机房群控策略详细说明

1、中央空调的冷源系统中央空调的冷源系统包括冷水机组、 冷冻水循环系统、 冷却水系统。 空调系 统的冷源通常为冷冻水。空调冷冻水由制冷机（也称冷水机组）提供。空调系统 中应用最广泛的制冷机有压缩式（活塞式、离心式、螺杆式、涡旋式）和吸收式 两种。制冷机的选择应根据建筑物用途、负荷大小和变化情况、制冷机的特性、 电源、热源和水源情况以及初次建设投资、运行费用、维护保养、环保和安全等 因素综合考虑。一、冷源系统的组成冷水系统可以设计成不同的类型， 按流量分为定流量系统和变流量系统， 按 水泵的设置方式分为一次泵系统和二次泵系统。定流量系统是指空调水系统中输配管路的流量保持不变， 空调房间的温度改 变依

2、靠进入末端设备的水流量、 改变房间送风量等手段进行控制。 为了保证每个 末端设备能控制其服务范围的温度参数， 需要采用电动三通阀来控制通过盘管的 水流量。定流量系统的控制比较简单，但系统存在如下缺点 :1）冷水机组总容量 及水泵总流量必须按照各末端冷量的最大值之和来计算， 否则会因为水量不足而 造成部分末端冷量不足。这样，会使设备安装容量过大导致能耗过高； 2）采用多 台冷水机组和相应的水泵联合运行时，其系统工作情况取决于水泵的运行方式， 水系统运行不节省能量。因此，定流量系统一般适用于间歇性使用建筑 （例如体育馆、展览馆、影剧 院、大会议厅等 ）的空调系统，以及空调面积小，只有一台冷水机组和

3、一台循环 水泵的系统。高层民用建筑尽可能少采用这种系统。变流量系统是指系统中供回水温差保持不变， 当末端负荷变化时， 通过改变 供水量来适应。 末端设备的流量随着二通调节阀的调节而改变， 使得供给用户的 输配管路的流量也在改变。 在二通调节阀的调节过程中， 管路性能曲线将发生变 化，因而系统用户负荷侧水量将发生变化。 这些变化， 将引起水泵和冷水机组的 水流量变化。为防止出现这些问题、保证冷水机组定水量要求，在供、回水总管 上设置压差旁通阀，其作用是： 1）在用户侧水流量变化时，自动根据压差控制 器的指令开大或关小，调节旁通量以保证末端设备及冷水机组要求的水量；2） 当旁通阀流量达到一台冷冻水

4、泵的流量时， 说明有一台水泵没有发挥作用，这时 应停止一台冷冻水泵的运行以满足节能要求。因此，变流量系统适用于大面积的高层建筑空调全年运行的系统。一次泵系统，冷源侧与负荷侧共用一组冷冻水泵； 二次泵系统，冷源侧与负 荷侧分别配备冷冻水泵，冷源侧循环泵仅提供克服蒸发器及周围管件的阻力，负荷侧加压泵用于克服用户支路及相应管路的阻力，利用两组泵解决了冷水用户要 求变流量与冷水机组蒸发器要求定流量的矛盾。目前变流量水系统主要有一次泵系统和二次泵系统。一次泵系统由于用户侧 和冷水机组共用一组水泵，但是用户侧要求作变流量运行，而冷水机组又为定水 量运行，为解决二者运行时供水的矛盾，采用在供、回水总管间设有

5、旁通管。二 次泵系统用户侧和冷水机组分别有各自独立运行的水泵， 用户侧的二级泵可根据 盘管对冷水的需求量，作变流量运行，满足用户侧的冷量要求；冷水机组侧设有 恒流量的一级泵，它一方面提供建筑物需求的冷冻水，另一方面保证通过冷水机 组的流量不变，使二次泵系统满足用户侧变流量运行和冷水机组的定水量运行的 要求，为解决一、二次泵间存在流量的矛盾，供、回水总管间设有平衡管。在冷源系统中，热量的传递过程如图1-1所示。图1-1热量的传递过程典型的冷源系统一般包括一台或多台冷水机组、冷冻水循环泵、冷却水循环 泵、冷却塔及它们之间连接的管路。1、冷水机组冷机厂家：开利、特灵、约克冷机是空调冷源系统中最主要的

