關(guān)鍵詞：變水量 冷媒水系統(tǒng) 優(yōu)化 控制策略

 

　　引言

　　在空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于受氣象條件等因素變化的影響，在多數(shù)的運(yùn)行時(shí)間里空調(diào)負(fù)荷遠(yuǎn)小于其設(shè)計(jì)負(fù)荷[1] .特別是對(duì)于采用變水量（Variable Water Volume，VWV）的樓宇空調(diào)系統(tǒng)，由于其控制變量更多以及控制系統(tǒng)更為復(fù)雜的特點(diǎn)，依賴經(jīng)驗(yàn)的控制方式在很大程度上已經(jīng)無(wú)法完成控制管理的任務(wù)，也不能很好地體現(xiàn)VWV系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

　　因此，根據(jù)空調(diào)負(fù)荷的變化情況，針對(duì)變流量系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和可調(diào)參數(shù)較多的特點(diǎn)，在部分負(fù)荷時(shí)段調(diào)整制冷系統(tǒng)的某些運(yùn)行參數(shù)，在滿足系統(tǒng)負(fù)荷要求和保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，盡可能地減少系統(tǒng)的能耗并提高系統(tǒng)的控制特性。本文選取冷水機(jī)組的供水溫度和二級(jí)泵的供水壓差作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制這兩個(gè)參數(shù)，在保證負(fù)荷要求的情況下，與固定策略相比，三種優(yōu)化策略都能夠達(dá)到節(jié)能的目的，同時(shí)系統(tǒng)的控制特性比較穩(wěn)定。但它們都未使系統(tǒng)達(dá)到最佳的運(yùn)行工況，要使系統(tǒng)最大程度地節(jié)能，應(yīng)對(duì)影響系統(tǒng)能耗的控制變量同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。

 

　　1、研究對(duì)象

　　系統(tǒng)的二級(jí)供水采用變頻泵通過(guò)恒壓控制調(diào)節(jié)水量以滿足AHU的要求；初級(jí)和二級(jí)冷媒水供水回路之間的旁通閥通過(guò)恒壓控制調(diào)節(jié)旁通水量以保持通過(guò)每臺(tái)冷水機(jī)組蒸發(fā)器的水流量不變；冷卻塔進(jìn)出水總管之間混水閥的控制用于防止在低溫工況下過(guò)低的冷卻水溫度；各冷水機(jī)組都有一個(gè)出水溫度控制器控制冷媒水的出水溫度；各AHU都有一個(gè)送風(fēng)溫度控制器控制送風(fēng)溫度。

　　（a）室外溫度條件

　�。╞）AHU的送風(fēng)量變化情況圖

 

　　2、室外溫度條件及AHU的送風(fēng)量變化情況

 

　　3、三種優(yōu)化策略

　　3.1 供水壓力優(yōu)化控制

　　在VWV系統(tǒng)中，二級(jí)泵大多采用變頻調(diào)速泵或多臺(tái)定速泵配以一臺(tái)變頻調(diào)速泵，因此都可以進(jìn)行連續(xù)地調(diào)節(jié)。它由恒壓控制器通過(guò)改變變速泵的轉(zhuǎn)速和定速泵的啟停以調(diào)節(jié)二級(jí)回路的流量，其控制參數(shù)是二級(jí)供回水主管的壓差或各AHU中進(jìn)出口壓差的最小值。根據(jù)各AHU負(fù)荷的變化實(shí)時(shí)優(yōu)化該控制參數(shù)有節(jié)約二級(jí)泵能耗和提高系統(tǒng)控制特性的潛在能力[4] .自動(dòng)控制的AHU水閥的閥位代表了各自AHU相對(duì)負(fù)荷的變化，保持各水閥中最大的閥位處于接近100%的開(kāi)度，可以在保證系統(tǒng)控制特性的前提下最大地減少二級(jí)回路的阻力。

　　3.2 供水溫度優(yōu)化控制

　　當(dāng)出水溫度設(shè)定得較低時(shí)，主機(jī)的蒸發(fā)溫度較低，因此COP較低，相同負(fù)荷時(shí)主機(jī)的能耗較大；反之設(shè)定得較高，主機(jī)的COP較高，相同負(fù)荷時(shí)的能耗較小。單從主機(jī)的能耗角度而言，應(yīng)盡可能地提高出水溫度的設(shè)定[5] .但是，過(guò)高的設(shè)定會(huì)使若干個(gè)甚至所有的AHU水閥開(kāi)到最大也無(wú)法滿足負(fù)荷的要求，同時(shí)也增加了二級(jí)泵的能耗[6] .因此最佳的出水溫度設(shè)定應(yīng)是保持各水閥中最大的閥位處于接近100%開(kāi)度時(shí)的設(shè)定[4] .

