钟钊平
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摘要：本文提出电气控制在中央空调水蓄冷系统中的具体应用方法，它是在中央空调水蓄冷系统运行特点及工况下，根据系统现场实际结合计算得出系统综合运行能耗最低的一种运行控制策略及电气控制系统实现方法。不但能提高系统安全性能、改善劳动条件、降低生产成本、提高了经济效益，而且能达到节省能源的目的。
关键词：电气控制；节能控制；自动控制；变频控制；逻辑控制；
0 引言
中央空调水蓄冷技术是利用电网的峰谷电价差，采取夜间（谷段）时系统进行蓄冷，白天（峰段）时系统放冷而主机避峰运行的系统节能控制方式。传统中央空调设计采用全负荷设计，系统具体运行过程中根据末端负荷加减主机运行台数达到供冷目的。采用蓄冷空调系统后理论上可以将原常规系统中制冷机组压缩容量35％～45％ ，在后半夜电网低谷时间(低电价)开机将冷量以冷冻水的方式蓄存起来，在电网高峰用电(高价电)时间制冷机组停机或者仅需满足部分空调负荷，其余部分用蓄存的冷量来满足，从而达到“削峰填谷”、均衡用电及降低电力设备容量的目的。
1 系统流程控制原理
根据系统电网的峰谷电价差原理，控制主要控制模式分两种。模式一：当夜间（谷段）时，相应打开阀门V1、V2、V3，启动蓄冷泵，冷水机组对蓄冷罐进行蓄冷，蓄冷温度为5℃，阀门V1关闭、调节阀V11全开，并开启原冷水主机对末端进行供冷。模式二：当白天（峰段）时，相应关闭阀门V1、V2、V3，打开阀门V11,启动放冷泵及冷冻泵，将水罐内的5℃低温水与末端回水混合至所需供冷温度（如7℃）经原主机供至末端，此时主机处于停机状态。系统流程原理图如下图所示：
图1 系统流程图
2 系统控制策略
综合考虑电价政策等因素，系统0：00点起动制冷机满负荷工作，在为建筑供冷的同时，将多余的冷量储存于蓄冷罐中；蓄冷罐蓄满，制冷机停止工作，蓄冷罐开始单独放冷。在图中9时起建筑负荷逐步升高，电价达到峰时电价（高电价），此时开启水罐放冷，使用水罐内的低温冷冻水向末端供冷，停止（或者减少）制冷机运行；当到达15点时，建筑负荷逐步降低，降至冷机的峰值制冷量之下，电价恢复至平段电价，此时可停止水罐放冷，开启（或者增加）主机供冷；当到达19点（即高电价）时，再开启水罐放冷。
图2 负荷模拟分析图
4 控制系统结构
电气控制系统采用集散式网络结构模式，由管理层、控制层和现场设备层三层网络结构组成：(1)管理层由监控服务器和控制工作站组成，通过TCP／IP网络协议通信。可以及时获取各种设备的运行状态、运行参数、故障及报警信息。(2)控制层网络是由设置在能源中心及各分厂内的可编程逻辑控制器(Program Logic Controller，PLC)组成，现场控制器通过TCP／IP网络协议进行通信，并经过网络接口模块与管理层相连。各子系统控制器与主控制器采用客户机-服务器模式，把相关参数传送至主控制器PLC，并可独立运行。即使局部网络连接发生中断，也可以自动进行操作。(3)现场设备层是由安装在受控机电设备上的各类传感器和执行机构组成的，通过直接现场控制器的输入输出监控点，实现对整个系统的监控功能。
5 现场设备监控
1）冷水机组：电气控制系统通过Modbus协议与冷冻机组通讯，并控制机组的起停、出水温度设定，监测手自动、运行状态和冷冻机故障报警，同时监测冷冻水供、回水温度，蒸发器、冷凝器水路的水流开关状态等主要参数，所有参数传送至值班室工作站服务器。
2）蓄冷泵、放冷泵、冷冻泵：电气控制系统通过Modbus协议与变频器通讯，并控制变频器的起停、频率给定，监测手自动、运行状态、运行频率反馈和冷变频器故障报警，同时监测进线电压、电流；出线电压、电流等主要参数，所有参数传送至值班室工作站服务器。
3）蓄冷水罐：系统监测蓄水罐的进出水温度、流量和水罐的液位。同时对蓄水罐内部温度梯度进行监视，在垂直方向每隔500 mm设置1个温度传感器。
蓄水罐设计出水温度为4℃ ，回水温度为11℃。蓄冷工况下，顶部第一点小于7.5℃，且顶部向下第二点的水温小于5.5℃，即认为水罐蓄冷完成；放冷工况下，底部第一点水温大于5．5℃ ，且底部向上第二点的水温大于12．5℃ 时， 即认为蓄水罐冷水已放完。
6 电气控制系统工况控制
本系统按照工艺流程不同可分为3种基本运行工况。分别为主机单独蓄冷、蓄冷罐单独放冷和主机边蓄冷边供冷，不同工况下自控系统对设备及阀门按预定状态进行开关和起停控制。
6.1主机单独蓄冷
当夜间谷段电价(低电价)时，系统进入制冷机单独充冷工况。控制程序设定蓄冷主机的出口温度为5℃ 开始蓄冷，连锁相应设备、阀门动作，此时放冷泵不工作，蓄冷泵根据制冷主机的出口温度控制运行频率。
(1)控制程序跟踪并显示蓄冷水池的温度。
(2)在出现下列情况时，蓄冷模式将停止。
① 当水罐温度传感器指示已储存到额定冷量。
② 当蓄冷主机出口温度低于设定值3℃ (可调)时。
③ 当蓄冷主机的回水温度低于设定值7．5℃(可调)。
6.2水罐单独放冷
当控制系统指示为蓄冷罐单独放冷时，控制程序设定主机停机，由蓄冷罐提供全部冷量。控制系统根据冷冻水回水温度以及最不利(空调负荷)水环路的压差，控制放冷泵的频率，以调节冷冻水的流量，从而维持空调系统的供回水压力，此时各用冷区与蓄冷站相连接的阀门根据末端供供水温度进行PID运算，控制阀门的开度，通过此系统，可把水罐放冷的低温冷冻水和回水温度混合后的供水温度控制在T1(例如7°C)， 维持末端回水温度11℃。
6.3制冷机边供冷边蓄冷
该运行方式以满足供冷优先为前提，把多余冷量蓄存在蓄冷罐中。当控制系统的时间程序指示系统进入制冷机供冷及蓄冷罐充冷模式时，将运行该模式。这时通过控制放冷泵的频率调节系统，保障供冷系统的出水温度、回水温度的基本稳定，并使系统的供水流量或者冷量合理。
控制系统通过蓄冷泵控制制冷机满负荷运行以提高制冷效率，冷量或者流量直接供给末端，多余的冷量或者流量自动对蓄冷罐充冷，直至蓄冷罐充冷完毕，制冷机停机，系统转入蓄冷罐单独供冷工况。
7 结语
此中央空调水蓄冷电气控制实现方法相较于传统控制方式极大程度地提高了中央空调系统综合运行能效，通过结合高效节能设备、节能控制系统及水蓄冷等节能技术手段的应用，具有可观的经济效益和社会效益。
参考文献：
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论文作者:钟钊平
论文发表刊物:《防护工程》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/28
标签：水罐论文; 系统论文; 电价论文; 回水论文; 温度论文; 制冷机论文; 工况论文; 《防护工程》2018年第8期论文;