高时,如果空调水回路采用闭式系统直接向最高层的末端设备供应空调冷热水,系统的静压可能会超过设备和管路的承压能力。为了解决这一问题,可在高区另设独立的空调水回路,通过增设二级热交换站,利用热交换器在压力相互隔离的独立空调水回路之间实现将上、下层相互独立的空调水回路之间冷量、热量的交换。这种系统中的热交换器可与冷热水系统共用热交换器,也可采用冷热不同的热交换器分别实现空调热水系统热交换和冷冻水系统热交换,空调系统热交换器的控制原理和系统构成基本相同。

1.空调换热系统运行参数与状态监控点/位及常用传感器

>热交换器一次侧热水供回水(蒸汽供汽与冷凝水回水)温度测量:取自安装在热水供水管和回水干管(蒸汽供汽管与冷凝水回水干管)上的温度传感器,采用管式水温度传感器。

热交换器一次侧热水供回水(蒸汽供汽与冷凝水回水)压力测量:取自安装在热水供水管和回水干管(蒸汽供汽管与冷凝水回水干管)上的压力传感器,采用管式压力传感器。

>热交换器一次侧热水回水(或冷凝水回水)流量测量:取自安装在热水回水干管(冷凝水回水干管)上的流量传感器,常选用电磁流量计。

>空调热水供水温度测量:取自安装在空调热水供水管上的水温传感器输出,常选用管式水温传感器,常与换热器二次热水出口温度共用。

>空调热水回水温度测量:取自安装在空调热水回水管上的水温传感器输出,安装位置与二次热水流量计的安装位置协调一致,常选用管式水温传感器。

>热交换器二次侧热水流量测量:取自安装在热水回水管上的流量传感器,安装位置与二次回水温度同流量的监测点相同,以便与分水器进口热水温度测量值和集水器出口热水温度测量值一起计算空调末端设备的实际热负荷,常选用电磁流量计。

>换热器二次热水供回水压力(压差)测量:取自安装在换热器二次热水供回水干管上的液体压力传感器输出,常用管式液体压力传感器。

>二次热水泵启停状态:取自热水循环泵配电箱接触器辅助触点。

>补水泵启停状态:取自补水泵配电箱接触器辅助触点。

>二次热水泵故障报警:取自热水水循环泵配电箱热继电器触点。

>补水泵故障报警:取自补水泵配电箱热继电器触点。

》补水箱水位监测:取自补水箱液位开关,一般有溢流、停补、低限报警三个液位状态。

>水流开关状态:水流开关状态输出点。

>一次侧热水蒸汽流量控制——供水蒸汽阀门开度控制:从DDC模拟输出口(A0)输出到一次供水/蒸汽阀门驱动器控制输入口。

>二次侧热水供回水压差控制:从DDC模拟输出口(AO)输出到压差旁路二通调节阀阀门驱动器控制输入口。

>热水泵启停控制:从DDC数字输出口(DO)输出到热水泵配电箱接触器控制回路。>补水泵启停控制:从DDC数字输出口(DO)输出到补水泵配电箱接触器控制回路。现在的空调末端设备大多采用两管制,空调冷热水共用一套管路系统,像膨胀水箱、补水箱、补水泵等辅助设备共用,有关这些设备的监控与制冷系统中完全相同。

2.热交换系统的连锁控制

热交换系统启动顺序控制:启动二次热水循环泵一开启一次侧热水/蒸汽阀门。热交换系统停止顺序控制:关闭一次侧热水/蒸汽阀门一停止二次热水循环泵。

3.热交换系统运行与节能控制

(1)热交换系统的自动控制

当一次热媒为热水时,控制器将温度传感器测量的热交换器二次水出口温度与给定值比较,根据比较偏差由控制器按照设定的调节规律,输出控制信号,调节一次热水电动阀的开度,使二次热水出口温度接近并保持在设定值。电动阀调节性能应采用等百分比型流量特性。

当一次热媒为蒸汽时,系统构成和控制原理与一次热媒为热水时相同,只是电动阀门应采用直线型调节阀。

当系统内有多台热交换器并联使用时,应在每台热交换器二次热水进口处加电动蝶阀,把不使用的热交换器水路切断。

(2)节能控制

热交换器的节能控制方式与冷水机组的节能控制方式一样,通常有两种:热水回水温度法和热量控制法。监控系统对系统的设备能够实现互备切换和均衡运行控制。

①回水温度法

热交换器输出的热水温度是一定的,一般为60℃~65℃,热水经过终端负载进行能量交换后,水温下降,回水温度的高低,基本上反映了系统的热负荷。回水温度高,说明系统热负荷小;回水温度低,说明系统热负荷大,因此可以用回水温度来调节热交换器的运行台数和热水泵运行台数,达到节能的目的。

②热负荷控制法

热量控制法:根据分水器、集水器的供、回水温度及回水干管的流量测量值,实时计算空调末端设备所需热负荷,按实际热负荷自动调整热交换器及热水给水泵的台数。

4.系统定时运行与设备的远程控制

热交换系统能够按照预设的运行时间表自动定时启停;控制系统能够对设备进行远程开/关控制,在控制中心能实现对现场设备的控制。

表3.3给出基本的热交换系统监测、控制点配置表,可作为系统设计与配置的参考。具体的数量应根据系统的实际情况最后确定。

表3.3热交换系统监测、控制点配置表

表3.3热交换系统监测、控制点配置表

续表

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