　　3.3 供水壓力與供水溫度串級(jí)優(yōu)化控制

　　將供水壓力和冷水機(jī)組供水溫度進(jìn)行串級(jí)優(yōu)化控制，即利用各用戶水閥的閥位信息[5] ，根據(jù)其中的最大閥位及系統(tǒng)運(yùn)行狀況，通過(guò)控制優(yōu)先級(jí)別的分定，確定兩個(gè)優(yōu)化設(shè)定值。控制策略將二級(jí)泵供水壓力優(yōu)化作為優(yōu)先級(jí)控制，供水溫度優(yōu)化作為第二級(jí)控制。由于溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)反應(yīng)較慢，故將供水溫度的優(yōu)化控制調(diào)節(jié)作為二級(jí)控制調(diào)節(jié)，在二機(jī)泵供水壓力的調(diào)節(jié)已接近極限時(shí)，啟動(dòng)供水溫度的優(yōu)化控制調(diào)節(jié)。

 

　　4、仿真結(jié)果及分析

　　本文中的兩個(gè)優(yōu)化控制參數(shù)的調(diào)整主要影響冷水機(jī)組和冷媒水二級(jí)泵的能耗情況。三種優(yōu)化控制策略的運(yùn)行結(jié)果表明，監(jiān)測(cè)參數(shù)的調(diào)整是在滿足負(fù)荷要求及保證控制穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

　　4.1 供水壓力優(yōu)化控制策略結(jié)果

　　此優(yōu)化控制策略的能耗結(jié)果與固定策略相比如表1所示。其中固定策略供水壓力和供水溫度值分別是250kPa和7℃，優(yōu)化控制策略的供水溫度設(shè)定在7℃，供水壓力隨負(fù)荷的變化在50至250kPa范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

　�。╝）供水壓力變化情況

　�。╞） 最大閥位變化情況圖3 供水壓力及AHU閥位變化情況

　　冷媒水的供水溫度不變，故在相同的負(fù)荷條件下冷媒水的流量理論上應(yīng)該是不變的，根據(jù)AHU最大閥位的變化情況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)其供回水壓差從而調(diào)整二級(jí)泵的壓頭，由于供水壓力優(yōu)化使AHU的閥位比固定方案更接近100%，供水阻力減小，故二級(jí)泵的壓頭降低，從而使得二級(jí)泵的能耗減少。

　　4.2 供水溫度優(yōu)化控制策略結(jié)果

　　其中固定策略供水壓力和供水溫度值分別是250kPa和7℃，優(yōu)化控制策略的供水壓力設(shè)定在250kPa，供水溫度隨負(fù)荷的變化在7℃至10℃范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

　�。╝）供水溫度變化情況

　�。╞） 最大閥位變化情況

　　二級(jí)泵的供水壓力不變，根據(jù)負(fù)荷的變化引起的AHU的閥位變化實(shí)時(shí)調(diào)整供水溫度。理論上講，在其他條件不變的情況下可以提高冷水機(jī)組的COP值，從而減少冷水機(jī)組的能耗。從供水溫度優(yōu)化策略的能耗情況來(lái)看，單純的調(diào)整供水溫度并不能夠很好的使冷水機(jī)組節(jié)能。因此要想取得更好的節(jié)能效果，應(yīng)該對(duì)影響系統(tǒng)能耗的參數(shù)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化控制。

　　4.3 供水溫度和供水壓力串級(jí)優(yōu)化控制策略結(jié)果

　　其中固定策略供水壓力和供水溫度值分別是250kPa和7℃，優(yōu)化控制策略的供水壓力在50kPa至250kPa范圍內(nèi)實(shí)時(shí)調(diào)整，供水溫度在7℃至10℃范圍內(nèi)隨負(fù)荷的變化實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

　�。╝）供水壓力及最大閥位變化情況

　　（b）供水溫度變化情況

　　雖然這種控制策略相比固定策略有明顯的節(jié)能效果，但是控制程序中系數(shù)的不同設(shè)定可以得到不同的節(jié)能效果，可見(jiàn)這種依據(jù)一定經(jīng)驗(yàn)的調(diào)整并非最優(yōu)的控制方案。

 

　　5、結(jié)論

　　從以上的優(yōu)化控制策略運(yùn)行結(jié)果可以看出，三種優(yōu)化控制策略相對(duì)于固定策略都能夠節(jié)能。雖然三種優(yōu)化控制策略相對(duì)于固定策略都能夠節(jié)能，卻不是系統(tǒng)優(yōu)化控制節(jié)能的最好方案。從系統(tǒng)總體來(lái)講，對(duì)某一參數(shù)的調(diào)整可能會(huì)影響系統(tǒng)其他參數(shù)向不節(jié)能方向變化。在供水溫度優(yōu)化控制策略中，供水溫度的提高并不一定能夠提高冷水機(jī)組的COP值，不同程度的調(diào)整供水溫度其節(jié)能情況也不同，甚至供水溫度的調(diào)整使系統(tǒng)不節(jié)能，原因是影響COP值的其他因素導(dǎo)致COP值沒(méi)有提高；在供水溫度和供水壓力的串級(jí)優(yōu)化策略中，控制程序中不同的系數(shù)設(shè)定其能耗情況也是不同的。由此可見(jiàn)本文所述的三種優(yōu)化控制策略并非最好的控制方案。

　　因此，有必要根據(jù)影響系統(tǒng)能耗的參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)能耗的影響，確立一個(gè)目標(biāo)函數(shù)，并寫(xiě)出相應(yīng)的約束條件，利用合理的尋優(yōu)方法，通過(guò)總體上的尋優(yōu)，得出節(jié)能控制的最佳策略。

 

　　參考文獻(xiàn)

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　　[3] 晉欣橋，惠廣海，肖曉坤。 暖通空調(diào)，2003，33（6）。

　　[4] 晉欣橋， 李曉鋒， 任海剛。上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，37（7）： 1128~1132

　　[5] 晉欣橋。上海：上海交通大學(xué)動(dòng)力與能源工程學(xué)院博士論文， 1999.