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摘要
文章闡述了冷機(jī)臺(tái)數(shù)自動(dòng)控制的方法,列舉了有關(guān)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)組建方案及不正確的測(cè)量方法。提出需要有關(guān)各專業(yè)相互配合,正確設(shè)計(jì)、施工及調(diào)試,才能使系統(tǒng)有可測(cè)性、可控性,達(dá)到節(jié)能效果。
目前,中央空調(diào)系統(tǒng)的冷源主要采用兩種,一種是機(jī)械壓縮式制冷,主要形式為以消耗電能換取冷量;另一種是熱力吸收式制冷,以消耗熱能(燃?xì)狻⒄羝⒏邷責(zé)崴?換取冷量,其電能或熱能的消耗都是可觀的,是建筑設(shè)備中能耗大戶。實(shí)際工程中,制冷機(jī)組一般設(shè)置兩臺(tái)或兩臺(tái)以上。為了減少運(yùn)行費(fèi)用、節(jié)約能源,多根據(jù)實(shí)需冷負(fù)荷來(lái)調(diào)節(jié)冷機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù),在《在智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB-T50314-2000)中將冷機(jī)臺(tái)數(shù)控制定為甲級(jí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)條件之一。
根據(jù)我們對(duì)實(shí)際工程的考查,在冷機(jī)臺(tái)數(shù)控制方面有成功的范例,但也有失敗的工程,其成功與否,是由設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試等諸方面決定的。本文詳細(xì)闡述了工程中出現(xiàn)的問(wèn)題,提出解決的辦法,與同行商討,使設(shè)計(jì)、施工等各個(gè)環(huán)節(jié)保證實(shí)際工程能獲得可測(cè)性、可控性和節(jié)能性。
1 冷機(jī)臺(tái)數(shù)控制方式
實(shí)際工程中,對(duì)制冷系統(tǒng)中的聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備(冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔及相應(yīng)電動(dòng)蝶閥等)及制冷機(jī)等已納入BAS集散控制系統(tǒng)中,其中對(duì)冷機(jī)臺(tái)數(shù)控制可分為以下兩種方式。
1.1 操作指導(dǎo)控制
這種控制方式是根據(jù)集散監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)測(cè)冷負(fù)荷,一方面顯示、記錄實(shí)際冷負(fù)荷;另一方面由操作人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷,實(shí)施冷機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)控制及相應(yīng)聯(lián)動(dòng)設(shè)備的控制。這是一種開(kāi)環(huán)控制結(jié)構(gòu),其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制靈活,特別適合對(duì)于冷負(fù)荷變化規(guī)律尚不清楚和對(duì)大型冷機(jī)的啟、停要求比較嚴(yán)格的場(chǎng)合。這種方法也是實(shí)施閉環(huán)控制方法的第一步,可為閉環(huán)控制摸索經(jīng)驗(yàn)。但操作指導(dǎo)控制的缺點(diǎn)是仍要人工進(jìn)行操作,控制過(guò)程慢、實(shí)時(shí)性差,節(jié)能效果受到限制。
1.2 閉環(huán)控制
這種控制方式主要是根據(jù)實(shí)測(cè)冷負(fù)荷由DDC直接數(shù)字控制器自動(dòng)控制冷機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)以相應(yīng)聯(lián)動(dòng)設(shè)備,同時(shí)對(duì)冷負(fù)荷進(jìn)行顯示和記錄。
這種控制方式屬閉環(huán)控制,由DDC直接承擔(dān)監(jiān)控任務(wù),所以實(shí)時(shí)性好,適應(yīng)性強(qiáng)。并且由于DDC計(jì)算能力強(qiáng),可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制規(guī)律。
