第六章 冷热源及水系统的监控.ppt

1、,第6章 冷热源 与空调水系统的控制调节,空调系统的组成,主要内容： 制冷机的冷量调节与台数启停控制 冷冻水系统 定流量系统 变流量系统 冷却水系统与冷却塔的控制调节,冷热源系统组成 冷水机组自动控制的任务： 1. 适时控制基本设备的输出量，使其与负荷变化相匹配，保证被控制参数（如温度、湿度、压力、流量等）达到给定值； 2.保证制冷装置安全运行。,6.1冷热源系统的基本启停操作与保护,6.1.1水冷冷水机组安全运行的必要条件 蒸发器、冷凝器水侧：保证足够的流速 原因：流速低、换热不良、制冷效率下降，也可能造成制冷机局部冻结，造成事故 措施：设置流速开关,6.1冷热源系统的基本启停操作与保护,空

2、调水输配系统控制的任务,1. 根据房间负荷变化，及时准确地提供相应的冷量或热量。 2. 尽可能让冷热源设备和冷冻水泵，冷却水泵在高效率下工作，最大限度地节省动力能源。,.201,6.1.2机电设备的开停机顺序控制,开机顺序： 1.冷冻水、冷却水及冷却塔进出水管处的电动阀打开。 2.启动冷冻水泵、冷却水泵，冷却塔风机 3.经水流开关确认水流动后启动冷水机组 停机顺序： 1.首先停止冷水机组 2.延迟一定时间后，停止水泵，冷却塔风机。 3.所对应的电动水阀关闭。 总结：当所有的附属设备及附件都正常运行工作之后，冷水机组才能起动； 而停车时的顺序则相反，应是冷水机组优先停车。,6.1冷热源系统的基本

3、启停操作与保护,冷水机组顺序控制步骤,目的：设备容量与变化负荷相匹配，延长机组寿命 基本原则：满足使用要求的前提下，尽可能提高供水温度，提高机组的COP值，同时减少系统的冷量损失，实现系统的经济运行。 要求各机组设备的运行累积小时数及启动次数尽可能相同 控制策略：启动系统时，优先启动累计运行小时数最少的设备。 特殊要求： 某台冷水机组是专为低负荷节能运行而设置。,6.1.3制冷机的冷量调节和台数启停控制,1）回水温度控制 适用系统：冷水机组定出水温度的空调水系统。 控制原理： 通常冷水机组出水温度设定为7，则不同的回水温度实际上反映了空调系统中不同的需冷量。 存在问题：控制精度不高 思考：温度

4、传感器位置？,6.1.3制冷机的冷量调节和台数启停控制,控制精度的问题： 当系统采用一台冷水机组时，供水温度7，供回水温差5，额定负荷下回水温度12。 假定温度传感器精度0.3，则回水温度测量显示范围12.36.7。 控制误差： Q=CM(12-7)=5CM 最大误差：供水温度负误差：6.7 回水温度正误差：12.3 实际冷量： Q=CM(12.3 - 6.7 )=5.6CM （5.6CM-5CM）/5CM=0.12,6.1.3制冷机的冷量调节和台数启停控制,若系统中有2台冷水机组，供水温度7，额定负荷Q=CM(12-7)=5CM，单机冷量0.5Q=2.5CM 从一台冷水机组转为2台运行的边界

5、条件为：回水温度为9.5，此刻实际回水温度9.29.8摄氏度， 低限：Q1=CM(9.2 - 7 )=2.2CM 实际需冷量占总冷量比值：2.2/5=44%，单机冷量：2.2/2.5=88% 高限：Q1=CM(9.8- 7 )=2.8CM 实际：2.8/5=56%，单机冷量2.8/2.5=112%,6.1.3制冷机的冷量调节和台数启停控制,可知： 低限时，实际负荷只有总负荷的88%，若投入2台，则每台负荷只有单机容量的44%，低效率运行，耗能。 高限时： 已运行机组的负荷率已经达到单机容量负荷112%，处于超负荷工作状态，说明，转换时间过晚。,进一步，若存在3台冷水机组，供水温度7，额定负荷Q

