機房群控策略詳細說明

1、中央空調的冷源系統(tǒng)中央空調的冷源系統(tǒng)包括冷水機組、 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、 冷卻水系統(tǒng)。 空調系 統(tǒng)的冷源通常為冷凍水?？照{冷凍水由制冷機（也稱冷水機組）提供?？照{系統(tǒng) 中應用最廣泛的制冷機有壓縮式（活塞式、離心式、螺桿式、渦旋式）和吸收式 兩種。制冷機的選擇應根據(jù)建筑物用途、負荷大小和變化情況、制冷機的特性、 電源、熱源和水源情況以及初次建設投資、運行費用、維護保養(yǎng)、環(huán)保和安全等 因素綜合考慮。一、冷源系統(tǒng)的組成冷水系統(tǒng)可以設計成不同的類型， 按流量分為定流量系統(tǒng)和變流量系統(tǒng)， 按 水泵的設置方式分為一次泵系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng)。定流量系統(tǒng)是指空調水系統(tǒng)中輸配管路的流量保持不變， 空調房間的溫度改 變依

2、靠進入末端設備的水流量、 改變房間送風量等手段進行控制。 為了保證每個 末端設備能控制其服務范圍的溫度參數(shù)， 需要采用電動三通閥來控制通過盤管的 水流量。定流量系統(tǒng)的控制比較簡單，但系統(tǒng)存在如下缺點 :1）冷水機組總容量 及水泵總流量必須按照各末端冷量的最大值之和來計算， 否則會因為水量不足而 造成部分末端冷量不足。這樣，會使設備安裝容量過大導致能耗過高； 2）采用多 臺冷水機組和相應的水泵聯(lián)合運行時，其系統(tǒng)工作情況取決于水泵的運行方式， 水系統(tǒng)運行不節(jié)省能量。因此，定流量系統(tǒng)一般適用于間歇性使用建筑 （例如體育館、展覽館、影劇 院、大會議廳等 ）的空調系統(tǒng)，以及空調面積小，只有一臺冷水機組和

3、一臺循環(huán) 水泵的系統(tǒng)。高層民用建筑盡可能少采用這種系統(tǒng)。變流量系統(tǒng)是指系統(tǒng)中供回水溫差保持不變， 當末端負荷變化時， 通過改變 供水量來適應。 末端設備的流量隨著二通調節(jié)閥的調節(jié)而改變， 使得供給用戶的 輸配管路的流量也在改變。 在二通調節(jié)閥的調節(jié)過程中， 管路性能曲線將發(fā)生變 化，因而系統(tǒng)用戶負荷側水量將發(fā)生變化。 這些變化， 將引起水泵和冷水機組的 水流量變化。為防止出現(xiàn)這些問題、保證冷水機組定水量要求，在供、回水總管 上設置壓差旁通閥，其作用是： 1）在用戶側水流量變化時，自動根據(jù)壓差控制 器的指令開大或關小，調節(jié)旁通量以保證末端設備及冷水機組要求的水量；2） 當旁通閥流量達到一臺冷凍水

4、泵的流量時， 說明有一臺水泵沒有發(fā)揮作用，這時 應停止一臺冷凍水泵的運行以滿足節(jié)能要求。因此，變流量系統(tǒng)適用于大面積的高層建筑空調全年運行的系統(tǒng)。一次泵系統(tǒng)，冷源側與負荷側共用一組冷凍水泵； 二次泵系統(tǒng)，冷源側與負 荷側分別配備冷凍水泵，冷源側循環(huán)泵僅提供克服蒸發(fā)器及周圍管件的阻力，負荷側加壓泵用于克服用戶支路及相應管路的阻力，利用兩組泵解決了冷水用戶要 求變流量與冷水機組蒸發(fā)器要求定流量的矛盾。目前變流量水系統(tǒng)主要有一次泵系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng)。一次泵系統(tǒng)由于用戶側 和冷水機組共用一組水泵，但是用戶側要求作變流量運行，而冷水機組又為定水 量運行，為解決二者運行時供水的矛盾，采用在供、回水總管間設有

5、旁通管。二 次泵系統(tǒng)用戶側和冷水機組分別有各自獨立運行的水泵， 用戶側的二級泵可根據(jù) 盤管對冷水的需求量，作變流量運行，滿足用戶側的冷量要求；冷水機組側設有 恒流量的一級泵，它一方面提供建筑物需求的冷凍水，另一方面保證通過冷水機 組的流量不變，使二次泵系統(tǒng)滿足用戶側變流量運行和冷水機組的定水量運行的 要求，為解決一、二次泵間存在流量的矛盾，供、回水總管間設有平衡管。在冷源系統(tǒng)中，熱量的傳遞過程如圖1-1所示。圖1-1熱量的傳遞過程典型的冷源系統(tǒng)一般包括一臺或多臺冷水機組、冷凍水循環(huán)泵、冷卻水循環(huán) 泵、冷卻塔及它們之間連接的管路。1、冷水機組冷機廠家：開利、特靈、約克冷機是空調冷源系統(tǒng)中最主要的

