01/引言
這里所討論的某大型建筑冷凍水系統(tǒng)共有3臺(tái)等容量離心式冷凍機(jī)組，單臺(tái)容量500冷噸。變一次流量的空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的控制方案和冷凍機(jī)組設(shè)備的選型、布局密切相關(guān)，為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定的控制目標(biāo)，對(duì)于相關(guān)設(shè)備的技術(shù)要素應(yīng)提出一定的要求，總而言之就是對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案作優(yōu)化。這是建筑設(shè)計(jì)和樓宇自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)者應(yīng)該承擔(dān)的責(zé)任。
02/冷凍機(jī)組監(jiān)控方案
按照該建筑空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的設(shè)備配置，其監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)可以分為幾個(gè)方面，下面分別描述如下：
1 對(duì)所有設(shè)備工況的監(jiān)測(cè)和控制
1）冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的一般監(jiān)控內(nèi)容
監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)和手/自動(dòng)狀；累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，統(tǒng)計(jì)運(yùn)行次數(shù)；BAS能夠?qū)@些設(shè)備進(jìn)行啟停控制。
2）冷凍水泵的變頻調(diào)速控制
監(jiān)測(cè)供、回水總管之間某最不利負(fù)荷處的壓力差值；以上述壓力差值作為過(guò)程變量對(duì)冷凍水泵進(jìn)行變頻調(diào)速控制。
3）冷卻塔風(fēng)機(jī)的控制
監(jiān)測(cè)冷卻塔供、回水總管溫度；以冷卻塔供水溫度設(shè)定值為目標(biāo)，對(duì)冷卻塔風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制。
4）電動(dòng)蝶閥監(jiān)控內(nèi)容
相應(yīng)的連鎖開(kāi)關(guān)控制。
5）控制系統(tǒng)還應(yīng)該監(jiān)測(cè)
冷凍水供、回水總管溫度；冷凍水供水總管流量；
6）對(duì)冷凍機(jī)組設(shè)置數(shù)據(jù)通訊接口
通過(guò)該接口在BAS和冷凍機(jī)組之間傳送(或接收)下列冷凍機(jī)的工藝參數(shù)：
主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)
主機(jī)故障報(bào)警狀態(tài)(能夠以編碼方式代表多種故障信息)
主機(jī)負(fù)荷水平絕對(duì)值或百分率，或者主機(jī)電流或電流百分率
當(dāng)前供水溫度設(shè)定值
蒸發(fā)器進(jìn)水和出水溫度實(shí)測(cè)值
冷凝器進(jìn)水和出水溫度實(shí)測(cè)值
蒸發(fā)器(冷凍)水流量實(shí)測(cè)值
蒸發(fā)器冷媒管路壓力測(cè)量值
冷凝器(冷卻)水流量實(shí)測(cè)值
本次運(yùn)行時(shí)間和累計(jì)運(yùn)行時(shí)間
累計(jì)啟動(dòng)次數(shù)
潤(rùn)滑油溫度和供給水平
接收BAS給出的冷凍水供水溫度再設(shè)定值 接受BAS發(fā)出的啟停控制命令
經(jīng)過(guò)通訊使控制系統(tǒng)獲得相應(yīng)的關(guān)鍵工況參數(shù)，是優(yōu)選的方案。但是BAS和冷凍機(jī)主機(jī)可以交換哪些數(shù)據(jù)，還需要視冷凍機(jī)的牌子、型號(hào)和規(guī)格來(lái)定，故有必要對(duì)冷凍機(jī)主機(jī)的控制器作進(jìn)一步的了解，對(duì)可以傳送的信號(hào)進(jìn)行確認(rèn)。以上列舉的參數(shù)，是BAS完成控制所需要的參數(shù)，并不意味著任何冷凍機(jī)主機(jī)都會(huì)提供這些工藝參數(shù)。所以從系統(tǒng)構(gòu)成及系統(tǒng)集成的要求看，BAS的監(jiān)測(cè)點(diǎn)必須對(duì)數(shù)據(jù)通訊得到的參數(shù)作添平補(bǔ)齊。
