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第三章智能建筑的冷热源系统3.1制冷系统的监控原理3.1.1制冷系统的基本概念冷冻站监控系统的作用是通过对制冷机组、冷却水泵、冷却水塔、冷媒水循环泵台数的控制，在满足室内舒适度或工艺温湿度等参数的条件下，有效地、大幅度地降低冷源设备的能量消耗。3.1.2一次泵系统（1）压差控制当空调机组、风机盘管都采用电动两通阀的空调水系统时，用户侧属变流量系统，冷源侧需要定流量运行。因此，在供、回水管之间需加一旁通阀。当负荷流量发生变化时，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，一方面恒定压差，使压力工况稳定，同时也保证了冷源侧的定水量运行。图2-13一级泵压差控制原理图图2-13为一级泵压差控制原理图。控制元件由压差传感器、压差控制器PdA和旁通电动两通阀(简称“旁通阀”）V组成。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0pΔ；当末端负荷变小时后，末端的两通阀关小，供、回水压差pΔ将会提高而超过设定值，在压差控制器的作用下，旁通阀将自动打开，它的开度加大将使总供、回水压差减小直至达到0pΔ时，才停止继续开大。若冷媒水的旁通量超过了单台冷水循环泵流量时，则自动关闭一台冷水循环泵。对应的制冷机组、冷却泵及冷却塔也停止运行。压差传感器的两端接管应尽可能的靠近旁通阀两端并应设于水系统中压力较稳定的地点，以减少水流量的波动，提高控制的精确性。（2）制冷机的台数控制对于多台机组，其控制方法主要有操作指导控制、压差控制、恒定供回水压差的流量旁通控制法、回水温度控制与冷量控制。1）操作指导控制。这种控制方式根据实测冷负荷，一方面显示、记录实际冷负荷；另一方面由操作人员对数据进行分析、判断，实施制冷机运行台数控制及相应联动设备的控制。这是一种开环控制结构，其优点是结构简单、控制灵活，特别适合对于冷负荷变化规律尚不清楚和对大型制冷机的起、停要求严格的场合。其缺点是人工操作，控制过程慢、实时性差，节能效果受到限制。2）压差旁通阀位置控制。一级泵压差旁通流量控制如图2-14所示。旁通阀的流量为一台制冷机的流量，其限位开关用于指示10％～90％的开度。低负荷时起动一台制冷机，其相应的水泵同时运行，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，自动起动第二台水泵和相应的制冷机组(或发出警报信号，提示操作人员起动制冷机和水泵）；负荷继续增加，则进一步起动第三台制冷机。当负荷减小时，以相反的方向进行。3）恒定供回水压差的流量旁通控制法。恒定供回水压差的流量旁通控制法是在旁通管上再增设流量计，以旁通流量控制制冷机组和水泵的起停。例如，某冷冻站安装有三台机组，当由满负荷降至66．6％负荷时，停掉一组制冷机组和水泵；当由满负荷降至33．3％，停掉两组制冷机组和水泵负荷。控制如图2-7所示。图中FΔ为流量传感器，C为控制器。图2-14一级泵旁通流量控制4）回水温度控制。制冷机组的制冷量可以由下式计算21(mQqctt)=−（2.1）式中——回水流量，其值为（kg/s）；mqc——水的比热容，其值为4.1868kJ/kg；，——冷媒水供、回水温度（℃）。1t2t通常制冷机组的出水温度设定为7℃，在定流量系统中，不同的回水温度实际上反映了空调系统中不同的需冷量。一级泵温度控制如图2-15所示。它的控制原理是将回水温度传感器信号，送至温度控制器，控制器根据回水温度信号控制制冷机组及冷媒水泵的起停。图2-15一级泵温度控制法尽管从理论上来说回水温度可反映空调需冷量，但由于目前较好的水温传感器的精度大约在0.4℃，而冷媒水设计的回水温度大多为12℃，因此，回水温度控制的方式在控制精度上受到了温度传感器的约束，不可能很高。特别是只利用了回水温度，而没有考虑回水流量，故该方法没有跟踪实际空调负荷，但造价低。为了防止制冷机组起停过于频繁，采用此方式时，一般不能用自动起停机组而应采用自动监测与人工手动起停的方式。5）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媒水流量，按式(2.1）计算实际所需冷量，由此决定制冷机组的运行台数。采用这种控制方式，各传感器的设置位置是非常重要的。设置位置应保证回水流量。传感器测量的是用户侧来的总回水流量，不包括旁通流量；回水温度传感器应该是测量用户侧来的总回水温度，不应是回水与旁通水的混合温度。该方法是工程中常用的一种方法。mq2t当空调系统用户侧水系统为变流量系统，而冷源侧是定流量系统时，常见的冷站供、回干管的连接方式及测量组建系统如图2-16所示，有以下四种方案：1）方案1：在分水器与集水器之间连接压差旁通管，由分水器引出一条供水管(如果冷站设在地下室，则到楼上再行分支）。由用户侧回来的回水管接到集水器上。这种连接方法可以用一个流量变送器测量用户回水流量，且较容易满足流量变送器直管段的要求，可从安装条件保证测量精度和稳定性，可测性好。同时由于旁通管连接到集水器与分水器之间，对稳定地调节供回水压差有利。2）方案2：方案2与方案l不同的是在集水器安装两根回水管，故需采用两个供水流量变送器和两个回水温度传感器，按下式计算冷负荷Q21(mQqctt)=−（2.2）式中——总回水流量，；mq1mqqq=+2——回水当量温度，2t221122212qtqttqq+=+，，为回水管1、2对应的流量，分别有流量变送器FT1、FT2测量，，为回水管的1、2对应的回水温度，分别有温度变送器TE1、TE2测量。1q2q21t22t3）方案3：方案3的特点是压差旁通管连接在供、回水干管上。按这种连接方法，无论集水器连接多少个回水管，均可采用一台流量变送器和一支回水温度传感器测量，减少了硬件投资。但其压差调节的稳定性不如方案l和方案2好。图2-16冷量测量系统的组建方案a）方案一b）方案二c）方案三d）方案四4）方案4：方案4的回水流量计和回水温度传感器安装错误，TE2、FT测量的是混水温度和混水流量，而不是用户的回水温度和回水流量。