6、=CM(12-7)=5CM，单机冷量0.33Q=1.67CM 从一台冷水机组转为2台运行的边界条件为：回水温度为8.7。从2台到3台：10.3 当测到8.7，实际回水温度8.49.0， 低限：Q1=CM(8.4 - 7 )=1.4CM 实际需冷量占总冷量比值：1.4/5=28% 单机冷量：1.4/1.67=83.8% ，此刻若开两台，单台工作输出冷量83.8%/2=42% 高限：Q1=CM(9- 7 )=2CM 实际：2/5=40%，单机冷量2/1.67=120%,6.1.3制冷机的冷量调节和台数启停控制,同理，测量回水温度为10.3时，实际1010.6 。 总冷量可能的范围： 低限：（10-

7、7）/5=60% 高限：（ 10.6-7 ）=72% 相当于单机负荷 3/(2x1.67)=89.8% 3.6/(2x1.67)=108%,结论： 采用回水温度法控制冷水机组运行台数时，冷水机组选用台数越多，实际运行台数越少时，由于传感器精度带来的误差越严重。 采用回水温度法控制冷水机组运行台数，要求系统内冷水机组台数不超过2台。,2）冷量控制法 控制原理： 根据供回水温度和流量，计算出实际空调冷负荷，控制冷水机组投入台数及相应的循环水泵投入台数。,6.1.3制冷机的冷量调节和台数启停控制,假定电磁流量计测量精度大约为1%，温度传感器精度0.3 （1）传感器设于用户侧时，实际冷量Q=2.5Q0

8、 最大可能冷量 QMAX=0.5W0X(1+1%)X(12+0.3)-(7-0.3)=2.828W0 最小可能冷量 QMIN=0.5W0X(1-1%)X(12-0.3)-(7+0.3)=2.178W0,（2）传感器设于冷源侧时，实际冷量Q=0.5Q0时最大可能冷量 QMAX=W0X(1+1%)X(9.5+0.3)-(7-0.3)=3.131W0 最小可能冷量 QMIN=W0X(1-1%)X(9.5-0.3)-(7+0.3)=1.881W0 思考：传感器位置对控制精度的影响。,6.2冷机运行最佳方案的确定,1.冷冻水设定温度固定时 若单台主机最大制冷量qmax，运行台数为N。 分析： 1. 当Q

9、 qmax N时，说明主机有余力，此时主机提供的制冷量与用户实际需求的制冷量相等。 2.当Q=qmax N时，说明所有正在运行的主机满负荷工作，可能满足用户侧需求，也可能不满足用户侧需求。需进一步通过冷冻水出水温度测量值和设定值的差值判断。若一段时间内（可取1520min）出水温度总是高于温度设定值，说明制冷量不满足用户需求，需要增开一台主机。,6.2冷机运行最佳方案的确定,台数控制规则： 1.若Qqmax（N-1）,关闭一台制冷机及相应循环水泵。 2.Q0.95qmaxN，且冷冻水出水温度在t时间内高于设定值，则开启一台主机及相应循环泵。 3. 若qmax（N-1）Q 0.95qmaxN，则

10、保持现有状态。,说明： qmax并非固值，与冷却水冷冻水水温和流量有关，实际运行中，变化最大的是冷却水温度，所以主要影响因素冷却水温度。 需要获得不同冷却水水温下，制冷机制冷量的变化曲线，这样可在程序设计时， qmax反映随外界参数的变化。,冷冻水温度的再设定,机组运行时，希望降低冷却水温度而提高冷冻水温度。 蒸发温度提高，可提高制冷机COP值，但降低了除湿能力。 工程简化法 根据室外气温分阶段设定制冷机出水温度。,2）当室外露点温度1417时，系统主要湿负荷为室内产湿。控制湿度需要供水温度79，回水1214，空气水换热器表面具备除湿能力，可满足室内湿度要求。,6.3空调冷冻水系统的控制 核心

11、任务: 1）保证冷冻机蒸发器通过足够的水量以使蒸发器正常工作，防止制冷效率下降或者冻坏； （安全） 2）向冷冻水用户提供足够的水量以满足使用要求；当用户负荷减少时，自动调整供冷量，减少供给用户的冷冻水量。（调节） 3）在满足使用要求的前提下尽可能减少循环水泵电耗。（节能）,空调冷冻水分类： 定流量系统和变流量系统 1. 定流量一级泵系统： 蒸发器侧定流量，用户侧（进入末端设备和旁通水量之和）定流量 2. 变流量一级泵系统：蒸发器侧定流量，用户侧变流量 3. 定流量二级泵系统：蒸发器侧定流量，用户侧变流量 4. 变流量二级泵系统：蒸发器侧变流量，用户侧变流量,定流量一次泵系统,定（变）流量一次泵

