大型购物中心冷水机组群控系统研究

曹彦斌

（万达商业规划研究院）

大型购物中心冷水机组群控系统研究

曹彦斌

（万达商业规划研究院）

冷水机组群控是利用自动控制技术对制冷站内部的相关设备进行自动化监控，使制冷站内的设备达到最高效率运行状态，是实现冷水机组节能高效稳定运行的一个非常有效的技术手段。采用冷水机组群控系统，可实现机组轮换、故障保护、负荷调节，有助于延长机组寿命，提高设备利用效率。2013年对万达广场进行的冷水机组群控系统改造试点，取得了显著的节能效果，同时降低了人工管理强度。测试结果显示采用冷水机组群控系统后，冷站综合节能率达到20%，节能效果显著。

冷水机组群控；冷冻水泵；冷却水泵；变频

1 引言

随着万达集团规模的不断扩展，开业的万达广场数量越来越多，随之而来的就是对运营系统节能和自动化要求的不断提高。典型万达广场的制冷站由4台不同制冷量的冷水机组并联组成，以便使系统能够更好地适应实际运行中负荷的变化，降低冷源部分的能耗。但是，要真正在实际运行中达到节能效果，必须借助与之相应的运行方案和群控策略来实现。

冷水机组群控是利用自动控制技术对制冷站内部的相关设备（冷水机组、水泵、冷却塔、阀门）进行自动化监控，使制冷站内的设备达到最高效率的运行状态，是实现冷水机组节能高效稳定运行的一个非常有效的技术手段。多台相同制冷量冷水机组并联运行的群控策略对于多台不同制冷量冷水机组并联运行的情况并不适用。前者的群控策略所要解决的主要问题是投入运行的冷水机台数，而后者所要解决的主要问题不仅是投入运行的冷水机台数，还有所要投入的冷水机组合问题，这远比前者复杂得多。[1]

2 冷水机组群控的目的

1）节能

根据系统负荷的大小，准确控制制冷机组的运行数量和运行工况，启停相应水泵，或降低水泵电机转速，从而达到节能并节省运行费用的目的。

2）延长设备使用寿命

采用冷水机组群控系统，可实现机组轮换、故障保护、负荷调节，有助于延长机组寿命，提高设备利用效率。

3 几种冷水机组群控模式分析

3.1 回水温度控制法

1）回水温度控制法原理

通过测量空调系统中冷水系统回水的温度，并根据其值的大小，决定开启冷水机组的台数，从而达到控制冷水机组台数的目的。

2）回水温度控制法的分析

（1）回水温度适应性较差，尤其在温差小时，误差大，对节能不利。

（2）可用于冷冻机的低温保护和报警。

（3）但装置简单，价格便宜。

（4）判据不明确。

3.2 压差控制法

1）压差控制法控制原理

集水器和分水器之间旁通管路上设有压差电动调节阀。总供回水管之间压差增大，说明用户负荷及负荷侧水流量减少，则调节旁通阀使其开度变大。但仅根据压差进行台数控制是很困难的。压差的信号可以由两个压差压力传感器获取信号后进行计算得到，或直接由压差传感器得到。

2）有关压差控制法的分析

每个项目的压差情况是不一样的，因为每个项目的水系统是不一样的。国内外的某些论文建议取消压差控制，认为判据不明确。

3.3 冷量/温度控制法

1）冷量/温度控制法控制原理

如图1所示，在总供回水管上加装1个流量传感器和2个温度传感器[2]，通过测量冷冻水供回水温度和供回水流量获得温差和流量信号，然后将两个信号依热力学公式计算实际的冷量（Q）。同时考虑供水温度与设定值的偏离度、冷水机组的产冷量、供水温度变化速率等因素，从而实现对冷水机组的台数控制。

Q=1.163×F ×（T2-T1）

3.1.1 自动创建方式。此种方法是创建网站最简单方式，根据需要建设的网站需要，选择站群系统设置的网站模板，创建新的网站，但只能选择系统中已有的模板。创建方式简单，但也有一定的局限性。此种方法适用于对网站开发技术一点也不了解的网站管理员。

式中，Q为冷量，kW；F为水流量,m3/h；T1为出水溫度，℃；T2为回水溫度，℃。

2）有关冷量/温度控制法的分析

制冷机组群控的目的是正确和适当解决在工作点区域范围内的控制，其方法是测定冷冻水温度和整个大楼的空调负荷，以某种算法和判据决定启动或停止一台制冷机组的时机。此控制策略技术复杂，需要精通空调理论和控制理论知识，并对项目给与详细的运行调试。