特別因?yàn)楸鞠到y(tǒng)是變一次流量控制，對(duì)蒸發(fā)器管路水流量的監(jiān)測(cè)等是必不可少的，需要高度重視。同樣，對(duì)于可以經(jīng)過(guò)通訊取得的參數(shù)，BAS不必配置監(jiān)測(cè)元件，以避免重復(fù)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，造成浪費(fèi)。
2 冷凍機(jī)組的啟動(dòng)和停止連鎖控制
主機(jī)的啟停與相關(guān)設(shè)備的連鎖控制是保障設(shè)備正常、安全運(yùn)轉(zhuǎn)的重要條件。
1）連鎖啟動(dòng)順序
冷卻水塔風(fēng)機(jī)→冷卻水塔電動(dòng)蝶閥→冷凍機(jī)的冷凝器電動(dòng)蝶閥→冷卻水泵→冷凝器水流開(kāi)關(guān)信號(hào)指示(作為連鎖條件的返回信號(hào))→冷凍機(jī)蒸發(fā)器電動(dòng)蝶閥→冷凍水泵→冷凍水流開(kāi)關(guān)信號(hào)指示(作為連鎖條件的返回信號(hào))→冷凍機(jī)主機(jī)
2）連鎖停止順序
冷凍機(jī)→（延時(shí)數(shù)分鐘，視設(shè)備要求和工況判定延時(shí)時(shí)間）→冷凍水泵→蒸發(fā)器水流開(kāi)關(guān)信號(hào)指示(作為連鎖條件的返回信號(hào))→冷凍機(jī)的蒸發(fā)器電動(dòng)蝶閥→冷卻水泵→冷凝器水流開(kāi)關(guān)信號(hào)指示(作為連鎖條件的返回信號(hào))→冷凍機(jī)的冷凝器電動(dòng)蝶閥→冷卻水塔電動(dòng)蝶閥→冷卻水塔風(fēng)機(jī)
動(dòng)態(tài)啟�？刂菩枰貏e注意的方面：電動(dòng)蝶閥打開(kāi)或者關(guān)閉的全行程時(shí)間大約在30秒以上，在啟、停切換過(guò)程中，應(yīng)盡可能避免共用總管所引起的串水現(xiàn)象。本系統(tǒng)采用變頻調(diào)速水泵，如果電動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)度和水泵的水量以及冷凍機(jī)的啟動(dòng)能夠得到適當(dāng)?shù)膮f(xié)同控制，將可能較好地克服這一問(wèn)題。這種同步控制和連鎖控制的時(shí)間間隔等需要在投運(yùn)調(diào)試時(shí)按一定的調(diào)試方法確定。在實(shí)現(xiàn)這種精細(xì)化控制以前，這種有限時(shí)間段內(nèi)的串水現(xiàn)象，一般也是可以容忍的。
3 冷凍機(jī)組的變一次水量控制
為了節(jié)約能源，根據(jù)冷源系統(tǒng)總負(fù)荷水平進(jìn)行冷水機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)的控制，目的是使運(yùn)行的冷凍機(jī)臺(tái)數(shù)能夠滿足系統(tǒng)負(fù)荷的需要，并使開(kāi)出的冷凍機(jī)盡可能在其效率最高的工況區(qū)運(yùn)行。下面結(jié)合變頻調(diào)速控制冷凍水泵，對(duì)這種控制方案作概要性介紹。
運(yùn)行臺(tái)數(shù)控制的優(yōu)化策略是：首先，控制系統(tǒng)冷凍水的供應(yīng)量(總流量)始終保持在剛好滿足系統(tǒng)負(fù)荷要求的水平，并確保系統(tǒng)供回總管之間最不利負(fù)荷處的壓力差穩(wěn)定于某個(gè)預(yù)設(shè)定值，這一點(diǎn)需要靠高品質(zhì)的變頻調(diào)速控制冷凍水泵來(lái)完成；其次，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷量和當(dāng)前冷機(jī)的供應(yīng)能力的差值，決定下一次啟或停的時(shí)機(jī)，原則是應(yīng)該選擇能夠滿足負(fù)荷需要、并且最接近系統(tǒng)需求值的工作方式。這一個(gè)控制的關(guān)鍵在于調(diào)試中找出最佳的啟停切換點(diǎn)；還有就是運(yùn)行臺(tái)數(shù)控制的程序中，應(yīng)該使冷凍機(jī)處于最佳工作效率點(diǎn)周?chē)�。冷凍機(jī)的工作效率分布曲線由供貨廠商提供。
系統(tǒng)配置不同容量冷機(jī)，可以降低臺(tái)數(shù)控制中系統(tǒng)負(fù)荷能力變化的臺(tái)階，使運(yùn)行能力更接近系統(tǒng)需求，有更好的節(jié)能效果。但對(duì)控制的要求比并列等容量機(jī)組復(fù)雜得多。現(xiàn)在采用全部變頻調(diào)速冷凍水泵以后，系統(tǒng)供水流量(供冷能力)可以連續(xù)地根據(jù)負(fù)荷需要調(diào)節(jié)，所以沒(méi)有必要配置不同規(guī)格容量的并列機(jī)組。
