多台冷水机组空调系统的优化控制

2019-06-16陈德祥汤继保郑荣波

设备管理与维修 2019年14期

程镇，陈德祥，汤继保，袁哲，郑荣波

（合肥通用机械研究院，安徽合肥 230031）

0 引言

随着现代社会的快速发展，我国对空调的需求量也伴着建筑规模的不断扩大而增加。对此，选用多台冷水机组同时进行工作的方式才能够最大程度满足人们对空调的需求。但就多台冷水机组系统本身而言，也存有一定局限性，因为多台冷水机组是同时运行的，所以冷水机组运行所消耗的能量不仅是根据冷水机组自身的特点决定，还与部分负荷下冷水机组的负荷分配策略是紧密相连的。因此针对冷水机组类型选择的时候，需要寻找负荷分配策略的最优方案，以期能够最大化地提高多台冷水机组空调系统整体的运行效率，使空调能耗降到最低，不断减少能量的消耗。因此在分析研究的时候主要是选择以两台相同容量并联运行的冷水机组为例，同时通过比较分析差异化的负荷分配方案下冷水机组对于能量的消耗，以此确认最优的分配方案，不断优化多台冷水机组空调系统。

1 研究对象分析

本文对多台冷水机组空调系统进行分析研究的时候，主要是以北京地区的某建筑物中的空调系统为主进行分析。由于这个建筑物的空调主要在夏季运行，也就是5 月～9 月这5 个月运行，运行的时间主要为2880 h，空调系统的缝负荷率的分布主要是如下表1 所示。由于这个建筑物的总冷负荷为1688 kW，本文在分析的时候主要是选择两台规格相同的冷水机组进行阐述。由于这两台冷水机组主要是并联运行，因此每台冷水机组的负荷量为844 kW。

表1 北京地区某建筑物夏季空调负荷率分布

2 运行能耗分析

2.1 螺杆式冷水机组运行能耗分析。

螺杆式冷水机组空调的运行能耗分析，如果在运行过程中改变滑阀的位置，那么就可以实现螺杆式制冷压缩机在10%～100%对螺杆式冷水机组的能量进行调节工作，并且由于螺杆式冷水机组的工作效率在30%～100%压缩机的效率是比较高的，但是如果是螺杆式压缩机的范围处于30%以下的时候，螺杆式压缩机的工作效率就会不断的下降。正是由于螺杆式压缩机存在的局限性，致使一旦当空调系统想要采用两台同等容量的螺杆式冷水机组并联工作之时，部分负荷状态下的空调系统主要是有两种负荷方案。

（1）方案1。当空调系统的负荷在50%以上的时候，冷水机组的主机丛机均衡负担负荷，当空调系统的负荷小于50%的时候，空调系统的主机就会独自承担全部的空调负荷；

（2）方案2。当空调系统的负荷大于50%的时候，空调系统的主机就全负荷运行，丛冷水机组就补充不足的负荷，一旦空调系统的负荷在小于50%的时候，有空调系统承受全部的负荷。经过对方案1 和方案2 的空调能耗进行计算就会发现，使用方案1 空调系统运行的总能耗主要是为1.81×105kW·h。而使用方案2 的时候，空调系统运行的时候所消耗的总能耗达到了1.926×105kW·h。

通过对上述的两种负荷分配方案进行分析研究就会发现，由于上面的这两种负荷分配方案都是以50%为一个切换点，并据此选用不同的空调系统负荷分配控制方案的。针对两台容量相同的冷水机组组合系统而言，这两种方案其实就是比较常用的控制方案。但是多台冷水自己在运行的过程中，50%负荷作为冷水机组空调系统运行的部分负荷点并不一定是最好的切换点。经过相关研究证明，选择绘制相应冷水机子的负荷比功率关系图以确定最好的切换点是比较好的。这主要是由于绘制的图形横坐标表示系统负荷比，而纵坐标表示为系统比功率，即空调系统总耗功与空调系统总冷量间的比值。分析会发现，如果是空调系统的比功率是比较小的，那么空调系统的运行效率就会比较高的。而且从绘制的负荷比功率关系图中就可以得知在各阶段、各部分负荷状态下空调系统效率的最大值。通过在不同的负荷区域改变空调系统的控制方式，让空调系统能够保持持续高效运行状态，并且在运行的过程中不断的减少能量的消耗。

以螺杆式冷水机组为例，进行分析，通过绘制冷水机组的负荷比功率图，确定空调系统的部分负荷分配策略和措施，同时计算出空调系统运行的总能耗。主冷水机组主要负担全部的负荷，若冷量不足时，从冷水机组就会承担剩下的负荷。根据相关参数，可绘制出冷水机组的负荷比—比功率的关系（图1）。

图1 螺杆式冷水机组负荷比—比功率关系

在图1 中主要是有两条曲线，图中曲线1主要是两台冷水机组平均的分担空调系统的冷负担，主要显示的是在冷负荷控制方式下空调系统的负荷比与系统比两者功率的关系；曲线2 则主要是主冷水机组负担全部的负荷，如若主冷水机组冷量不足，则从冷水机组就承担剩下的全部负荷，也就是空调系统的控制方式下的系统负荷比与系统比功率之家的关系。对图1 进行分析就会发现，当空调系统的负荷处于30%以下之时，应选用主冷水机组来承担全部负荷进行控制，一旦当空调系统处于30%～85%的时候，应该是让两台冷水机组平均分担空调系统的负荷，一旦空调系统的负荷比大于85%，就应让主冷水机组为主满负荷进行运行，从冷水机组为辅承担余下负荷的控制方式。冷水机组空调系统实施这种负荷分配策略使得空调系统进行运行，这样空调系统运行的总能耗就达到了1.65×105kW·h。将此与方案1 和方案2 进行对比就会发现，使用方案1 空调系统运行的总能耗主要是为1.81×105kW·h。而使用方案2 的时候，空调系统运行的时候所消耗的总能耗达到了1.926×105kW·h，与此相比，就会发现这种方案的能耗是比较低的，节电率与方案1相比就达到了9%，而与方案2 相比，这个方案的节电率达到了14%，是最优的负荷分配策略，能耗比较小，节电效果好。

2.2 活塞式冷水机组运行能耗分析。

分析研究时，为了比较方便，主要对使用了与螺旋式冷水机组相同负荷分配方案进行能耗分析。研究发现，使用方案1 活塞式冷水机组运行总能耗达到2.403×105kW·h，而使用方案2 活塞式冷水机组运行总能耗达到2.382×105kW·h。活塞式冷水机组的负荷比—比功率的关系见图2。

分析图2 发现，当空调系统的负荷比小于25%时，为能承担全部的负荷，应选用主冷水机组来进行控制；当空调系统的负荷比处于25%～50%时，应选用两台冷水机组来共同承担全部负荷；当空调负荷比大于50%的时候，应选用主冷水机组为主进行满负荷运行，从冷水机组为辅承担剩下负荷的控制方式。使用这种方案，空调系统的总能耗达到了2.345×105kW·h。将方案1 和方案2 进行对比，方案1空调系统运行的总能耗是1.81×105kW·h。使用方案2 时，空调系统运行时的总能耗达到1.926×105kW·h。方案1 节电2.4%，方案2 节电1.6%。对比显示，螺杆式冷水机组与活塞式冷水机组采用的负荷分配策略的节电率，前者明显大于后者。