以兩臺(tái)冷機(jī)臺(tái)數(shù)控制為例,按在線測(cè)到的冷負(fù)荷QC與一臺(tái)冷機(jī)額定制冷量QH相比較,如圖1所示,當(dāng)QC在QH以內(nèi)時(shí),開(kāi)動(dòng)一臺(tái)冷機(jī)及相應(yīng)聯(lián)動(dòng)設(shè)備,當(dāng)QC≥QH時(shí),經(jīng)延時(shí)(可設(shè)定)確認(rèn)冷負(fù)荷有增長(zhǎng)趨勢(shì),啟動(dòng)第二臺(tái)冷機(jī)及相應(yīng)聯(lián)動(dòng)設(shè)備。當(dāng)負(fù)荷減少到QC≤(QH-△)時(shí),經(jīng)延時(shí)確認(rèn)冷負(fù)荷有減少趨勢(shì),則停止一臺(tái)冷機(jī)及相應(yīng)聯(lián)動(dòng)設(shè)備。應(yīng)說(shuō)明,啟、停冷機(jī)的邊界條件,例如△值的大小,應(yīng)根據(jù)冷機(jī)具體要求而定。
2 實(shí)際冷負(fù)荷測(cè)量系統(tǒng)的組建及工程中存在的問(wèn)題
2.1 冷負(fù)荷QC的計(jì)算
冷負(fù)荷QC的計(jì)算公式如下:
QC=CG(t2-t1)kW
式中QC—冷負(fù)荷kW;
C—水的比熱4.186kJ/kg℃;
G—負(fù)荷回水流量kg/s
t1、t2—冷凍水供、回水溫度℃
應(yīng)特別說(shuō)明,公式中G 應(yīng)為由負(fù)荷來(lái)的總回水流量,不應(yīng)包括旁通流量;t2應(yīng)為負(fù)荷來(lái)的總回水溫度,不應(yīng)是回水與旁通水的混合溫度。
2.2 流量測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工及其存在的問(wèn)題
2.2.1 供、回水干管連接方式及冷量測(cè)量系統(tǒng)的組建
目前,中央空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷側(cè)水系統(tǒng)多為變流量系統(tǒng)(利用電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)),而冷源側(cè)是定流量系統(tǒng)(保護(hù)冷機(jī))。所以在供、回水系統(tǒng)中設(shè)有旁通閥。并利用供、回水干管壓差信號(hào),通過(guò)DDC自動(dòng)調(diào)節(jié)旁通閥的開(kāi)度,維持供、回水干管壓差恒定。
常見(jiàn)冷站供、回干管的連接方式及測(cè)量組建系統(tǒng)如圖2所示,有四種方案。各測(cè)量參數(shù)都有安裝條件,例如流量變送器FT要求在其安裝位置的前、后(按水流方向)有一定長(zhǎng)度的直管段要求,一般要求前10DN、后5DNDN——安裝管直徑,這是為了消除管道中流動(dòng)的渦流,改善流速場(chǎng)的分布,提高測(cè)量精度和測(cè)量的穩(wěn)定性。直管段的設(shè)計(jì)應(yīng)按照具體流量變送器及管道中阻力件的情況,按說(shuō)明書(shū)要求而定。為了延長(zhǎng)流量變送器的使用壽命,要求流量變送器安裝在回水管路上,而避免安裝在供水管上。
在各種流量變送器中,電磁流量系無(wú)阻流元件,阻力損失小、流場(chǎng)影響小、精度高,直管段要求低,是常用的一種流量變送器。例如IFM4080K(F)電磁流量計(jì),當(dāng)精度為0.3級(jí)時(shí),要求前10DN,后2DN;如果要求測(cè)量精度低于0.3級(jí),則可放寬到前5DN,后2DN的要求。當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)不滿足測(cè)量條件時(shí),輕者測(cè)量誤差大,重者讀數(shù)無(wú)意義。
2.2.2 各種測(cè)量系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的說(shuō)明
(1)方案1在分水器與集水器之間連接壓差旁通管,由分水器引出一條供水管(到樓上再行分支)由負(fù)荷回來(lái)一條回水管(在樓上兩管匯合)接到集水器上。這種連接方法可以用一個(gè)流量變送器測(cè)量負(fù)荷回水總流量,且較容易滿足流量變送器直管段的要求,可從安裝條件保證測(cè)量精度和穩(wěn)定性,可測(cè)性好。同時(shí)由于旁通管連接到集水器與分水器之間,對(duì)穩(wěn)定地調(diào)節(jié)供、回水壓差有利。這是我們推薦的一種方案。
(2)方案2與方案1不同是在集水器安裝兩個(gè)回水管,故需采用兩個(gè)回水流量變送器和兩個(gè)回水溫度傳感器,按下式計(jì)算冷負(fù)荷。
QC=CG(t2-t1)kW
式中G—總回水流量,G=G1+G2kg/s
t2—回水當(dāng)量溫度t2= ℃
這種方案雖然增加現(xiàn)場(chǎng)硬件但具有方案1的優(yōu)點(diǎn)。
(3)方案3的特點(diǎn)是壓差旁通管連接在供、回水干管上,按這種連接方法,無(wú)論集水器上連接多少個(gè)回水管,均可采用一個(gè)流量變送器和一個(gè)回水溫度傳感器測(cè)量實(shí)際冷負(fù)荷,減少了硬件投資。但其調(diào)節(jié)供、回水壓差的穩(wěn)定性不如方案1和方案2的好。這種方案在設(shè)計(jì)、施工中必須保證安裝流量變送器的回水管段足夠長(zhǎng),否則也可能失去可測(cè)性。
