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[照明照明控制] 浅谈冰蓄冷空调系统电气控制设计

浅谈冰蓄冷空调系统电气控制设计

摘要:通过对某冰蓄冷空调系统工作原理的介绍,重点分析了冰蓄冷空调系统的运行模式和控制策略,并介绍了电气自控设计的功能要求及控制设备的组成。
l 冰蓄冷空调技术的意义
随着我国经济的迅速发展,人民生活水平的不断提高,暖通空调用电量日益增加,特别是夏季空调用电量占的比例越来越大,东南沿海地区空调用电量已达到建筑用电量的40%以上,造成城市电力峰谷供需矛盾十分突出。为了缓解这一矛盾,我国电力部门制订了相应的有关政策,重点推广冰 (水)蓄冷空调等节能技术。该项措施实行以后,将空调用电从白天高峰期转移到夜间低谷期,从而均衡城市电网负荷,达到削峰补谷的目的。各地的电力部门近年来相继推出了分时分级的计价法,以鼓励和促进这种方法的实现,缓和电力供应紧张的情况,这无疑是一种战略性的节能措施。
据笔者了解,华北电网电价实行分时计价的具体措施、办法如下:①23:00-7:00,共8个小时,电价为0.190元/kW·h;②7:00—8:00,共1个小时,电价为0.502元/kW·h;③8:00-11:00,共3个小时,电价为0.835元/kW·h;④11:00-18:00,共7个小时,电价为0.502元/kW·h;⑤18:00-23:00,共5个小时,电价为0.835元/kW·h。正是因为各级电力部门出台了这样的优惠政策,才使得蓄冷空调系统有了发展的条件。
2 某工程冰蓄冷空调的基本原理
下图所示为北京某宾馆实际采用的冰蓄冷空调系统图。该系统采用串联单循环回路方式,冰制成后被封存在蓄冰槽中。在循环回路中,乙二醇(载冷剂)主机置于蓄冰装置上游。当蓄冰时,冷水机组利用夜间廉价的电力制冰。白天空调运行时,空调系统所需冷量由冷水机组或蓄冰槽内蓄存的冰水来提供。空调系统的回水(12℃左右)可以经过冷水机组蒸发器冷却或与蓄冰槽来的冰水混合后进入系统,由温控电动调节阀调节水量混合比,以确保出水温度为给定值(通常在7℃左右),然后经换热系统将冷量并人常规空调管网内,直接送人空调使用。
本工程业主要求冰蓄冷系统在夜间蓄存冰提;第二天冷负荷使用,第二天白天蓄冰槽内的冰融化放出冷量满足空调负荷要求。
3 运行模式控制策略
根据业主的要求,冰蓄冷控制系统必须遵循以下基本原则:控制系统保证夜间8小时所储存起来的冰量,在白天高峰时间内全部融化用以供冷;同时,限制主机在电力高峰期运行,将主机的高峰耗电量降至最低。
通过对冰蓄冷空调系统的分析,得出该冰蓄冷系统可以有以下五种运行模式:①制冰模式;②主机单独供冷模式;③主机和融冰供冷模式;④融冰单独供冷模式;⑤备份模式。当建筑物系统没有冷量需求,且时间控制程序并非制冰时段时,控制系统将处于待命状态。在此模式中,制冷主机和制冷辅助设备将全部关闭。
根据该建筑物热负荷全天的分布特点及结构,经对控制要求的分析及优化设计处理后,决定控制系统通过对冷水机组、冷却塔风机、蓄冰装置、换热器、系统循环泵、系统管路电动调节阀运行的控制,在最经济的情况下给热负荷提供一稳定的供回水温度。蓄冰控制程是结合电价结构的预定时间程序,再加以温度控制,调整蓄冰系统各应用工况的运行模式。最终所得的最优化运行模式如下表所示。
根据以上原则,结合全日冷负荷曲线及北京地区的电力增容投资及运行费用,本工程制定负荷均衡运行策略,在该策略下,冰蓄冷系统仅以两种工作模式运行:
a.主机单制冰时段:23:00—7:00;1:00-18:00。此间8小时为电力低谷,主机满负荷运行,将制得的冷量全部储存在蓄冰槽中,其夜间所需的冷负荷由两台基载冷机来提供。
b.单融冰供冷时段:8:00—11:00;18:00-23:00。在白天冷负荷需求高峰期间,主机在空调制冷工况下停止运行,由融冰满足大部分冷负荷的需要,其余的不足部分负荷由基载主机来提供。
4 冰蓄冷空调系统自动控制功能
随着新技术的飞速发展,冰蓄冷空调系统的自动控制都已采用以计算机及其软件程序等组成的数字现场控制器、电子传感器及执行机构相结合的直接数字控制(DDC)系统。通过计算机系统的控制,保证系统设备冷水机组、冷却塔、蓄冷装置、换热器及各种泵在设计要求的参数下安全可靠地运行,以达到电力系统移峰填谷,降低运行费用的目的。
本工程冰蓄冷空调控制系统,按每天预先编排的时间顺序来控制所有设备的启停及监视各设备的工作状态,其主要功能如下:①控制基载、双工况冷机启停;②基载、双工况冷机故障报警;③控制乙二醇泵启停;④乙二醇泵故障报警;⑤控制冷水泵、冷冻水泵启停;⑥冷却水泵、冷冻水泵故障报警;⑦控制冷却塔风机启停;⑧冷却塔风机故障报警;⑨冷却水、冷冻水供水温度监测;⑩乙二醇供/回水温度监测;11)蓄冷槽进出口温度监测;12)控制末端乙二醇流量;13)室外温、湿度监测;14)建筑物空调冷负荷监测;15)自动记
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Re:楼主

5.1 冷水机组控制
冷水机组的控制是冰蓄冷空调系统控制的主要内容,本工程选定的机组为上海开利机组,其自带微处理器。该微处理器可实现冷却塔风机、冷却泵、冷冻泵的联锁控制,保证冷水机组仅在一个温度下制冷,在制冰模式下机组的启动和停止可实现自动控制。
5.1.1 冷水机组出口温度控制
机组配带的微处理器可采集出口温度传感器的数值,以维持出口温度的恒定。在本工程中,采用优化的控制策略。因此,基载冷水机组出口温度通过蓄冰槽后的出液温度恒定来进行控制,双工况冷水机组出口温度通过机组配带的微处理器采集机组出口温度传感器的数值,以及蓄冰槽后的出口温度来进行控制。
5.1.2 冷水机组容量控制
冷水机组的容量控制,可通过二种方式实现。一是对冷水机组的单机容量进行调节,一般可通过维持进口或出口温度恒定来实现调节,该种方式的调节由冷水机组配带的微处理器来完成;二是通过控制运行台数得以实现,可由中心计算机采用流量与供、回水温差计算出冷量需求,从而调整机组运行台数来进行容量调节。在主机单独供冷模式下,应按额定负荷运行,以提高其运行效率,但可进行台数控制。制冰模式下,由于制冰周期是在白天工作开始以前进行的,冷水机组以最大限度运转,机组由蓄冰槽出口温度控制。蓄冰槽的容量必须大于冷水机组的制冰能力,这才能使冷水机组在最大制冰能力下运行。制冷周期的后期,冰的厚度达到设计规定值时,冷水机组的出口温度和冷水机组的温差是较低的,中心计算机监控并确认无误后发出指令,将冷水机组改为最后状态的安全运行。蓄冰槽中蓄满冰时,制冰即停止。
5.2 蓄冷装置控制
蓄冷装置的控制,主要包括以下五个部分。
a.外温预测。空调负荷与室外温度(外温)有关,冷水机组的能耗也与外温有关。为了对蓄冰和融冰过程进行综合优化,需要对优化周期的外温进行预测。利用气象台发布的天气预报数据,结合实测的逐时外温,采用自学习的形式可以预测第二天的室外气温。
b.负荷预测。蓄冰槽中蓄冰量应考虑当天基本用尽,这样才是最经济的,同时也要避免出现最后几小时蓄冰量供不应求的情况。本工程的负荷预测只是简单的预测,以一年内的日负荷计算及实际运行结果作为分析基础,进行“时间表”安排,同时考虑节假日等修正,在计算得出现存蓄冷量后,确定运行方式及冷水机组的运行台数。
c.充冷量控制。蓄冰槽中蓄冰量少于25%时,应考虑进行充冷。蓄冰量充足时,应停止冷水机组运行,以节省电力及运行费用。冷水机组的停机控制采用四种方法实现,一是蓄冰槽出口温度低至制冷充足时的输出温度值;二是冷水机组制冰时的进、出口温差,低于制冰充足时的规定值;三是蓄冰槽中蓄冰量指示为100%;四是对充冷时间进行设定。
d.融冰量及供出温度控制。蓄冰槽中融冰量的控制,通过蓄冰槽进口或出口的流量分配调节阀门来完成。而供出温度的控制,以其温度传感器的设定值来控制蓄冰槽进口或出口的凋节阀。
e.换热器控制。换热器的控制可通过对冷冻水流量、乙二醇流量、冷冻水温度和乙二醇温度的控制来实现。本工程采用的板式换热器的控制,是通过乙二醇管道和冷炼水管道上的电动阀来进行冷量控制。在制冰时,通过对乙二醇管道上的电动阀的调节,使送人换热器的乙二醇流量得到控制,从而达到控制换热器容量的目的,同时也可防止接近冻结温度的溶液进入换热器。
换热器冷量也可以通过控制冷冻水温度及流量达到。当进入换热器的回水温度升高时,换热器的冷量也增加。在融冰时,换热器的冷量由换热器和蓄冰槽相混合的水温度来确定。
6 结束语
近年来,一种正在发展的新技术正被应用于冰蓄冷空调系统,其控制用的计算机程序是在神经网络计算机软件的基础上开发出来的。这是一种实时专家系统,可模拟冰蓄冷系统的管理。通过神经网络计算机程序可预测下一天的制冰及蓄冷负荷,这样即可最大限度地利用非峰值电力,最小限度地启动制冷系统,尽可能地为业主节省运行费用。
参 考 文 献
1方贵银.蓄冷空凋工程实用新技术.北京:人民邮电出版社,2000:23l-235
2 陈众励等.冰蓄冷系统控制策略的探讨.建筑电气,2003,22(2):4—7


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