6、设备，其他一切相关受控设备都是为冷机服 务的、如何最佳的控制一台或多台冷机是一个冷机群控系统的关键，为此，必须深入了解冷机的工作原理。制冷的具体实现有许多方法，工程上常用的制冷方式 有压缩式制冷、吸收式制冷、半导体制冷等制冷方法。每一种制冷方法都有其特 点，可根据使用的条件进行选择。其中最常用的是压缩式制冷，大约占到90%以上。1）压缩式制冷机在压缩式制冷机中，制冷剂蒸汽在压缩机内被压缩为高压蒸汽后进入冷凝器， 制冷剂和冷却水在冷凝器中进行热交换， 制冷剂放热后变为高压液体，通过热力 膨胀阀后，液态制冷剂压力急剧下降，变为低压液态制冷剂后进入蒸发器。 在蒸 发器中，低压液态制冷剂通过与冷冻水的

7、热交换而发生汽化，吸收冷冻水的热量而成为低压蒸汽，再经过回气管重新吸入压缩机，开始新一轮制冷循环。循环过 程如图1-2所示图1-2冷机内部循环示意图2）吸收式制冷机吸收式制冷与压缩式制冷一样，都是利用低压制冷剂的蒸发吸收的汽化潜热 进行制冷。两者的区别是：压缩式制冷以电为能源，而吸收式制冷则是以热为能 源。在大型民用建筑的空调制冷中，吸收式制冷机组所采用的制冷剂通常是溴化 锂水溶液，其中水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。虽然溴化锂制冷机组的蒸发温度 不可能低于0C,在这一点上，可以看出溴化锂制冷的适用范围不如压缩式制冷， 但是在高层民用建筑的空调系统中，由于空调冷冻水要求的温度通常为 5C -7C,

8、 因此还是比较容易满足的。2、冷却塔冷却水进入冷水机组与制冷剂进行热交换， 吸收制冷剂释放的热量后水温升 高，然后通过冷却水循环系统进入冷却塔， 释放热量、 降温后再循环进入制冷机 进行热交换。高温的冷却回水（冷水机组出口、一般工艺设计为37C）被循环送至冷却塔上部喷淋。 由于冷却塔风扇的转动， 使冷却水在喷淋下落过程中， 不 断与室外空气发生热交换而冷却， 又重新送入冷水机组而完成冷却水循环。 冷却 塔是冷源系统的重要组成部分。制冷剂的温度降的越低， 其对应的冷凝饱和压力就越低， 离心压缩机工作就 越有利，冷机 COP 值就越高。所以如何控制好冷却塔，使其能正确工作，散热 效率高，能耗少，是

9、需要仔细分析的。COP每KW电量所产生的制冷量，COP值越高表明冷机的效率越高。3、冷冻水泵与冷却水循环泵冷冻水泵将从空调前端设备返回的冷冻水 （一般为12C）加压送入冷冻机， 在冷冻机内进行热交换、 释放热量、 降低温度后离开冷冻机 （冷冻机出口冷水温 度一般为7C）到达空调末端设备进行水/气热交换一一空气（降温）调节，再循 环返回冷冻机，实现冷冻水的循环制冷。冷却水泵则实现冷却水在冷水机组与冷却塔之间的循环， 并通过冷却塔系统 将冷冻机的冷却水入水口和出水口的温度控制在设定值 （一般冷冻机冷却水入口 温度设计为32C，出水口为37C）。在开启冷机前应先运行冷冻泵， 因为如果冷机开机后， 冷

10、机泵还未运行， 即 冷冻水未流动， 这时在冷机蒸发器中的冷冻水会因被吸热， 温度骤降至零点而结 冰，就很有可能膨胀崩裂蒸发器中的铜管而导致冷机损坏。当然为了使冷冻水流动还必须开启即将投运的这台冷机的冷冻、 冷却水电动 阀门，同时必须保持那些未运行冷机的冷冻、 冷却水电动阀门关闭， 否则会造成 部分冷冻、冷却水从未运行的冷机中流过，而起不到带走冷量和热量的作用。有个问题是冷冻泵和相关冷机的冷冻阀门的开启先后顺序， 是先开冷冻泵还 是先开阀门？大多数楼宇自控公司的控制流程是：这样做的理由是：防止阀门未开启而水泵运行导致打“闷泵”，损坏水泵；同时防止管道压力升高，管路耐压不够，导致在管路连接处等产生