6、設備，其他一切相關受控設備都是為冷機服 務的、如何最佳的控制一臺或多臺冷機是一個冷機群控系統(tǒng)的關鍵，為此，必須深入了解冷機的工作原理。制冷的具體實現(xiàn)有許多方法，工程上常用的制冷方式 有壓縮式制冷、吸收式制冷、半導體制冷等制冷方法。每一種制冷方法都有其特 點，可根據(jù)使用的條件進行選擇。其中最常用的是壓縮式制冷，大約占到90%以上。1）壓縮式制冷機在壓縮式制冷機中，制冷劑蒸汽在壓縮機內被壓縮為高壓蒸汽后進入冷凝器， 制冷劑和冷卻水在冷凝器中進行熱交換， 制冷劑放熱后變?yōu)楦邏阂后w，通過熱力 膨脹閥后，液態(tài)制冷劑壓力急劇下降，變?yōu)榈蛪阂簯B(tài)制冷劑后進入蒸發(fā)器。 在蒸 發(fā)器中，低壓液態(tài)制冷劑通過與冷凍水的

7、熱交換而發(fā)生汽化，吸收冷凍水的熱量而成為低壓蒸汽，再經(jīng)過回氣管重新吸入壓縮機，開始新一輪制冷循環(huán)。循環(huán)過 程如圖1-2所示圖1-2冷機內部循環(huán)示意圖2）吸收式制冷機吸收式制冷與壓縮式制冷一樣，都是利用低壓制冷劑的蒸發(fā)吸收的汽化潛熱 進行制冷。兩者的區(qū)別是：壓縮式制冷以電為能源，而吸收式制冷則是以熱為能 源。在大型民用建筑的空調制冷中，吸收式制冷機組所采用的制冷劑通常是溴化 鋰水溶液，其中水為制冷劑，溴化鋰為吸收劑。雖然溴化鋰制冷機組的蒸發(fā)溫度 不可能低于0C,在這一點上，可以看出溴化鋰制冷的適用范圍不如壓縮式制冷， 但是在高層民用建筑的空調系統(tǒng)中，由于空調冷凍水要求的溫度通常為 5C -7C,

8、 因此還是比較容易滿足的。2、冷卻塔冷卻水進入冷水機組與制冷劑進行熱交換， 吸收制冷劑釋放的熱量后水溫升 高，然后通過冷卻水循環(huán)系統(tǒng)進入冷卻塔， 釋放熱量、 降溫后再循環(huán)進入制冷機 進行熱交換。高溫的冷卻回水（冷水機組出口、一般工藝設計為37C）被循環(huán)送至冷卻塔上部噴淋。 由于冷卻塔風扇的轉動， 使冷卻水在噴淋下落過程中， 不 斷與室外空氣發(fā)生熱交換而冷卻， 又重新送入冷水機組而完成冷卻水循環(huán)。 冷卻 塔是冷源系統(tǒng)的重要組成部分。制冷劑的溫度降的越低， 其對應的冷凝飽和壓力就越低， 離心壓縮機工作就 越有利，冷機 COP 值就越高。所以如何控制好冷卻塔，使其能正確工作，散熱 效率高，能耗少，是

9、需要仔細分析的。COP每KW電量所產生的制冷量，COP值越高表明冷機的效率越高。3、冷凍水泵與冷卻水循環(huán)泵冷凍水泵將從空調前端設備返回的冷凍水 （一般為12C）加壓送入冷凍機， 在冷凍機內進行熱交換、 釋放熱量、 降低溫度后離開冷凍機 （冷凍機出口冷水溫 度一般為7C）到達空調末端設備進行水/氣熱交換一一空氣（降溫）調節(jié)，再循 環(huán)返回冷凍機，實現(xiàn)冷凍水的循環(huán)制冷。冷卻水泵則實現(xiàn)冷卻水在冷水機組與冷卻塔之間的循環(huán)， 并通過冷卻塔系統(tǒng) 將冷凍機的冷卻水入水口和出水口的溫度控制在設定值 （一般冷凍機冷卻水入口 溫度設計為32C，出水口為37C）。在開啟冷機前應先運行冷凍泵， 因為如果冷機開機后， 冷