(4)方案4的流量變送器及回水溫度傳感器設(shè)計(jì)安裝位置是錯(cuò)誤的,使系統(tǒng)失去可測(cè)性、可控性。方案4這種明顯的錯(cuò)誤連接,在公開(kāi)出版的書(shū)籍、雜志以及樓控集成商的投標(biāo)書(shū)中不止一次的出現(xiàn),甚至有些已完工的工程中就是這種連接,造成了浪費(fèi),失去了工程測(cè)量的實(shí)際意義。
除了如方案4這樣的錯(cuò)誤設(shè)計(jì)之外,盡管采用方案1~3,但有的設(shè)計(jì)并沒(méi)有明確說(shuō)明測(cè)量的安裝條件,忽視了對(duì)管路長(zhǎng)度的要求,也使系統(tǒng)失去可測(cè)性。
2.2.3 供、回水干管施工及其存在的問(wèn)題
冷站供、回水系統(tǒng)施工一般由工程公司水暖工程隊(duì)實(shí)施,按施工程序一般水施在前、弱電施工在后。
由于施工中各工種配合脫節(jié),水施不按儀表安裝要求條件布管,僅按水路系統(tǒng)連接,為減少占地面積,使管路安裝非常緊湊,無(wú)法保證儀表足夠長(zhǎng)直管段的要求。一旦后期發(fā)現(xiàn)要想整改也是非常困難,因?yàn)槊鎸?duì)的是大口徑管路以及冷站面積的限制。
由于設(shè)計(jì)、施工中存在的問(wèn)題,未能滿足儀表要求的測(cè)量條件,使昂貴的儀表閑置不用,造成業(yè)主投資上的浪費(fèi),又不能起到節(jié)能控制作用,無(wú)法節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。這種工程上的失敗,是業(yè)界的一種悲哀我們呼吁同行能引起重視。
3 設(shè)計(jì)、施工及調(diào)試中的幾點(diǎn)解決方法
3.1 規(guī)劃階段應(yīng)考慮水路布置
參照實(shí)際工程,采用適宜的管路連接方案,保證冷站有足夠大的面積,為冷負(fù)荷測(cè)量準(zhǔn)備組建條件。
3.2 各工種配合至關(guān)重要
樓宇控制工程本身就是多工種、多技術(shù)的綜合工程,參數(shù)測(cè)量更為重要。需要公用設(shè)備工程師、樓控工程師、現(xiàn)場(chǎng)施工工程師緊密配合,相互之間明確要求,才能保證測(cè)量系統(tǒng)的正確組建。
3.3 工程調(diào)試最終完成工程的重要環(huán)節(jié)
(1)系統(tǒng)在軟件支持下,應(yīng)完成制冷系統(tǒng)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制,各聯(lián)動(dòng)控制之間應(yīng)有一定的延長(zhǎng)時(shí)間(以min計(jì));
(2)先開(kāi)環(huán)控制,后閉環(huán)調(diào)整有利于系統(tǒng)投入。在投入閉環(huán)控制之前,先行操作指導(dǎo)控制,摸索空調(diào)負(fù)荷隨室外氣象條件變化規(guī)律及大廈內(nèi)人員活動(dòng)的變化因素進(jìn)行人工操作,記錄日啟動(dòng)次數(shù);
(3)啟停負(fù)荷的邊界條件的設(shè)定。前面在談到臺(tái)數(shù)控制時(shí),按實(shí)測(cè)負(fù)荷QC與冷機(jī)單臺(tái)額定制冷量(滿負(fù)荷)QH相比較,決定冷機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。但是,應(yīng)考慮到制冷機(jī)額定負(fù)荷時(shí)的COP值,(COP:制冷壓縮機(jī)的性能系數(shù),COP=機(jī)組的凈制冷量/軸功率),并不一定是最高的,而在部分負(fù)荷值更高。
當(dāng)實(shí)際負(fù)荷值QC
(4)延長(zhǎng)時(shí)間的設(shè)定。程序設(shè)定各啟停邊界條件的延長(zhǎng)時(shí)間,按大連三洋一般最少為40min,其延時(shí)長(zhǎng)短應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況酌情調(diào)整,對(duì)吸收式冷機(jī)來(lái)說(shuō)冷機(jī)稀釋運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為5~15min;
(5)日啟動(dòng)次數(shù)的限定。根據(jù)冷機(jī)供貨廠家的建議冷機(jī)日啟動(dòng)次數(shù)不宜頻繁,以延長(zhǎng)冷機(jī)壽命,以蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機(jī)為例,連續(xù)使用比間歇使用更有利于延期使用壽命。
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