12、系统,定流量一次泵系统冷源侧机组与水泵连接方式,定流量一次泵系统冷源侧水泵与机组连接方式,一次泵系统冷源侧水泵与机组连接方式,定流量一级泵冷冻水系统的控制方法,定（变）流量一级泵冷冻水系统的控制方法,定（变）流量一次泵系统的控制 a系统形式： 在末端设备出口设置电动两通阀对冷水流量进行调节控制, 还在冷水的供水总管和回水总管上设置一根旁通管来平衡蒸发器侧与用户侧的流量。 b控制系统： 由压差传感器和 旁通电动两通阀组成。,定（变）流量一次泵系统的控制,c压差控制的基本原理 当负荷变化引起流量变化时，供、回水干管间压差将发生变化，通过压差信号调节旁通阀开度，改变旁通水量，恒定压差，保证了冷源侧定

13、水量。旁通阀流量最大为单台机组的流量。 在系统处于设计状况下，所有的设备满负荷运行，压差旁通阀开度为零，压差传感器两端接口处的压差为控制器的设定值； 当末端负荷变小后，末端的两通阀关小，供、回水压差 将会提高而超过设定值，旁通阀将打开，它的开度加大将使总供、回水压差减小直至达到设定值时，才停止继续开大。当旁通阀开度最小，但压差仍然超过设定值，则关闭一台水泵，关闭相应的冷水机组。,（2）台数控制 1）压差旁通阀的阀位控制法 2）恒定供回水压差的流量旁通控制法 3）回水温度控制 4）冷量控制,1）压差旁通阀阀位控制 旁通阀的流量为一台冷水机组的流量 低负荷时启动一台冷水机组，其相应的水泵同时运行，

14、旁通阀在某一调节位置。 负荷增加时，调节旁通阀趋向关的位置，当达到一定负荷时，限位开关闭合，自动启动第二台水泵和相应的冷水机组（或发出警报信号，提示操作人员启动冷水机组和水泵）； 负荷继续增加，则进一步启动第三台冷水机组。当负荷减小时，以相反的方向进行。,一级泵压差旁通控制图,2）恒定供回水压差的流量旁通控制法。 在旁通管上增设流量计，以旁通流量控制冷水机组和水泵的启停。 一级泵旁通流量控制如图所示。图中 为流量传感器， 为控制器。,3）回水温度控制。 通常冷水机组的出水温度设定为7，在定流量系统中，则不同的回水温度实际上反映了空调系统中不同的需冷量。 它的控制原理是将回水温度传感器信号，送至

15、温度控制器，控制器根据回水温度信号控制冷水机组及冷冻水泵的起停。,4）冷量控制 冷量控制的原理是通过测量用户侧的供回水温度及冷冻水流量，计算实际所需冷量，由此决定冷水机组的运行台数。,一次泵变流量系统： 目前有些冷水机组蒸发器侧可以实现变流量 控制, 因此就可以直接根据用户侧的流量变化来调节蒸发器侧的流量变化。,二次泵系统,定流量二级泵冷冻水系统的控制,变流量二级泵系统的控制,（1）初级泵克服蒸发器及周围管件的阻力，至旁通管A、B间的压差就应几乎为0，这样即使有旁通管，当用户流量与通过蒸发器的流量一致时,旁通管内亦无流量。 （2）次级泵用于克服用户支路及相应管道阻力。当次级泵组总供水量与初级泵

16、组总供水量有差异时，相差的部分从平衡管AB中流过。 （3）初级泵随冷水机组联锁起停，次级泵则根据用户侧需水量进行台数启停控制。 （4）用户侧供水量的调节通过二次泵的运行台数及压差旁通阀V1来控制。当负荷侧负荷减少时，末端阀门关小，压差增大，旁通阀V1阀门开度增大，通过次级泵多余的流量通过旁通阀回到次级泵入口。,变流量二级泵系统控制,1.冷水机组台数控制 （1）基于冷量控制原理控制冷冻机台数。,2.次级泵控制 次级泵控制可分为台数控制、变速控制和联合控制3种。 （1）次级泵台数控制 （两种方法） 当系统需水量小于次级泵组运行的总水量时，为保证次级泵工作点基本不变，稳定用户环路，应在次级泵环路中设

