制冷站冷却塔节能控制策略优化探讨

陈杰

（北京首都机场动力能源有限公司，北京100621）

1 引言

在大型交通枢纽中，制冷空调系统的电能消耗约占总能耗的40%，冷却水温度是影响制冷机组效率的关键因素，因此，如何在付出较少代价的前提下进一步降低冷却水温度成为提高制冷机组效率、实现整个制冷系统节能降耗的关键。

2 优化背景概况

行业内，制冷机组冷却塔的控制策略一般是依据制冷机组铭牌中的冷却水进水温度参数对冷却塔冷却水的出水温度进行设定，由设定值控制冷却塔风机的频率和启停，当温度高于设定值时，启动风机，以最低频率运行，随着温度的逐渐升高，风机的控制频率也逐渐提高（PID 控制方式），当温度逐渐降低并接近设定值时，风机控制频率也逐渐降低，最终低于设定值时，停止风机[1]。无论此时室外天气温度、湿度如何，冷却塔的散热量决定着制冷机组的制冷量，如何利用室外的凉爽天气提高冷却塔散热量进而提高制冷机组的制冷量，本文尝试增加了环境参数（室外干、湿球温度）参与冷却塔的控制，冷却水系统如果是母管制的还可以采用适量多开冷却塔的方式，目的是在保证制冷机组多生产的制冷量远大于增加的电量前提下，充分利用良好的室外气象参数，降低制冷机组冷却水进水温度，最大限度地发挥制冷机组制冷能力[2]。

3 试验过程

3.1 试验初始阶段

首先，收集试验近几天的天气参数，选取天气晴朗，风力为一、二级，相对湿度为15%～40%的下午13 点～17 点做试验。确保试验进行过程中环境因素变化不大，降低客观因素对试验的影响。试验开始时间为9 月18 日13：37，室外温度25.585℃，相对湿度17.71%，试验初始状态运行1 台制冷机和1 台冷却塔，冷却水回水温度设定值为26℃；旅客出发区域瞬时冷量为1 893.1kW、旅客到达区域为5 850.2kW、工作区域为208.8kW，试验初始状态运行1 组冷却塔的电流为29A 和22A，机组电流百分比为97%；冷却水出水31℃，回水26℃；冷冻水供水温度12℃，回水16.7℃，温差4.7℃。

3.2 调整冷却水温度

将冷却水回水温度设定值由初始的26℃改为22℃，运行1 台制冷机，1 台冷却塔，瞬时冷量，旅客出发区域已为1 467.5kW、旅客到达区域为7 085.1kW、工作区域为250.5kW。冷却塔的电流为44A 和68A，机组电流百分比为97%；冷却水出水29.8℃，回水24.5℃；冷冻水供水温度12.3℃，回水17.3℃，温差5℃。

3.3 增加冷却塔台数

由于冷却系统采用母管制，在冷却水回水温度为20℃的前提下，增加1 台冷却塔，运行1 台制冷机，2 台冷却塔，冷却水回水温度设定值改为20℃；旅客出发区域瞬时冷量为1 589.6kW、旅客到达区域为7 340.2kW、工作区域为257.4kW。冷却塔的电流分别为54A，53A 和44A，66A，机组电流百分比为95%；冷却水出水25.5℃，回水20.1℃；冷冻水供水温度12.4℃，回水17.8℃，温差5.4℃。

试验结束时，室外温度25.095℃，相对湿度19.62%，试验期间室外气象条件基本无变化。

4 试验结果

通过对试验期间的数据进行整理，得到表1。

表1 试验数据对比

1）1 台制冷机组匹配1 台冷却塔运行时，利用湿球温度控制冷却水温度，相同电量下：

生产制冷量=制冷量增加量-风机电量增量[3]

制冷量增加量：8 803.1-7 952.1=851kW

风机电量增量：

式中，I为电流；U为电压；cosφ为功率因数[4]。

风机电量增量转换成冷量：

则多生产制冷量：851-36.7=814.3kW

2）1 台制冷机组匹配2 台冷却塔运行时，利用湿球温度控制冷却水温度，相同电量下：生产制冷量=制冷量增加量-风机电量增量制冷量增加量：9 187.2-7 952.1=1 235.1kW风机电量增量：P=1.732IUcosφ

风机电量增量转换成冷量：

多生产制冷量：1 235.1-99.9=1 135.2kW。

在上述试验分析的基础上，又继续进行了后续试验工作，内容如下：

保证1 台冷机的前提下，分别匹配2 台、3 台、4 台冷却塔，保证2 台冷机的前提下，分别匹配2 台、3 台、4 台、5 台冷却塔，以此类推。汇总试验数据并分别计算相同电量情况下，单台制冷机组1h 的产冷量。

5 结论

经过大量试验数据分析得出的结论为，采用增加环境参数（室外干、湿球温度）和冷却水温度一起参与的冷却塔控制策略时，应控制冷却塔运行数量和冷却塔风机运行频率，当环境气象数据优于一定数值后，可以进一步降低冷却水温度来提高制冷系统效率，有一定的节能效果，尤其是冷却水系统是母管制的通过适量多开冷却塔的方式节能效果较为明显，同时，试验结果与气象参数关联度较高，在供冷初末期及高温高湿连续运行的夜间时段节能效果较为显著。