中国国家博物馆制冷站自控系统优化可行性分析

2015-02-27李芳杜雷

智能建筑与智慧城市 2015年4期

李芳，杜雷

（中国国家博物馆）

1 引言

中国国家博物馆改扩建工程始于2007年3月，考虑到其所处地理位置的重要性和特殊性，空调冷源系统在设计时充分利用老馆的地下室空间，采用了部分负荷冰蓄冷。为了保证建筑物外立面的整洁，避免空调室外机的出现，冷却形式采用了水冷式，并通过楼顶的冷却塔实现了所有的散热。

自2011年3月试运行以来，空调冷源的冰蓄冷系统、冬季自然冷却系统相继得以应用和实现，满足了舒适性空调环境和恒湿恒温空调环境的需求，但由于制冷站自控系统不完善，容易造成能源浪费。通过实地调研和论证，中国国家博物馆对制冷站自控系统进行了优化。

2 系统现状及存在问题

2.1 系统现状

制冷站所拥有的主要设备有冷水机组（基载冷水机组、双工况冷水机组）、水泵（冷却水泵、冷冻液泵、融冰循环泵、冷冻水泵、冷热地板辐射循环泵）、板式换热器、冷却塔和补水设备。

当进入夏季制冷时，主要应用三种模式参与制冷：基载机组、双工况机组和融冰制冷。即在8：00-17：00时，开启双工况机组、基载机组和融冰三种模式共同制冷；在18：00-23：00时，由基载机组和融冰共同制冷；在23：00-次日8：00时，由所有双工况机组全部运行进行制冰，而空调区冷量由基载机组提供。

2.2 存在的问题

7台冷水机组在各时段不同模式下安全稳定运行，但机组及附属设备缺乏统一的控制策略，不能根据末端负荷变化进行自动调节，造成了能源的大量浪费。

3 优化方案设计

3.1 设计说明

为优化冷水机组综合运行参数，对7台冷水机组以及附属设备加装一套“冷水机组中央集控系统”。整个群控系统包含基载主机、双工况主机、蓄冰主机、融冰系统、自然冷却系统等的相互控制策略。

系统主要受控设备包括：双工况冷水机组、基载冷水机组，变频乙二醇冷冻泵、变频融冰循环泵、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔及电动阀门等。

3.2 实施方案

3.2.1 “中央集控系统”网络结构

“冷水机组中央集控系统”采用分布式集散控制方式的两层网络结构——管理层、控制层。管理层为管控平台，控制层通过控制引擎、专用控制器以及扩展模块等实现对主机、水泵及冷却塔风机的综合控制。图1为系统网络结构示意图。

图1 系统网络结构示意图

3.2.2 控制原理

冷水机组的启停台数根据回水温度和最不利末端温湿度进行综合控制：当回水温度或最不利末端温湿度的其中一项符合“加机”要求时，则增加1台冷水机组运行；当回水温度和最不利末端温湿度同时符合“减机”要求时，相应减少1台冷水机组运行。

3.2.3 控制方式

1）冬季控制策略——利用现有自然冷却系统。

2）春秋季控制策略——自动根据室外温湿度情况，控制开启1台或2台基载主机。

3）夏季非炎热季控制策略——自动根据室外温湿度情况，控制开启基载主机或者双工况主机。

图2 控制原理图

4）夏季炎热季控制策略——夜间，冰蓄冷+基载主机供冷；白天，融冰+基载主机供冷+双工况主机供冷，控制原理如图2所示。

5）蓄冰工况控制策略——蓄冰工况下，依据蓄冰槽液位、蓄冰槽出水温度和蓄冰工况运行时段3个条件，综合控制双工况机组的运行。

3.3 系统功能

通过上述优化设计后，整个系统可实现以下功能：空调工况下冷水机组运行台数、启停顺序自动控制功能；蓄冰工况下双工况冷水机组的运行控制功能；冷冻水泵运行台数控制功能；冷却水泵运行台数控制功能；冷却塔风机运行台数、启停顺序自动控制功能；冷水机组远程启停控制功能；手动/自动控制切换功能；现场手动控制功能；冷水机组、循环水泵、冷却塔风机运行状态检测功能。