摘要 

文章闡述了冷機(jī)臺(tái)數(shù)自動(dòng)控制的方法，列舉了有關(guān)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)組建方案及不正確的測(cè)量方法。提出需要有關(guān)各專業(yè)相互配合，正確設(shè)計(jì)、施工及調(diào)試，才能使系統(tǒng)有可測(cè)性、可控性，達(dá)到節(jié)能效果。

目前，中央空調(diào)系統(tǒng)的冷源主要采用兩種，一種是機(jī)械壓縮式制冷，主要形式為以消耗電能換取冷量;另一種是熱力吸收式制冷，以消耗熱能(燃?xì)狻⒄羝⒏邷責(zé)崴?換取冷量，其電能或熱能的消耗都是可觀的，是建筑設(shè)備中能耗大戶。實(shí)際工程中，制冷機(jī)組一般設(shè)置兩臺(tái)或兩臺(tái)以上。為了減少運(yùn)行費(fèi)用、節(jié)約能源，多根據(jù)實(shí)需冷負(fù)荷來(lái)調(diào)節(jié)冷機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，在《在智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB-T50314-2000)中將冷機(jī)臺(tái)數(shù)控制定為甲級(jí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)條件之一。

根據(jù)我們對(duì)實(shí)際工程的考查，在冷機(jī)臺(tái)數(shù)控制方面有成功的范例，但也有失敗的工程，其成功與否，是由設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試等諸方面決定的。本文詳細(xì)闡述了工程中出現(xiàn)的問(wèn)題，提出解決的辦法，與同行商討，使設(shè)計(jì)、施工等各個(gè)環(huán)節(jié)保證實(shí)際工程能獲得可測(cè)性、可控性和節(jié)能性。

1 冷機(jī)臺(tái)數(shù)控制方式

實(shí)際工程中，對(duì)制冷系統(tǒng)中的聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備(冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔及相應(yīng)電動(dòng)蝶閥等)及制冷機(jī)等已納入BAS集散控制系統(tǒng)中，其中對(duì)冷機(jī)臺(tái)數(shù)控制可分為以下兩種方式。

1.1 操作指導(dǎo)控制

這種控制方式是根據(jù)集散監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)測(cè)冷負(fù)荷，一方面顯示、記錄實(shí)際冷負(fù)荷;另一方面由操作人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷，實(shí)施冷機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)控制及相應(yīng)聯(lián)動(dòng)設(shè)備的控制。這是一種開(kāi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制靈活，特別適合對(duì)于冷負(fù)荷變化規(guī)律尚不清楚和對(duì)大型冷機(jī)的啟、停要求比較嚴(yán)格的場(chǎng)合。這種方法也是實(shí)施閉環(huán)控制方法的第一步，可為閉環(huán)控制摸索經(jīng)驗(yàn)。但操作指導(dǎo)控制的缺點(diǎn)是仍要人工進(jìn)行操作，控制過(guò)程慢、實(shí)時(shí)性差，節(jié)能效果受到限制。

1.2 閉環(huán)控制

這種控制方式主要是根據(jù)實(shí)測(cè)冷負(fù)荷由DDC直接數(shù)字控制器自動(dòng)控制冷機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)以相應(yīng)聯(lián)動(dòng)設(shè)備，同時(shí)對(duì)冷負(fù)荷進(jìn)行顯示和記錄。

這種控制方式屬閉環(huán)控制，由DDC直接承擔(dān)監(jiān)控任務(wù)，所以實(shí)時(shí)性好，適應(yīng)性強(qiáng)。并且由于DDC計(jì)算能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制規(guī)律。

以兩臺(tái)冷機(jī)臺(tái)數(shù)控制為例，按在線測(cè)到的冷負(fù)荷QC與一臺(tái)冷機(jī)額定制冷量QH相比較，如圖1所示，當(dāng)QC在QH以內(nèi)時(shí)，開(kāi)動(dòng)一臺(tái)冷機(jī)及相應(yīng)聯(lián)動(dòng)設(shè)備，當(dāng)QC≥QH時(shí)，經(jīng)延時(shí)(可設(shè)定)確認(rèn)冷負(fù)荷有增長(zhǎng)趨勢(shì)，啟動(dòng)第二臺(tái)冷機(jī)及相應(yīng)聯(lián)動(dòng)設(shè)備。當(dāng)負(fù)荷減少到QC≤(QH-△)時(shí)，經(jīng)延時(shí)確認(rèn)冷負(fù)荷有減少趨勢(shì)，則停止一臺(tái)冷機(jī)及相應(yīng)聯(lián)動(dòng)設(shè)備。應(yīng)說(shuō)明，啟、停冷機(jī)的邊界條件，例如△值的大小，應(yīng)根據(jù)冷機(jī)具體要求而定。

