基于制冷机单机能效的群控模式的研究

童纪阗

摘 要：制冷系统是动力车间耗电量最大的负荷。从单机最优运行能效出发，提出多机群控的节能控制策略，最终实现系统的高效低能耗运行，对类似的制冷系统群控提供基本的模型。

关键词：群控 COP值 研究

中图分类号：TB651 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）009-081-02

1 引言

制冷系统是大滞后系统，其运行机组台数取决于单机制冷量与负荷端需要的负荷量大小。而对于制冷单机及制冷系统的节能研究，则更多的是依据COP值来进行能效高低的衡量；其中：COP代表是单位电量产生的制冷量大小。

基于建筑物负荷的机组运行台数控制方法主要有以下三种：

（1）将建筑物回水温度作为其负荷的表征参数，根据回水温度确定制冷机的开停。

（2）方法将冷冻水的流量作为负荷的表征参数，将流量值与冷水机组的额定流量进行比较，从而实现对冷水机组的台数控制。

（3）方法通过测量冷冻水的供、回水温差及其流量来确定建筑空调负荷，再把此值与冷水机组的产冷能力进行比较，从而实现对冷水机组的台数控制。

2 当前通用群控技术

对于当前较为通用的基于PLC系统控制技术，通常控主要由以下几点入手：

（1）夏季、冬季控制模式的运用。对于冬季模式，由于冬天室外温度较低，对于组合空调通常利用外部新风来降低室内温度，通常只需开一台小制冷机组即可；而对于夏季模式，对冷量需求大，涉及到多台机组群控。

（2）在加载的过程中，系统在自动控制的前提下，以当前运行机组总制冷量的90%与当前冷耗量进行对比，并进行相应的延时，判断是否需要再开机组，判断依据。

W=HP*3.517

其中：HPn为当前开启制冷机某台的额定制冷量，K1=90%，HP实际冷耗量为当前通过出回水温差及瞬时流量计算所得的实际瞬时冷耗量，HP单位为TON，W单位为千瓦。

制冷设备是大滞后系统，而且降温较慢。为了保证新开启机组有足够的时间稳定负荷，在开启新机组后延时Xmin再进行下一次开机判断，判断条件仍然是以上面公式一致。

由于K1=90%，即令每台制冷机的最大制冷量百分比限制在90%以内，以定值的形式存在。

（3）在卸载过程中，我们以当前运行机组总额定制冷量的60%与当前冷耗量进行对比，并进行相应的延时，判断是否需要关闭机组，判断依据：

∑HPn*K2>HP实际冷耗量

其中：K2为60%，即正在运行中的所有机组额定制冷量的60%大于实际冷耗量时，延时并按一定的机组权限停机。

（4）当只剩下一台作为调节负荷的变频制冷机在运行时，此时判断是否要停机的判断依据是：

T分

其中：T低限为运行人员根据需要在上位设定，变频机状态在负荷判断依据的一定时间后停机。

3 基于节能模式的群控研究

基于单机能效的研究，进而实现多机启停及负荷分配，是我们下面所要研究的内容。

3.1 单机运行能效COP分析

在负荷低于50%时，离心机会发生喘振；此外，在75%～90%时，COP仍在6以上，能效未发生突变减小，基于充分利用机组制冷潜能，在节能与设备损耗中选取平衡点，故确定负荷啊50%～75%之间波动。

3.2 多机群控节能研究

3.2.1负荷预测数学方法的建立

其中：HP为冷耗量，而t为时间。从公式中，我们可以看出，在△t趋于某个相对小的值时，上式近似相等。根据导数的特性，当>0时，表示负荷在该t点时，处于负荷增加的模式；当<0时，表示负荷在该t点时处于负荷下降趋势。当然，是根据计算得来的，并不是单点的导数，而是在某个时间范围内的一个估算值，但由于制冷机是个滞后系统，降温速度慢，曲线较缓，故可以近似代表这段时间内负载的变化率。

作为冷负荷分析的一个指标性参数，在制冷机加减机的时候可以作为一个参考值，干预控制，实现群控的优化，但主要还是应该以当前一段时间的负荷量作为主要参数为主。

3.2.2 多机运行负荷分配节能研究

当多机组同时运行时，需要对负荷进行合理分配，同时使单机负荷运行在COP高的范围内，最终保证整个系统高效节能地运行。

（1）负荷分配。

多台冷水机组联合运行系统中，较多应用等冷媒水供水温度控制，即相同机组系统中，每台机组提供的冷量相同；不同机组系统中，每台机组按其额定制冷量占所有运行机组额定制冷量总和的比例提供冷量，该控制方法被认为是接近最优的。

（2）COP能效高点。

在“单机运行能效COP分析”中，制冷机制冷量负荷在一定范围内，其能效比COP值最大，若能够保证每台机组运行于此状态下，将大大提高制冷系统的能效。因而在多机长期运行在高负载状态（90%～95%）下，即使每台机的负荷量相等，但每台机均未运行在能效比较高的范围内，故还未能全面地提高COP值，因而负荷分配除了正在运行的机组外，还涉及到了是否需要增加机组参与负荷分配的问题。

其中负荷率为：

Xi=HPi/HPi额定

式中：Xi为第i台制冷机实际负荷率，HPi为实际制冷量，HPi额定为制冷机额定制冷量。

故当多台机群控运行的时候，若能保证每台制冷机能够处于最佳COP运行点，并且保持每台机能够在均等负荷下运行，将使效率达到最高。

3.2.3 出水温度的确定

相同机组中，每台机组提提供的冷量相同，此时控制室接近最优的，那么根据以负荷率上公式，当HPi=HP总/n时（n为运行中的制冷机），此时的效率最高，又：

4 总结

以上内容研究了基于单机能效的多机群控节能模式，从多项节能点出发，采用各种数学方法，包括限流百分比的控制、单机启停的控制、各机组负荷分配等入手，为群控模式提供了一个基本的研究框架和方向。

参考文献：

[1] 徐新华，王盛卫.离心式制冷机系统优化控制策略研究[J].建筑热能通风空调， 2007（01）.

[2] Katto Y，Shinizu M.Upper limit of CHF in the satu—rated forced convection boiling on a heated disk with a small impinging jet[J].ASME Journal of Heat Trans—fer，1979（101）：265-269.