3）加载冷水机组流程

（1）当温度传感器所测的冷冻水供水温度，高于当前的冷冻水供水温度设定值（点）与一个可调整的温度偏差值相加后的所得值。

（2）当前运行的机组有足够的时间由 0%负载变至接近100%负载。

图1 冷量/温度控制法原理

（4）运行冷水机组的温度降低速率小于0.3℃/min。

（5）新冷水机组启动的延迟时间已经结束（延迟时间可以设定）。

（6）新冷水机组启动。

4）减载冷水机组流程

（1）目前运行的机组台数多于一台。

（2）运行机组的平均负载小于某个设定值（一般为65%～69%）。

（3）当温度传感器所测的冷冻水供水温度，小于当前的冷冻水供水温度设定值（点）与一个可调整温度偏差值的0.6倍相加后的所得值。

（4）机组停机的延迟时间已经结束（延迟时间可以设定）。

（5）设定机组马上停机。

4 目前国内冷水机组群控存在的问题

根据大量的工程实例调查发现，目前冷水机组群控策略存在一个普遍问题，就是大多数BA厂商没有空调理论知识的支撑，在控制流程中仅仅将制冷机组当做一台“电机”进行简单的监控，而实际上它的启停需要根据许多空调理论知识来进行判断。另一方面，大多数空调厂家缺乏自动控制方面的技术人员，因此不能在冷水机组的群控上提出准确完美的控制策略。[3]

5 万达广场冷水机组群控系统

2013年，万达集团对万达广场进行了冷水机组群控系统改造试点，取得了显著的节能效果，同时降低了人工管理强度。

冷却塔系统优化：取消原来1台冷机运行打开全部冷却塔的运行策略，改为冷机与冷却塔一一对应运行策略。避免了当:1台运行时，冷却水流过多台冷却塔散热，如果冷却塔风机只开1台的话，其总体冷却效果要差；但所有冷却塔风机都开的话，冷却效果好了，风机能耗却比较大了。

原系统中，冷冻水循环泵采用供回水压差控制水泵变频运行，但无法按照空调系统负荷的变化而做出相应的水量变化，实际运行中存在“小温差、大流量、低效率、高功耗”的工作状态。优化系统后增加了“温差”控制参数，降低了冷冻水循环流量，节省大量的冷冻水泵电耗，并且对冷水机组的功率几乎没有影响。原系统中，冷却水循环泵是定频工况，本次改造增加了冷却水泵变频控制，以降低冷却水泵电耗。试验结果表明冷却水变流量运行可以大大降低冷却水泵能耗，对系统的整体节能贡献不可忽视。冷水机组群控系统原理如图2所示。

5.1 设备改造

对冷水机组群控系统所进行的设备改造如表1所示。

表1 系统改造设备

图2 万达广场冷水机组群控系统原理

5.2 节能测试

冷水机组群控系统改造后，进行的节能对比测试如表2、表3、表4所示。测试说明2天内交替运行测试，7月11日为原系统控制模式运行，7月12为群控系统控制模式运行。

表2 冷水机组群控系统对比测试（7月11日～12日）

表4 冷水机组群控系统对比测试（10月23日～24日）

原系统模式与群控系统模式节能对比如图3所示。

图3 冷水机组群控系统节能对比

5.3 测试结果

原系统在运行策略、系统参数设置等方面存在缺陷，无法实现冷站智能运行，需要操作人员进行远程操作。改造后，在原系统基础上增加了水温传感器、水流传感器、室外温湿度传感器、电能表和配电柜等，组成控制系统，可系统地分析运行数据，从而准确控制水泵变频、冷却塔开启等运行因素，实现自动化智能运行，节省运行能耗。

改造后冷水机组群控系统运行稳定，功能指标达到设计技术要求。系统直观，操作方便，具有较高的自动化程度。测试结果显示采用冷水机组群控系统后，冷站综合节能率达到20%，节能效果显著。

6 结束语

1）有多台冷机且空调负荷经常变化的建筑，采用冷水机组机群控系统节能效果比较明显。

2）要实现真正节能运行，首先要制定合理的运行方案和正确的控制策略。在实际运行中还要综合考虑冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔的运行能耗。

3）通过群控系统改造发现，冷水机组群控系统的现场调试和后期服务对冷站正常运行起到关键作用。

【1】傅斌，赵炜，李海峰.多台不同制冷量冷水机组并联的节能运行方案及群控策略[J].制冷与空调，2008（8）：12-16.

【2】Shangguo W.空调与制冷技术手册[M].李德英等，译.北京：机械工业出版社，2006：375-379.

【3】王丹.冷水机组群控策略[J].智能建筑与城市信息，2006（2）：47-48.

Research on the Group Control Policies of Parallel Chillers in the Shopping Mall

CAO Yan-bin
（Wanda Commercial Planning and Research Institutre Co., Ltd）

Application of group control technologies on chillers is advantage of the energy efficiency for the chilling station, and it will save the energy consumption of the buildings. With the group control policies, the chillers will run in turn, adapt loads automatically, and is benefit for the life of the chillers. In 2013, the innovation of group controlling chillers for WANDA Shopping Mall was processed, it shows that the 20% of energy efficiency rising is attribute to the group control policies in the chilling station.

group control policies；chilled water pump；cooling water pump；frequency-variable controller