2 實(shí)際冷負(fù)荷測(cè)量系統(tǒng)的組建及工程中存在的問(wèn)題

2.1 冷負(fù)荷QC的計(jì)算

冷負(fù)荷QC的計(jì)算公式如下：

QC=CG(t2-t1)kW

式中QC—冷負(fù)荷kW;

C—水的比熱4.186kJ/kg℃;

G—負(fù)荷回水流量kg/s

t1、t2—冷凍水供、回水溫度℃

應(yīng)特別說(shuō)明，公式中G　　應(yīng)為由負(fù)荷來(lái)的總回水流量，不應(yīng)包括旁通流量;t2應(yīng)為負(fù)荷來(lái)的總回水溫度，不應(yīng)是回水與旁通水的混合溫度。

2.2　流量測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工及其存在的問(wèn)題

2.2.1 供、回水干管連接方式及冷量測(cè)量系統(tǒng)的組建

目前，中央空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷側(cè)水系統(tǒng)多為變流量系統(tǒng)(利用電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié))，而冷源側(cè)是定流量系統(tǒng)(保護(hù)冷機(jī))。所以在供、回水系統(tǒng)中設(shè)有旁通閥。并利用供、回水干管壓差信號(hào)，通過(guò)DDC自動(dòng)調(diào)節(jié)旁通閥的開(kāi)度，維持供、回水干管壓差恒定。

常見(jiàn)冷站供、回干管的連接方式及測(cè)量組建系統(tǒng)如圖2所示，有四種方案。各測(cè)量參數(shù)都有安裝條件，例如流量變送器FT要求在其安裝位置的前、后(按水流方向)有一定長(zhǎng)度的直管段要求，一般要求前10DN、后5DNDN——安裝管直徑，這是為了消除管道中流動(dòng)的渦流，改善流速場(chǎng)的分布，提高測(cè)量精度和測(cè)量的穩(wěn)定性。直管段的設(shè)計(jì)應(yīng)按照具體流量變送器及管道中阻力件的情況，按說(shuō)明書(shū)要求而定。為了延長(zhǎng)流量變送器的使用壽命，要求流量變送器安裝在回水管路上，而避免安裝在供水管上。

在各種流量變送器中，電磁流量系無(wú)阻流元件，阻力損失小、流場(chǎng)影響小、精度高，直管段要求低，是常用的一種流量變送器。例如IFM4080K(F)電磁流量計(jì)，當(dāng)精度為0.3級(jí)時(shí)，要求前10DN，后2DN;如果要求測(cè)量精度低于0.3級(jí)，則可放寬到前5DN，后2DN的要求。當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)不滿足測(cè)量條件時(shí)，輕者測(cè)量誤差大，重者讀數(shù)無(wú)意義。

2.2.2 各種測(cè)量系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的說(shuō)明

(1)方案1在分水器與集水器之間連接壓差旁通管，由分水器引出一條供水管(到樓上再行分支)由負(fù)荷回來(lái)一條回水管(在樓上兩管匯合)接到集水器上。這種連接方法可以用一個(gè)流量變送器測(cè)量負(fù)荷回水總流量，且較容易滿足流量變送器直管段的要求，可從安裝條件保證測(cè)量精度和穩(wěn)定性，可測(cè)性好。同時(shí)由于旁通管連接到集水器與分水器之間，對(duì)穩(wěn)定地調(diào)節(jié)供、回水壓差有利。這是我們推薦的一種方案。

(2)方案2與方案1不同是在集水器安裝兩個(gè)回水管，故需采用兩個(gè)回水流量變送器和兩個(gè)回水溫度傳感器，按下式計(jì)算冷負(fù)荷。

QC=CG(t2-t1)kW

式中G—總回水流量，G=G1+G2kg/s

t2—回水當(dāng)量溫度t2= ℃

這種方案雖然增加現(xiàn)場(chǎng)硬件但具有方案1的優(yōu)點(diǎn)。

(3)方案3的特點(diǎn)是壓差旁通管連接在供、回水干管上，按這種連接方法，無(wú)論集水器上連接多少個(gè)回水管，均可采用一個(gè)流量變送器和一個(gè)回水溫度傳感器測(cè)量實(shí)際冷負(fù)荷，減少了硬件投資。但其調(diào)節(jié)供、回水壓差的穩(wěn)定性不如方案1和方案2的好。這種方案在設(shè)計(jì)、施工中必須保證安裝流量變送器的回水管段足夠長(zhǎng)，否則也可能失去可測(cè)性。