10、機泵還未運行， 即 冷凍水未流動， 這時在冷機蒸發(fā)器中的冷凍水會因被吸熱， 溫度驟降至零點而結 冰，就很有可能膨脹崩裂蒸發(fā)器中的銅管而導致冷機損壞。當然為了使冷凍水流動還必須開啟即將投運的這臺冷機的冷凍、 冷卻水電動 閥門，同時必須保持那些未運行冷機的冷凍、 冷卻水電動閥門關閉， 否則會造成 部分冷凍、冷卻水從未運行的冷機中流過，而起不到帶走冷量和熱量的作用。有個問題是冷凍泵和相關冷機的冷凍閥門的開啟先后順序， 是先開冷凍泵還 是先開閥門？大多數(shù)樓宇自控公司的控制流程是：這樣做的理由是：防止閥門未開啟而水泵運行導致打“悶泵”，損壞水泵；同時防止管道壓力升高，管路耐壓不夠，導致在管路連接處等產生

11、泄露現(xiàn)象。從冷機群控的角度看，先開閥門再開水泵的這種順序原理上是有問題的。 假 設空調負荷需求增大，需要再加載第二臺冷機，此時由于這臺冷機對應的閥門先 開了，原先流經(jīng)第一臺冷機的冷凍水會分流一部分流過第二臺冷機，但由于第二臺冷機對應的閥門還未全開，造成第二臺冷凍水泵還未啟動，故此時很有可能造 成第一臺冷機因冷凍水欠流量而保護跳機。 尤其是當要加載的第二臺冷機是大冷 機時，正運行的第一臺小冷機極有可能跳機。所以冷機群控中對泵和閥門的連鎖控制邏輯應是： 水泵和對應的閥門同時開 啟，這樣就兼顧避免了以上種種可能問題。 同樣，這個控制邏輯也是適合冷卻泵 及其冷卻閥門。4、旁通管冷源系統(tǒng)中有兩根旁通管：

12、冷凍水旁通（集水器和分水器之間）、冷卻水旁通（冷卻塔進出水總管之間）1）冷凍水旁通空調末端負荷的變化會導致冷凍水管路中水流量的變化， 但目前的大多數(shù)離 心式冷水機組要求進入冷機的冷凍水為定流量。為了解決這個矛盾，在冷凍水的供回水總管上一般設計有旁通管，在旁通管上安裝電動調節(jié)閥。當要求供空調末 端的冷凍水流量減少時，可開啟旁通電動水閥，使冷機出來的冷凍水一部分從旁 通管又回到了冷機進口。若果水閥開度越大，那么旁通的水量就越大，去空調末 端的冷凍水流量就越少。當空調末端負荷減小時，空調末端局部阻力加大，供末端的冷凍水流量將減 少，供回水管道之間的壓差會升高，開啟電動旁通閥后，由于部分水被旁通，故

13、供回水總管之間的壓差又會下降。 這樣就可以通過調節(jié)電動旁通閥的開度來確保 供回水總管之間的壓差維持在設定值。2）冷卻水旁通 為了保證冬季或過渡季從冷卻塔出來進入冷機的冷卻水溫度不至于過低 （低 于20C）,在冷卻塔進出水總管之間設有一旁通管。使從冷機出來的一部分冷卻 水不經(jīng)過冷卻塔冷卻而直接進入冷機。 在該旁通管上設置一電動調節(jié)閥， 用以調 節(jié)旁通流量。測量冷卻塔的總出水溫度，該溫度值與設定值（20C）進行比較，通過PID 算法去控制旁通閥的開度,使總出水溫度不低于設定值。二、冷機群控1、冷機群控的定義冷機群控的定義： 依據(jù)建筑物的空調負荷需求， 自動調節(jié)優(yōu)化控制多臺冷水 機組及其相關外圍設備

14、的運行。 系統(tǒng)采集和控制各類輸入輸出信號， 自動控制多 臺冷水機組的加卸載， 同時也連鎖控制相關的冷凍水泵、 冷卻水泵和冷卻塔等設 備。冷機群控系統(tǒng)中的監(jiān)控計算機為管理者提供圖形化的操作界面， 在操作界面 上可監(jiān)視這些設備的各種重要參數(shù)， 并通過對設備運行狀態(tài)的了解， 可設定或修 改各類運行參數(shù)，如設定冷機運行時間表、修改冷機的出水溫度控制值等。2、主要監(jiān)控內容 主要監(jiān)控內容包括冷水機組、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、冷卻塔、壓差旁通系統(tǒng)的監(jiān)控，由群控系統(tǒng)按預先編排的時間假日程序及室外溫濕度情況來控制冷 源系統(tǒng)的啟停和監(jiān)視，各設備的工作狀態(tài)如下：1）通過冷機自帶的通訊接口，全面實現(xiàn)冷水機組內部參數(shù)的