11、泄露现象。从冷机群控的角度看，先开阀门再开水泵的这种顺序原理上是有问题的。 假 设空调负荷需求增大，需要再加载第二台冷机，此时由于这台冷机对应的阀门先 开了，原先流经第一台冷机的冷冻水会分流一部分流过第二台冷机，但由于第二台冷机对应的阀门还未全开，造成第二台冷冻水泵还未启动，故此时很有可能造 成第一台冷机因冷冻水欠流量而保护跳机。 尤其是当要加载的第二台冷机是大冷 机时，正运行的第一台小冷机极有可能跳机。所以冷机群控中对泵和阀门的连锁控制逻辑应是： 水泵和对应的阀门同时开 启，这样就兼顾避免了以上种种可能问题。 同样，这个控制逻辑也是适合冷却泵 及其冷却阀门。4、旁通管冷源系统中有两根旁通管：

12、冷冻水旁通（集水器和分水器之间）、冷却水旁通（冷却塔进出水总管之间）1）冷冻水旁通空调末端负荷的变化会导致冷冻水管路中水流量的变化， 但目前的大多数离 心式冷水机组要求进入冷机的冷冻水为定流量。为了解决这个矛盾，在冷冻水的供回水总管上一般设计有旁通管，在旁通管上安装电动调节阀。当要求供空调末 端的冷冻水流量减少时，可开启旁通电动水阀，使冷机出来的冷冻水一部分从旁 通管又回到了冷机进口。若果水阀开度越大，那么旁通的水量就越大，去空调末 端的冷冻水流量就越少。当空调末端负荷减小时，空调末端局部阻力加大，供末端的冷冻水流量将减 少，供回水管道之间的压差会升高，开启电动旁通阀后，由于部分水被旁通，故

13、供回水总管之间的压差又会下降。 这样就可以通过调节电动旁通阀的开度来确保 供回水总管之间的压差维持在设定值。2）冷却水旁通 为了保证冬季或过渡季从冷却塔出来进入冷机的冷却水温度不至于过低 （低 于20C）,在冷却塔进出水总管之间设有一旁通管。使从冷机出来的一部分冷却 水不经过冷却塔冷却而直接进入冷机。 在该旁通管上设置一电动调节阀， 用以调 节旁通流量。测量冷却塔的总出水温度，该温度值与设定值（20C）进行比较，通过PID 算法去控制旁通阀的开度,使总出水温度不低于设定值。二、冷机群控1、冷机群控的定义冷机群控的定义： 依据建筑物的空调负荷需求， 自动调节优化控制多台冷水 机组及其相关外围设备

14、的运行。 系统采集和控制各类输入输出信号， 自动控制多 台冷水机组的加卸载， 同时也连锁控制相关的冷冻水泵、 冷却水泵和冷却塔等设 备。冷机群控系统中的监控计算机为管理者提供图形化的操作界面， 在操作界面 上可监视这些设备的各种重要参数， 并通过对设备运行状态的了解， 可设定或修 改各类运行参数，如设定冷机运行时间表、修改冷机的出水温度控制值等。2、主要监控内容 主要监控内容包括冷水机组、冷冻水系统、冷却水系统、冷却塔、压差旁通系统的监控，由群控系统按预先编排的时间假日程序及室外温湿度情况来控制冷 源系统的启停和监视，各设备的工作状态如下：1）通过冷机自带的通讯接口，全面实现冷水机组内部参数的

15、无缝读取，并 能够提供功能完善的冷水机组的远程监测、 设定、控制和保护 （冷水机组内部参 数包括：蒸发器出水温度、蒸发器回水温度、 冷凝器出水温度、冷凝器回水温度、 压缩机电流比（RLA ）、蒸发器压力、冷凝器压力、蒸发器温度、冷凝器温度、 油温、油压、最大电流比设定、运行状态、蒸发器水流开关、蒸发器水流开关、 启停控制）；2）冷冻水供、回水温度、回水流量监测；3）冷却水供、回水温度监测；4）供、回水压差测量及旁通阀控制；5）最不利端压差监测；6）冷却水泵、冷冻水泵：启停控制，水泵手动 /自动开关状态监测，水泵运 行状态监测，水泵故障报警；7）冷冻水泵：变频调节控制及频率反馈；8）冷却塔进水蝶

16、阀的开关控制及阀位状态反馈；9）冷水机组冷冻侧和冷却侧蝶阀的开关控制及阀位状态反馈；10）冷却塔风机启停控制，风机手/自动状态、运行状态、故障状态监测。3、主要控制策略1）时序控制，冷源设备的开机顺序：开冷水机组的冷却水蝶阀和冷冻水蝶阀，启动冷却塔风机、冷却水泵、冷冻水泵、冷水机组；关机顺序相反；2）均等运行时间控制：群控系统对设备的运行时间有记录功能，启动设备时为确保设备平均使用，系统判断使用时间数较少之设备会优先使用，防止固定使用同一台设备，使设备使用寿命缩短；3）加减机判断控制开机/停机（加机/减机）最佳时刻计算：根据计算的负荷需求表，计算出加 机/减机的最佳时刻和开机数量。冷热负荷Q的

17、计算：Q=C*M*（T1-T2）其中T1:冷冻水回水温度，T2:冷冻水出水温度，M :冷冻水回水流量，C:水 比热。通过设备时间优先控制，确定开机和加机的具体机组。初启机时，启动的冷机的数量和类型由对应开启的区域叠加的冷负荷决定。 平稳运行后，首先考虑通过协议通讯调整每台冷水机组的输出来满足负荷变化要 求，每台冷水机组在最佳效率一定范围内运行， 如果动态调整运行冷水机组输出 效率不能满足要求，才使用加减机的方式。加机判断：通过读取机组内部参数一一电流负载百分比，当负载处于最高限 制负荷（95%可调），且持续一定时间（30min可调），判断机组的冷冻水出水温 度，若高于设定温度值（7C可调），判

18、断增加一台冷冻机组。减机判断：通过读取机组内部参数一一电流负载百分比，当机组负载低于某 一设定值（40%60%可调），且持续一定时间（30min可调），判断需减少一台 冷冻机组。冷水机组的压缩机电流比（RLA）是冷水机组的重要数据，表示冷水机组的 实际输出冷负荷。一般工作在40%100%。小于40%时机组会喘震，达到或超过 100%表示机组正在满负荷运行，长时间运行将会影响主机的使用寿命。所有加 减机的运算，应尽量使每台冷水机组处运行在其最高效范围内。总体流程如图3-1：4、分系统控制流程1）冷冻水压差控制在大楼水系统设计时，设计人员都会根据水循环的阻力计算配置水管的口径、 水泵的扬程和供回水

19、的压差。由于在空调机组控制中，在冷热水盘管上加装了控 温的水阀，增加了水循环的阻力，所以设计时在分集水器上会设计一条旁通水管 以旁通末端设备减少的水流量，用于保证冷水机组的最小流量控制。 压差旁通的 控制逻辑见图3-2。图3-2压差旁通的控制流程图2）冷却水温控制冷却水温直接影响冷冻机的运行效率，控制冷却水温主要通过检测冷却水回 水温度，超温启动冷却塔风机来实现的。冷却塔开启台数控制目标是冷却水出水 温度，根据冷却水总管的出水温度，与出水温度设定值比较，当出水温度高于设 定值，持续5分钟（可设定），开启冷却塔。每2 C设置一个梯度，逐台开启冷却 塔风扇。冷却塔的风扇采用轮流开启、自动排序、自动投入方式。具体控制逻辑 如图3-3所示。注：图中是以冷却泵二用一备，冷却塔风机两台来进行说明的；加5分钟延 时判断水温，