17、旁通电动阀。 采用这种方式时，次级泵全部为定速泵，同时还应对压差进行控制。 注意：压差旁通阀旁通的水量是次级泵组总供水量与用户侧需水量的差值；而连通管AB的水量是初级泵组与次级泵组供水量的差值。这两者是不一样的。,1）压差（阀位）控制 当旁通阀全开而供、回水压差继续升高时，则应停止一台次级泵运行。 当系统需水量大于运行的次级泵组总水量时，反映出的结果是旁通阀全关且压差继续下降，这时应增加一台次级来投入运行。,压差控制次级系台数时，转换边界条件如下： 停泵过程：压差旁通阀全开，压差仍超过设定值时，则停一台泵； 起泵过程：压基旁通阀全关，压差仍低于设定值时，则起动一台泵。 由于压差的波动较大，测量

18、精度有限（5%10%），采用这种方式控制次级泵时，精度受到一定的限制，且由于必须了解两个以上的条件参数（旁通阀的开、闭情况及压差值），因而使控制变得较为复杂。,2）压差（流量）控制 用户侧设流量传感器F，根据此流量测定值并与每台次级泵设计流量进行比较，即可得出需要运行的次级泵台数。 由于流量测量的精度较高，因此这一控制是更为精确的方法。此时旁通阀仍然需要，但它只是作为输水量旁通用而并不参与次级泵台数控制。,（2）变速控制 变速控制是针对次级泵为全变速泵而设置的，其被控参数既可是次级泵出口压力又可是供、回水管的压差。 通过测量被控参数并与给定值相比较改变水泵电机频率，控制水泵转速。,（3）联合控

19、制 联合控制是针对定-变速泵系统而设的，通常，这时空调水系统中是采用一台变速泵与多台定速泵组合，其被控参数既可是压差也可以是压力。 这种控制方式，既要控制变速泵转速，又要控制定速系的运行台数，因此相对来说此方式比上述两种更为复杂。 同时，从控制和节能要求来看，任何时候变速泵都应保持运行状态,最小阻力控制和定末端压差控制、定扬程控制的比较,压差传感器位置对能耗的影响,定压差控制和变压差控制节能比较,6.4冷却水系统的监测控制,冷却水循环管路,6.4冷却水系统的监测控制 6.4.1监控系统的作用: 1）确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水通过； 2）根据室外气候情况及冷负荷，调整冷却水运行工况，使冷却

20、水温度在要求的设定温度范围内。 （一般蒸气压缩式制冷机组的冷却水进水温度要求不宜低于15.5，吸收式制冷机组冷却水进水温度要求不低于24） 3)根据冷水机组运行台数，自动调整冷却水泵和冷却塔的运行台数，最大限度节省输送能耗。 4）制冷机组允许情况下，尽量降低冷却水温度 过渡季节和冬季，可以用冷却塔供冷。,6.4.2冷却水系统连接方式 多台冷水机组并联运行时，通常冷却水泵、冷却塔及冷水机组采用一一对应的运行方式。 冷却水泵与冷水机组的两种连接方式 （ 1 ） 一一对应连接 （ 2 ）通过总管后连接,冷却水系统的形式,冷却水泵与冷水机组串联,冷却水泵与冷水机组独立并联后再串联,6.4.3冷却水系统

21、的控制调节 冷却水回水温度是整个冷却水系统最主要的测量参数 （1）设备运行台数不变，但各设备均在部分负荷运行。 判断冷却水进水温度是否低于规定的温度下限。若低于，应采取以下措施 1）通过回水温度控制冷却塔风机的运行台数或转速 2）在冷却水、供水水总管上设置旁通电动阀，通过总回水温度调节旁通量，保证冷却水进水温度不低于下限 （在冷却塔运行台数剩一台时用） （2）设备运行台数变化 冷冻机停机，对应地冷却水泵、冷却塔停机对应的电动阀关闭,1）通过回水温度控制冷却塔风机的运行台数或转速,2）总回水温度调节旁通量,混水电动阀是另一种对冷却水温度进行调节的装置。 当夜间或春秋季室外气温低，冷却水温度低于冷冻机要求的最低温度时，为了防止冷凝压力过低，打开混水阀，使一部分从冷凝器出来的水与从冷却塔回来的水混合，以调整进入冷凝器的水温。 当能够通过启停冷却塔台数、改变冷却塔风机转速等措施调整冷却水温度时，应尽量优先采用这些措施。用混水阀调整只能是最终