15、無縫讀取，并 能夠提供功能完善的冷水機組的遠程監(jiān)測、 設定、控制和保護 （冷水機組內部參 數(shù)包括：蒸發(fā)器出水溫度、蒸發(fā)器回水溫度、 冷凝器出水溫度、冷凝器回水溫度、 壓縮機電流比（RLA ）、蒸發(fā)器壓力、冷凝器壓力、蒸發(fā)器溫度、冷凝器溫度、 油溫、油壓、最大電流比設定、運行狀態(tài)、蒸發(fā)器水流開關、蒸發(fā)器水流開關、 啟?？刂疲?）冷凍水供、回水溫度、回水流量監(jiān)測；3）冷卻水供、回水溫度監(jiān)測；4）供、回水壓差測量及旁通閥控制；5）最不利端壓差監(jiān)測；6）冷卻水泵、冷凍水泵：啟?？刂疲檬謩?/自動開關狀態(tài)監(jiān)測，水泵運 行狀態(tài)監(jiān)測，水泵故障報警；7）冷凍水泵：變頻調節(jié)控制及頻率反饋；8）冷卻塔進水蝶

16、閥的開關控制及閥位狀態(tài)反饋；9）冷水機組冷凍側和冷卻側蝶閥的開關控制及閥位狀態(tài)反饋；10）冷卻塔風機啟?？刂?，風機手/自動狀態(tài)、運行狀態(tài)、故障狀態(tài)監(jiān)測。3、主要控制策略1）時序控制，冷源設備的開機順序：開冷水機組的冷卻水蝶閥和冷凍水蝶閥，啟動冷卻塔風機、冷卻水泵、冷凍水泵、冷水機組；關機順序相反；2）均等運行時間控制：群控系統(tǒng)對設備的運行時間有記錄功能，啟動設備時為確保設備平均使用，系統(tǒng)判斷使用時間數(shù)較少之設備會優(yōu)先使用，防止固定使用同一臺設備，使設備使用壽命縮短；3）加減機判斷控制開機/停機（加機/減機）最佳時刻計算：根據(jù)計算的負荷需求表，計算出加 機/減機的最佳時刻和開機數(shù)量。冷熱負荷Q的

17、計算：Q=C*M*（T1-T2）其中T1:冷凍水回水溫度，T2:冷凍水出水溫度，M :冷凍水回水流量，C:水 比熱。通過設備時間優(yōu)先控制，確定開機和加機的具體機組。初啟機時，啟動的冷機的數(shù)量和類型由對應開啟的區(qū)域疊加的冷負荷決定。 平穩(wěn)運行后，首先考慮通過協(xié)議通訊調整每臺冷水機組的輸出來滿足負荷變化要 求，每臺冷水機組在最佳效率一定范圍內運行， 如果動態(tài)調整運行冷水機組輸出 效率不能滿足要求，才使用加減機的方式。加機判斷：通過讀取機組內部參數(shù)一一電流負載百分比，當負載處于最高限 制負荷（95%可調），且持續(xù)一定時間（30min可調），判斷機組的冷凍水出水溫 度，若高于設定溫度值（7C可調），判

18、斷增加一臺冷凍機組。減機判斷：通過讀取機組內部參數(shù)一一電流負載百分比，當機組負載低于某 一設定值（40%60%可調），且持續(xù)一定時間（30min可調），判斷需減少一臺 冷凍機組。冷水機組的壓縮機電流比（RLA）是冷水機組的重要數(shù)據(jù)，表示冷水機組的 實際輸出冷負荷。一般工作在40%100%。小于40%時機組會喘震，達到或超過 100%表示機組正在滿負荷運行，長時間運行將會影響主機的使用壽命。所有加 減機的運算，應盡量使每臺冷水機組處運行在其最高效范圍內?？傮w流程如圖3-1：4、分系統(tǒng)控制流程1）冷凍水壓差控制在大樓水系統(tǒng)設計時，設計人員都會根據(jù)水循環(huán)的阻力計算配置水管的口徑、 水泵的揚程和供回水

19、的壓差。由于在空調機組控制中，在冷熱水盤管上加裝了控 溫的水閥，增加了水循環(huán)的阻力，所以設計時在分集水器上會設計一條旁通水管 以旁通末端設備減少的水流量，用于保證冷水機組的最小流量控制。 壓差旁通的 控制邏輯見圖3-2。圖3-2壓差旁通的控制流程圖2）冷卻水溫控制冷卻水溫直接影響冷凍機的運行效率，控制冷卻水溫主要通過檢測冷卻水回 水溫度，超溫啟動冷卻塔風機來實現(xiàn)的。冷卻塔開啟臺數(shù)控制目標是冷卻水出水 溫度，根據(jù)冷卻水總管的出水溫度，與出水溫度設定值比較，當出水溫度高于設 定值，持續(xù)5分鐘（可設定），開啟冷卻塔。每2 C設置一個梯度，逐臺開啟冷卻 塔風扇。冷卻塔的風扇采用輪流開啟、自動排序、自動投入方式。具體控制邏輯 如圖3-3所示。注：圖中是以冷卻泵二用一備，冷卻塔風機兩臺來進行說明的；加5分鐘延 時判斷水溫，