傳統(tǒng)的一次泵系統(tǒng)，僅在負(fù)荷側(cè)作變流量控制，而在冷源一次側(cè)是恒定流量(冷凍水泵固定轉(zhuǎn)速)，兩者之間的流量差值和系統(tǒng)壓力，靠壓差旁通控制來(lái)平衡，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)旁通管內(nèi)不可避免會(huì)有旁通水流，就是說(shuō)全速運(yùn)轉(zhuǎn)的冷凍水泵有一部分作功消耗于旁通循環(huán)中，同時(shí)水泵揚(yáng)程所產(chǎn)生的供回總管之間的較高壓力，使大量的水流動(dòng)能消耗在克服管路阻力上。空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的變一次流量(冷凍水泵變頻調(diào)速)控制系統(tǒng)最有價(jià)值的作用，就是避免大部分無(wú)謂的旁通水流量，并能夠維持較低的系統(tǒng)壓力，從而大大地降低水泵的功耗。
變一次流量控制的一般方法：以系統(tǒng)供回總管之間的最不利條件點(diǎn)(一般應(yīng)選在供回總管的遠(yuǎn)端)處的設(shè)計(jì)壓差作為控制預(yù)設(shè)定值，以該點(diǎn)壓差測(cè)量值作為PID調(diào)節(jié)的過(guò)程變量，以變頻調(diào)速冷凍水泵作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)冷凍水供水進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，控制目標(biāo)是使過(guò)程變量趨近于預(yù)設(shè)定值；當(dāng)冷凍水的系統(tǒng)負(fù)荷流量大于一臺(tái)冷凍機(jī)蒸發(fā)器最低許可流量值時(shí)，流量旁通控制閥門(mén)是關(guān)閉的；當(dāng)只有一臺(tái)機(jī)組在運(yùn)行，且冷凍水的系統(tǒng)負(fù)荷流量低于一臺(tái)冷凍機(jī)蒸發(fā)器最低許可流量值時(shí)，需要啟動(dòng)分、集水器之間的旁通流量控制，控制目標(biāo)是使這臺(tái)正在運(yùn)轉(zhuǎn)的冷凍機(jī)蒸發(fā)器的水流量大于等于最低許可流量值。這個(gè)旁通閥門(mén)和傳統(tǒng)的壓差旁通控制閥門(mén)不一樣，可以把它稱(chēng)為低流量旁通控制閥。
確保冷凍機(jī)蒸發(fā)器最低水流量是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)措施，否則有可能破壞冷凍機(jī)的正常工作狀態(tài)，甚至損壞冷凍機(jī)。變一次流量控制的旁通控制實(shí)際上是專(zhuān)為這個(gè)保護(hù)而設(shè)置的。對(duì)變一次流量系統(tǒng)工作模式來(lái)說(shuō)，這個(gè)旁通閥門(mén)不需要很大，它的流通能力只要保證大機(jī)組冷凍機(jī)蒸發(fā)器的最低水流量即可。但是，目前設(shè)計(jì)變一次流量系統(tǒng)，往往還要保留以傳統(tǒng)模式(冷凍水泵全部恒定轉(zhuǎn)速)工作的可能性，考慮到這一點(diǎn)，這個(gè)流量旁通閥門(mén)還可能擔(dān)負(fù)傳統(tǒng)壓差旁通控制的作用，故其口徑宜滿足這樣的需要�；谶@一原因，本方案的旁通閥門(mén)，沒(méi)有選擇較小的流通能力。這種設(shè)計(jì)配置是為了加強(qiáng)冷凍水系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，提高系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性采取的必要措施。
控制邏輯應(yīng)該保證：任何時(shí)刻，確保運(yùn)轉(zhuǎn)冷凍機(jī)的蒸發(fā)器最低水流量(這個(gè)最低水流量載明在冷凍機(jī)的使用說(shuō)明上)；并列運(yùn)行機(jī)組同步變頻調(diào)速控制是最常用的控制方式；啟動(dòng)冷凍機(jī)組的冷凍水泵宜采用軟啟動(dòng)方式，以避免對(duì)水泵電機(jī)的大電流沖擊；冷凍水調(diào)節(jié)控制從一臺(tái)切換至另一臺(tái)時(shí)應(yīng)確保平滑無(wú)縫地過(guò)渡。
4 冷卻水和冷卻塔控制
對(duì)冷卻水控制的基本要求是保證經(jīng)過(guò)冷卻塔處理的冷卻水溫度(即進(jìn)入冷凍機(jī)冷凝器的冷卻水溫度，也可以稱(chēng)為冷卻塔供水溫度)符合冷凍機(jī)的要求，這個(gè)溫度要求由冷凍機(jī)的使用說(shuō)明書(shū)提供。
