广州白云机场T2航站楼冷源群控系统的应用分析

陈金建 杨官文

（1．广东民航机场建设有限公司，广东 广州 510470；2．贵州汇通华城股份有限公司，贵州 贵阳 550014）

0 引言

随着我国城市化建设的快速发展，能源紧缺问题突显，已严重影响和制约了我国经济社会的发展。我国现有的建筑总面积以每年15%～20%的速度递增，而建筑在建造和使用过程中直接消耗的能源占全社会总能耗的30%以上，并呈继续上升趋势。针对建筑节能的要求，国家颁布了《公共建筑节能设计规范》，我国节能规划的目标既不是少用能源，也不仅是依靠节能来弥补能源开发的不足，而是提高主要耗能产品的能源利用率以及单位能源消耗所创造的经济效益，而且后者将越来越重要。

1 机场中央空调

公共建筑用电量占城市总用电量的30%左右，而中央空调在公共建筑中的能耗占比在50%～60%[1]，因此对于公共建筑节能来说，中央空调的节能控制有决定性的影响，尤其对于机场这种大型公共建筑而言更为显著。机场中央空调主要有以下4 个方面的特点。

1.1 具有高大空间特点

室内空气温度场存在很大梯度，传统概念上的全室均匀混合气流组织已不适用，为了保证人员活动区域满足设计条件，须采用高效节能的气流组织方式。

1.2 在空调系统的空调负荷中

室内人员、设备和照明形成的空调冷负荷占主要份额的70%左右，透过玻璃幕墙形成的冷负荷对空调系统冷负荷的贡献也达到了30%左右，也是一个不可忽视的冷负荷来源。

1.3 空调负荷大

空调负荷大导致了冷源系统装机容量较普通公共建筑大，冷冻水输送管网过长，容易导致水力不平衡的现象，致使局部区域空调效果不好。

1.4 中央空调系统是一个时变性的动态系统

其运行工况受季节变化、天气变化、环境条件、人流量增减等诸多因素的综合影响，是随时变化的，且始终处于波动之中。据资料统计，机场空调区域年最大负荷的出现时间只有几十小时，而绝大部分时间中央空调系统都是在部分负荷条件下运行。

针对上述特点，除了采用绿色节能的空调设备外，先进的中央空调冷源群控系统的应用是更高效的节能手段。

2 冷源群控系统在该项目的应用

广州白云国际机场T2航站楼总装机冷量为125 000 kW，共设置东、西2 个制冷机房，其中包括4 个空调系统。K1、K2、K3 和K4 系统，分别负责主楼东区域、主楼西区域、东指廊区域和西、北指廊区域的空调负荷，见表1。该项目冷源群控系统包括CMS 集中管理平台、针对K1、K2、K3 和K4 系统的BKS600 中央空调能源管理系统，以及主机、水泵、冷却塔、阀门等现场控制箱。CMS 集中管理平台是管理层，BKS600 中央空调能源管理系统是整个系统的控制层。冷源群控系统网络结构以及系统控制界面如图1、图2 所示。

表1 空调系统设计参数

图1 冷源群控系统网络结构图

图2 快速简捷的系统界面

3 冷源群控系统的控制原理

3.1 基于负荷预测的冷冻水模糊控制策略

当环境温度、空调末端负荷发生变化时，各路冷冻水供回水温度、温差、压差和流量亦随之变化，流量计、压差传感器和温度传感器将检测到的这些参数送至模糊控制器，模糊控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据，实时预测计算出末端空调负荷所需的制冷量，以及各路冷冻水供回水温度、温差、压差和流量的最佳值，并以此调节各变频器输出频率，控制冷冻水泵的转速，改变其流量使冷冻水系统的供回水温度、温差、压差和流量运行保持在模糊控制器给出的最优值。实现了系统输出冷量与末端负荷相匹配，既保证末端用户的舒适性，又最大限度地节省了系统的能量消耗。

3.2 基于系统效率最优的冷却水自适应优化控制

当蒸发温度在某一点时，冷凝中点温度与系统COP 成抛物线关系。当冷凝中点温度TS 降低时，冷却水泵及冷却塔风机能耗上升，主机能耗下降。当TS 上升时，冷却水泵及冷却塔风机能耗下降，主机能耗上升。必然存在一个最佳的冷凝中点温度，使主机和水泵塔风机总能耗最低，该状态下空调系统的整体效率最高。通过建立自适应模糊优化模型来查找最佳冷凝中点温度，并以此为控制目标来控制冷却水系统运行参数。

3.3 泵组优选

有2 台以上变频水泵并联工作时，通过运行台数及频率来适应水系统流量的变化，在满足相同流量、相同扬程的输送条件下，并联泵组可以由多个组合运行方案来完成。系统调试及实际运行过程中，会自动建立各台水泵及泵组在不同工况下的效率特性数据库，在进行控制时，系统以输送能耗最低为目标，根据所输送流量的变化、泵组的具体构成及其效率特性，通过系统所建立的水泵优选配置模型并结合历史数据库，寻找并确定满足流量及扬程要求的水泵最佳运行台数及频率，使泵组所消耗的总功耗最低，实现泵组节能。

3.4 基于主机效率负荷特性的群控技术

针对2 台以上并联运行主机，系统依据历史数据统计出负荷率和主机COP 的关系，确认出主机最佳的COP 所对应的负荷率。策略建立在历史记录的基础上，在系统稳定后，则进入群控选择阶段。根据当前负荷、冷凝器中点温度、当前COP，通过查询历史记录曲线选择当前负荷状态下COP 最佳的主机组合。经过系统一段时间的连续选择最终确定主机组合，并进入策略执行阶段，运行选定的相关主机组合[2]。

4 冷源群控系统的运行分析

在空调系统运行的过程中，系统的制冷量、冷水主机、水泵及冷却塔的用电量，可通过冷源群控系统进行数据的采集，其中4 ～10 月的数据见表2 ～表4，分析如下。1）根据运行数据分析，6 ～9 月为T2 航站楼用冷负荷的高峰期，其制冷量及用电量为整个空调季的高峰。2）系统的运行能效COP 基本在4.1 以上，对照制冷机房系统能效最低要求表，达到了高效机房的二级能效，系统运行指标满足设计要求。通过冷源群控系统，提升了空调系统的运行效率、降低了空调系统的运行能耗。3）在用冷负荷较低的月份，系统的COP 与高负荷月份相比有所降低，因此在部分负荷运行时，该冷源系统仍有优化和提升的空间。4）该设计采用定频的冷却水泵，其用电量占比19%（如图3 所示），属于耗电较大的设备。因考虑到造价问题，通常情况下都会采用定频冷却水泵，在以后的项目中，可以通过采用变频水泵的措施进一步提高空调系统的COP，达到更好的节能效果。

表2 K1 系统运行数据（采集时段：2018 年4 ～10 月）

表3 K2 系统运行数据（采集时段：2018 年4 ～10 月）

表4 K3 系统运行数据（采集时段：2018 年4 ～10 月）

图3 空调设备用电量占比

5 结论

通过运行数据分析，广州白云机场T2 航站楼中央空调冷源群控系统的运行能效在用冷负荷高峰期时，系统COP 基本在4.1 以上，对照制冷机房系统能效最低要求表，达到了高效机房的二级能效，系统运行指标满足设计要求。广州白云机场T2 航站中央空调冷源群控系统具有系统优化运行、运行稳定、功能先进、数据全面、便于维护的特点，使空调系统的运营管理更加科学有效。中央空调冷源群控系统采用的智能模糊控制技术，实现了中央空调控制技术的新突破，推动了中央空调节能事业的进步，为构建环保绿色节能的机场提供了有效的解决方案。在用冷负荷较低的月份，系统的COP 与高负荷月份相比有所降低，因此在部分负荷运行中，该冷源系统仍有优化和提升的空间。在以后的项目中，可以通过采用变频水泵的措施，进一步提高空调系统的COP，达到更好的节能效果。