在设计、施工中，一方面要求传感器的准确性与传感器的安装位置，另一方面还必须保证变送器的特殊安装条件。例如，流量变送器FT要求在其安装位置的前、后(按水流方向）有一定长度的直管段要求，一般要求前10DN、后5DN(DN为安装管直径），这是为了消除管道中流动的涡流，改善流速场的分布，提高测量精度和测量的稳定性。为了延长流量变送器的使用寿命，要求流量变送器安装在回水管路上，而避免安装在供水管上。在各种流量变送器中，电磁流量变送器系无阻流元件，阻力损失小、流场影响小，精度高，直管段要求低，是常用的一种流量变送器。3.1.3二次泵系统二级泵冷媒水系统监控的内容包括设备联锁、制冷机组台数控制和次级泵控制等。从二级泵系统的设计原理及控制要求来看，要保证其良好的节能效果，必须设置相应的自动控制系统才能实现。这也就是说，所有的控制都应是在自动检测各种运行参数的基础上进行的。二级泵冷媒水系统中，制冷机组、初级冷媒水泵、冷却泵、冷却塔及有关电动阀的电气联锁起停程序与一级泵系统完全相同。1．制冷机组台数控制图2-17所示为二级泵系统。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。次级泵用于克服用户支路及相应管道阻力。初级泵随制冷机组联锁起停，次级泵则根据用户侧需水量进行台数起停控制。当次级泵组总供水量与初级泵组总供水量有差异时，相差的部分从平衡管AB中流过(可以从A流到B，也可以B流向A），这样就可解决制冷机组与用户侧水量控制不同步的问题。用户侧供水量的调节通过二级泵的运行台数及压差旁通阀Vl来控制(压差旁通阀控制方式与一级泵系统相同）。因此，Vl阀的最大旁通量为一台次级泵的流量。在二级泵系统中，一般基于冷量控制原理控制制冷机台数，传感器的设置原则同一级泵。同样，也可以根据供、回水温度控制制冷机组台数。用户侧流量与制冷机蒸发流量的关系可通过温度、、和确定。2t3t4t5t1）当，＞时，通过蒸发器的流量大于用户侧流量，由于制冷机组的制冷量等于用户侧空调负荷，即35tt=2t4t0mqmq04323()(mmqttqtt)−=−（2.3）则可以得出用户侧的总流量与通过蒸发器水量的比值为mq0mq4302mmqttqt3t−=−（2.4）2）当＜，时，用户侧流量大于蒸发器侧流量，两者之比为3t5t2tt=42302mmqttqtt5−=−（2.5）图2-17二级泵冷媒水系统由此，可以通过这些温度的关系确定用户侧负荷情况，从而确定制冷机的运行台数。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三种。(1)次级泵台数控制，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，因此设有压差旁通电动阀。应注意，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A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。压差控制旁通阀的情况与一级泵系统相类似。1）压差控制。当系统需水量小于次级泵组运行的总水量时，为了保证次级泵的工作点基本不变，稳定用户环路，应在次级泵环路中设旁通电动阀，通过压差控制旁通水量。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泵。因此，压差控制次级泵台数时，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：压差旁通阀全关，压差仍低于设定值时，则起动一台泵。由于压差的波动较大，测量精度有限(5％～10％），很显然，采用压差控制次级泵时，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）流量控制。既然用户侧必须设有流量传感器F，因此，比较此流量测定值与每台次级泵设计流量即可方便地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，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，改变水泵电动机频率，控制水泵转速。(3）联合控制联合控制是针对定一变速泵系统而设的，空调水系统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，又要控制定速泵的运行台数，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，且其参数会随着定速泵台数起停时发生较大的变化。在变速过程中，如果无控制手段，在用户侧，供、回水压差的变化将破坏水路系统的水力平衡，甚至使得用户的电动阀不能正常工作。因此，变速泵控制时，不能采用流量为被控参数而必须用压力或压力差。还可以根据用户侧最不利端进回水压差来调整加压泵起动台数或通过变频器改变其转速。实际上冷媒水管网若分成许多支路，很难判断哪个是最不利支路。尤其当部分用户停止运行，系统流量分配在很大范围内变化时，实际最不利末端也会从一个支路变为另一个支路。这时可以将几个有可能是最不利末端的支路末端均安装压差传感器，实际运行时根据其最小者确定加压泵的工作方式。无论是变速控制还是台数控制，在系统初投入时，都应先手动起动一台次级泵(若有变速泵则应先起动变速泵），同时监控系统供电并自动投入工作状态。当实测冷量大于单台制冷机组的最小冷量要求时，则联锁起动一台制冷机组及相关设备。3.1.4一次泵变频系统在集中空调中，一次泵变流量水系统是指末端盘管使用电动二通调节阀，根据室温的变化调整其开度或状态，引起冷水系统流量的变化，从而引起系统分配环路的流量变化，形成供、回水干管之间的压力差变化，利用压差控制器调节旁通阀予以补偿，以保持通过冷水机组蒸发器的冷冻水流量不变。将一次泵变流量水系统中的水泵改为变频调速，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