浅谈冷水机组系统优化控制设计与实现

2020-01-01汤继保

中国设备工程 2019年23期

汤继保

（合肥通用机械研究院有限公司，安徽合肥 230031）

1 冷水机组的COP 重要性

COP 值（冷却效率）实际上是热泵系统所能实现的制冷量（产热量）与输入功率之比。在相同的工作条件下，比例越高，热泵系统的效率越高，节能效果越好。因此，在比较制冷系统的COP 值之前，必须确定各热泵系统是否处于相同的工作状态，然后进行计算和比较。不同类型的冷水机组具有不同的功能和适用范围，但我们可以根据冷水机组的COP性能指标来读取冷水机组的工作效率。该冷水机组COP 性能指标值发生变化，部分负荷下的值应小于满载时的值，且值随负荷的变化而变化，图1 为COP 和负荷的功能图。

图1

大多数用户使用大部分都是相同类型的冷水机组。该冷水机组的COP 值是冷水机组的最大负荷，但用户根本无法达到满负荷。负载，因此冷却器大部分时间在部分负载下运行。在这种情况下，必须优化冷却器控制系统，并且可以增强冷却器在部分负载条件下的自调节能力和COP值。只有这样才能大大提高冷水机组的节能效果。

目前大型冷水机组有自己的能量调节机制，厂家配备了合适的协同机械来强化其能量调节机制的功能，使得冷水机组在满载条件下仍能保持较高的COP，从而使整个机组更需要一个完整的控制系统进行协调。目前，机电一体化对于所有类型的机械都很重要，因此冷机系统需要机电一体化，这些系统更先进，节能更高。目前的技术条件是将本机的控制系统与冷水机组结合起来。通过这种方式，冷却器自身的传感器将值传输到控制系统，然后控制系统根据这些信息调整冷却器，这不仅可以确保冷却器的调整，而且还可以确保冷却器各部分的结构。冷水机组可以稳定运行，并且可以提高冷水机组的工作效率以及其节能作用。

2 冷水机组的群控

2.1 冷水机组群控的意义

第一冷水机组控制具有节能功能。根据系统负载的大小，启动相应的机组，以节省能源和运行成本。停止相应的泵或降低泵电机的速度以节省能源。第二冷水机组群控制可以提高机组的使用寿命，而主动群控制有利于延长机组的使用寿命，提高设备的利用率。第三冷水机组控制具有保护设备，合理控制组，使系统更舒适，避免过冷，更容易满足设计要求的功能。

2.2 群控模式类型

第一种是回水温度控制方法。通过对空调系统中制冷水系统回水温度的测量，可以根据其值来确定要启动的冷却器单元数，从而达到控制冷水机组数量的目的。回水温度控制方法对水温的适应性差，特别是在温度较小时，误差较大，不利于节能。可用于冰箱温度保护和报警。但设备简单，价格便宜。标准尚不清楚。第二种是流量控制方法，其测量冷冻水流量以获得流量信号，然后将流量值与冷却器的额定流量进行比较以控制冷却器的数量。流量控制原理是建立在三个假设的基础上的，这些假设与制冷水回水温度常数在设计条件下的流量成正比，但实际上这三个假设不能建立，更不用说同时设定了。尽管流量控制方法可以确保系统的流动并且避免冷冻机的蒸发器冻结，但是它不能很好地适应系统负载的变化。因为线圈的传热和流动不是线性的。实验和研究表明，冷却水流量与建筑物的热负荷之间存在对数关系。这种关系随冷水入口温度、线圈的尺寸和结构、线圈的表面积、与线圈表面接触的空气温度、气流速度等因素的变化而变化，不仅是非线性的，而且是一条随多种因素变化的曲线。不可能反映负载的变化，因此不能有效地节省能量。三是热控措施，通过测量回水温度、水温差和流量信号，然后根据热力学公式计算这两种信号，计算实际冷却量、制冷量和制冷机制冷效果比较，从而实现对冷水机组的质量控制。热控制方法具有良好的控制和节能效果。不能保证系统的流量，以防止冷却蒸发器结冰。因此，不能实现节能。第四种是差压控制方法，其中通过集水器和水分配器之间的旁通管提供电差压调节阀。当回流管之间的压差增大时，用户负荷和负荷侧流量减小，然后调整旁路阀以增大旁路阀的开度。然而，仅基于压力差难以控制站的数量。差压信号可由两个压力传感器或直接由差压传感器获得。每个项目的压差是不同的，因为每个项目的供水系统是不同的。国内外的一些论文建议消除差压控制，并认为标准不明确。

3 优化冷水机组的COP 控制方案

首先，使用最新的控制逻辑将系统COR 作为不同类型或类型的性能指标加载，并加载控制器数据库中所选冷却器尺寸的相应COP 负载率(%)数据表和辅助设备的计算系数。系统中配置的冷却器。通过从连接的冷却器的控制器读取数据并在整个冷却器系统中安装水涡流，水流，功率发送器或电流传感器，可以实时监控整个系统的操作参数。其次，通过监控控制器的总出水量、回水温度和系统流速，可以预测当前的冷却负荷，并且可以连续计算可选的运行模式，以确定运行哪个机组。然后，COP 优化程序将根据总负载计算每个运行模式下每个冷却器的负载率（%），并根据COP 负载率（%）计算整个冷却器系统的负载率（%）数据库中各种冷水机组的数据表和辅助设备的计算冷水机组系统的COP 值。当停止单元改变操作模式时，优化器将自动调用启动和停止程序以实现模式切换。这样，制冷系统就可以在最佳的COP 状态下工作，从而优化性能，节约能源。第三，通常基于性能测试报告和单元的经验公式获得冷却器的COP 负载率（%）数据表和辅助设备的计算系数的原始数据。然而，实验数据不能充分反映机组的实际运行参数，不能涵盖所有的运行工况。此外，随着设备的操作时间增加，设备的性能也会发生变化。因此，用固定数据表计算系统的COP 会与实际情况有一定的偏差。因此，优化器应具有自适应功能。通过实时监控整个系统的运行参数，应计算系统的实际COP，单元的COP 和当前运行条件下的计算参数。然后，将单元的实际COP 和计算参数存储在数据表和相应单元的系数，相应的操作条件和相应的COP-负载（%）中，如图2。

图2

因此，在系统运行时，优化器会连续计算实际系统COP并同步更新表。第四，随着系统的运行，对控制程序数据库的COP 和系统的COP 进行自适应更新，以保持最优控制逻辑的准确性。优化器自适应地更新和累积系统的最新操作参数，然后基于这些参数选择系统COP 的最佳操作模式。因此，系统可以随时适应环境和自身的变化，从而保证整个冷水机组系统始终处于最佳状态。在实际工程项目中，COP 优化器及其数据嵌入在系统控制器硬件中。这不仅可以提高程序的运行速度，而且可以提高系统的稳定性。但是，这需要控制器具有更快的计算和更多的内存，优化器更简单，更高效，并且必须经过严格的性能和可靠性测试。