(4)方案4的流量變送器及回水溫度傳感器設(shè)計(jì)安裝位置是錯(cuò)誤的，使系統(tǒng)失去可測(cè)性、可控性。方案4這種明顯的錯(cuò)誤連接，在公開(kāi)出版的書(shū)籍、雜志以及樓控集成商的投標(biāo)書(shū)中不止一次的出現(xiàn)，甚至有些已完工的工程中就是這種連接，造成了浪費(fèi)，失去了工程測(cè)量的實(shí)際意義。

除了如方案4這樣的錯(cuò)誤設(shè)計(jì)之外，盡管采用方案1～3，但有的設(shè)計(jì)并沒(méi)有明確說(shuō)明測(cè)量的安裝條件，忽視了對(duì)管路長(zhǎng)度的要求，也使系統(tǒng)失去可測(cè)性。

2.2.3 供、回水干管施工及其存在的問(wèn)題

冷站供、回水系統(tǒng)施工一般由工程公司水暖工程隊(duì)實(shí)施，按施工程序一般水施在前、弱電施工在后。

由于施工中各工種配合脫節(jié)，水施不按儀表安裝要求條件布管，僅按水路系統(tǒng)連接，為減少占地面積，使管路安裝非常緊湊，無(wú)法保證儀表足夠長(zhǎng)直管段的要求。一旦后期發(fā)現(xiàn)要想整改也是非常困難，因?yàn)槊鎸?duì)的是大口徑管路以及冷站面積的限制。

由于設(shè)計(jì)、施工中存在的問(wèn)題，未能滿足儀表要求的測(cè)量條件，使昂貴的儀表閑置不用，造成業(yè)主投資上的浪費(fèi)，又不能起到節(jié)能控制作用，無(wú)法節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。這種工程上的失敗，是業(yè)界的一種悲哀我們呼吁同行能引起重視。

3 設(shè)計(jì)、施工及調(diào)試中的幾點(diǎn)解決方法

3.1 規(guī)劃階段應(yīng)考慮水路布置

參照實(shí)際工程，采用適宜的管路連接方案，保證冷站有足夠大的面積，為冷負(fù)荷測(cè)量準(zhǔn)備組建條件。

3.2 各工種配合至關(guān)重要

樓宇控制工程本身就是多工種、多技術(shù)的綜合工程，參數(shù)測(cè)量更為重要。需要公用設(shè)備工程師、樓控工程師、現(xiàn)場(chǎng)施工工程師緊密配合，相互之間明確要求，才能保證測(cè)量系統(tǒng)的正確組建。

3.3 工程調(diào)試最終完成工程的重要環(huán)節(jié)

(1)系統(tǒng)在軟件支持下，應(yīng)完成制冷系統(tǒng)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制，各聯(lián)動(dòng)控制之間應(yīng)有一定的延長(zhǎng)時(shí)間(以min計(jì));

(2)先開(kāi)環(huán)控制，后閉環(huán)調(diào)整有利于系統(tǒng)投入。在投入閉環(huán)控制之前，先行操作指導(dǎo)控制，摸索空調(diào)負(fù)荷隨室外氣象條件變化規(guī)律及大廈內(nèi)人員活動(dòng)的變化因素進(jìn)行人工操作，記錄日啟動(dòng)次數(shù);

(3)啟停負(fù)荷的邊界條件的設(shè)定。前面在談到臺(tái)數(shù)控制時(shí)，按實(shí)測(cè)負(fù)荷QC與冷機(jī)單臺(tái)額定制冷量(滿負(fù)荷)QH相比較，決定冷機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。但是，應(yīng)考慮到制冷機(jī)額定負(fù)荷時(shí)的COP值，(COP：制冷壓縮機(jī)的性能系數(shù)，COP=機(jī)組的凈制冷量/軸功率)，并不一定是最高的，而在部分負(fù)荷值更高。

當(dāng)實(shí)際負(fù)荷值QC

(4)延長(zhǎng)時(shí)間的設(shè)定。程序設(shè)定各啟停邊界條件的延長(zhǎng)時(shí)間，按大連三洋一般最少為40min，其延時(shí)長(zhǎng)短應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況酌情調(diào)整，對(duì)吸收式冷機(jī)來(lái)說(shuō)冷機(jī)稀釋運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為5～15min;

(5)日啟動(dòng)次數(shù)的限定。根據(jù)冷機(jī)供貨廠家的建議冷機(jī)日啟動(dòng)次數(shù)不宜頻繁，以延長(zhǎng)冷機(jī)壽命，以蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機(jī)為例，連續(xù)使用比間歇使用更有利于延期使用壽命。