按冷卻水供水溫度進(jìn)行冷卻塔風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)的控制，當(dāng)冷卻水供水水溫高于要求值時(shí)加大風(fēng)量(或增加冷卻塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù))，反之則減少風(fēng)量，以便降低能耗。
對(duì)于多風(fēng)機(jī)(或多轉(zhuǎn)速)的冷卻塔，如果在所有風(fēng)機(jī)全開(kāi)啟(或者最高速)后，冷卻水供水溫度仍不能滿足工藝要求，這時(shí)應(yīng)通過(guò)BAS程序開(kāi)啟另外一臺(tái)冷卻塔來(lái)增加冷卻效果。
所以冷卻塔控制的必要條件是：對(duì)冷卻塔供水溫度的監(jiān)測(cè)；對(duì)冷卻塔風(fēng)機(jī)和相應(yīng)電動(dòng)蝶閥的控制。
冷卻水的變頻調(diào)速控制，也是以節(jié)約能源為目標(biāo)。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)冷凍水量的需求降低時(shí)，與之相應(yīng)，對(duì)冷卻水的需求也會(huì)減少。這種負(fù)荷變化反映在冷卻水時(shí)，其表現(xiàn)是冷凝器出水溫度比額定值低，冷卻塔進(jìn)水溫度低了，可以減少冷卻塔運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)數(shù)量，與此同時(shí)還可以降低冷卻水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)水平，以節(jié)約冷卻水泵耗電。
冷卻水的變頻調(diào)速和冷凍水的變頻調(diào)速，在控制上沒(méi)有直接邏輯關(guān)系，只有間接影響。但和蒸發(fā)器的最低水流量限制一樣，冷凝器也有最低水流量限制，所以對(duì)冷卻泵轉(zhuǎn)速的調(diào)整，也有最低值限位的要求。
03/提高系統(tǒng)容錯(cuò)能力和可靠性的技術(shù)措施
空調(diào)冷凍水控制系統(tǒng)，包含冷源側(cè)和負(fù)荷側(cè)，涉及的設(shè)備多，控制復(fù)雜；空調(diào)裝置的正常與否，直接影響建筑物設(shè)備的綜合功能，關(guān)系重大�？刂品桨覆捎米円淮瘟髁�，更有嚴(yán)格的技術(shù)要求。所以，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該具有提高系統(tǒng)容錯(cuò)能力和可靠性的技術(shù)措施。
1）除了主要工作模式以外，還考慮后備工作模式
系統(tǒng)的主要工作模式以變一次流量控制作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)也保留了以傳統(tǒng)模式工作的可能性(作為備用模式)。在設(shè)備全部正常時(shí)，變頻調(diào)速冷凍水泵閉環(huán)控制投運(yùn)，系統(tǒng)作變一次流量控制；萬(wàn)一變頻調(diào)速閉環(huán)控制不能投運(yùn)時(shí)，系統(tǒng)也可非常方便地切換成傳統(tǒng)工作模式，即冷凍水泵恒定轉(zhuǎn)速，同時(shí)投入壓差旁通控制，系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行，只是后者的節(jié)能效果比前者差。
為了實(shí)現(xiàn)這一后備運(yùn)轉(zhuǎn)能力，只需把低流量旁通閥門(mén)的規(guī)格仍選擇為能夠作壓差旁通控制的規(guī)格。在相應(yīng)控制器中設(shè)置這兩種控制模式的程序，并使操作員能夠作模式選擇。由于兩種工作模式在設(shè)備配置上差異不大，控制元件的配置和選擇能滿足這兩種工況的需要。
2）系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)可以不完全依賴(lài)BAS和冷凍機(jī)的通訊
前面已經(jīng)介紹，冷卻水供回水溫度(即：冷凝器進(jìn)出口溫度)可以通過(guò)冷凍機(jī)的數(shù)據(jù)通訊獲得，表面上似乎不必測(cè)量冷卻水供、回總管的溫度。其實(shí)不然，增加設(shè)置冷卻水供、回總管的溫度，可以使冷卻水系統(tǒng)的監(jiān)控不依賴(lài)于BAS和冷凍機(jī)的數(shù)據(jù)通訊，BAS照常能夠進(jìn)行冷卻水供水溫度控制，使系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的容錯(cuò)能力大為提高。所化代價(jià)不高，但帶來(lái)的靈活性和可靠性是長(zhǎng)期可以起作用的。不依賴(lài)BAS和冷凍機(jī)通訊時(shí)，系統(tǒng)只能以備用模式工作，且對(duì)冷凍機(jī)組的啟�？刂朴扇斯げ僮鳌�
