冷冻站系统的监测和控制课件

5.2冷冻站系统的监测和控制中央空调水循环系统设备布置示意图

26/11/20231AI水感温度传感器旁通阀1AOor2DO4#水流开关1DI5#水流开关1DI冷却泵：将冷冻机运行发热后的水打进冷却塔1#冷却泵——1#冷冻机组2#冷却泵——2#冷冻机组3#冷却泵——备用水泵有：3DI：运行状态、故障状态、手/自动1DO：冷却塔水泵启停控制3#水流开关1DI2#水流开关1DI1#水流开关1DI电动蝶阀：控制冷却塔或者是冷冻机组的选择，如果对应的电动阀关闭，则对应的冷却塔或冷冻机关闭。注：阀门必须装在进水管上1DI：启停状态反馈（可选用）

1DO：启停控制冷却塔：冷却塔顶端有个风机，负责让塔内

水降温注：该风机有1AO：冷却塔风机变频控制

冷却塔有3DI：故障状态、运行状态

手/自动状态1DO：冷却塔启停控制

水流开关：判断是否有水流经过1#~3#水流开关判断冷却泵是否工作4#~5#水流开关为了保护冷冻机，保证

水流循环不间断1DI：水流开关状态冷却系统1#冷冻机2DI1DO2#冷冻机2DI1DO旁通阀：出水总管上的水感温度传感器，若测得温度>设定值（28℃），未达到预设要求，则关小旁通阀，使水流进入冷却塔制冷；若测得温度<设定值（28℃），已达

到预设要求，则开大旁通阀，使水流

回入冷冻机。注:旁通阀通常有2种控制模式：1.模拟量（AO）控制2.三态浮点（2个DO）冷冻机：2DI冷冻机运行状态、故障状态1DO冷冻机启停控制冷却塔1AO3DI1DO电动蝶阀1DI1DO电动蝶阀1DI1DO26/11/2023水流开关1DI水流开关1DI1#冷冻机2DI1DO2#冷冻机2DI1DO压差传感器1AI水流开关1DI水流开关1DI水流开关1DI水管温度传感器1AI压力传感器1AI水管温度传感器1AI旁通阀：起的是分压作用，保持系统

的水平衡，注:旁通阀通常有2种控制模式：1.模拟量（AO）控制2.三态浮点（2个DO）流量计IAI冷冻水系统水流开关：判断是否有水流经过,判断水泵

是否工作注意：

1DI：水流开关状态冷冻泵：是将冷冻机组中的水打入分水器1#冷冻泵——1#冷冻机组2#冷冻泵——2#冷冻机组3#冷冻泵——备用水泵有：3DI：运行状态、故障状态、

手/自动状态1DO：冷却塔水泵启停控制电动蝶阀：选择使用哪台冷冻机组注：1DI：启停状态反馈（可选用）

1DO：启停控制压差传感器:测量压差（AI），水系统压差基本在1.2KG，若压差>1.2KG时，

则打开旁通阀，使系统达到

水平衡。压力传感器、水管温度传感器：（AI）监测的作用流量计：（1AI）测量流量的大小，从而计算

冷冻机的功耗

冷冻机：2DI冷冻机运行状态

冷冻机故障状态1DO冷冻机启停控制旁通阀1AOor2DO电动蝶阀1DI1DO电动蝶阀1DI1DO26/11/2023空调水系统动画示意图26/11/2023中央空调水循环系统设备示意图

26/11/2023冷冻站监控系统作用:通过对冷水机组、冷却水泵、冷却水塔及风机、冷冻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，并且保护设备安全运行。26/11/20235.2.1冷冻站的监控内容监控设备包括：冷水机组、冷却水循环泵、冷冻水循环泵、冷却塔风机、自动补水泵、电动调节阀等。（1）设备启停的连锁控制：根据事先排定的工作时间表，定时启停冷水机组及相关设备。小知识:空调冷冻水供回水温度为7/12oC，冷却水出回水温度为32/37oC26/11/2023（2）冷却水系统的控制：测量冷却水供、回水温度，以冷却水供水温度控制冷却塔的开启台数和冷却塔风机的启停数量，维持冷却水回水温度，使制冷机组能在更高效率下运行。（3）冷冻水系统的控制：监测冷冻水总供回水温度、压差、流量等参数，以调节旁通阀门开度或水泵转速，保证末端水流控制能在压差稳定情况下正常运行，并控制制冷机组的运行台数。

（4）补水泵的控制：根据膨胀水箱的液位或管道压力，自动启停补水泵；26/11/2023（5）中央站彩色动态图形显示、记录各种参数、状态、报警，记录累计运行时间及其他的历史数据等。（6）水泵保护控制：在每台水泵的出水端管道上安装水流开关，水泵启动后，水流开关检测水流状态，如故障则自动停机，备用泵自动投入运行。小知识：水流开关作用用时间继电器延时来控制水泵启动，会引起启动制冷机组的误动作。在冷冻水、冷却水出水口总管上装设水流开关，当水泵启动后水流速度达到一定值后，输出节点闭合，作为制冷机启动控制的一个外部保护联锁条件。26/11/2023水流开关连锁控制示意图26/11/20235.2.2空调闭式冷冻水系统的控制1基本概念（1）闭式冷冻水系统：系统内的冷冻水（除膨胀水箱外）基本不与空气相接触，对管路、设备的腐蚀性较小；水容量比开式系统小；系统中水泵只需克服系统的流动阻力。（2）空调冷冻水监测与控制系统的核心任务是:1）保证冷水机蒸发器通过足够的水量防止其冻坏；2）向用户提供足够的冷冻水量；3）尽可能减少循环水泵电耗。26/11/2023（3）空调闭式冷冻水系统分类：按水系统的循环水量是否变化分为：1）定流量系统：循环水流量保持定值。定流量系统总的冷冻水流量不变，末端盘管采用三通阀调节（温度不合适则旁路掉一部分水量），水泵大部分时间满负荷运行，效率低，耗能严重。2）变流量系统：供、回水温度保持不变，负荷变化时，可通过改变供水量进行温度调节。变流量系统末端盘管采用二通阀调节，依据室内温度值控制二通阀门的开度，改变用户的水流量，达到变流量的目的。注意：冷水机组蒸发器水流量变小会影响机组的性能，而且有结冰的危险，因此制冷机组循环水要采用定流量运行。26/11/2023单级泵定流量水系统示意图单级泵变流量水系统示意图26/11/2023根据循环泵的设置分为：（1）单级泵（一级泵，一次泵）（2）复式泵（二级泵，二次泵）小知识:《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019—2003）第6.4.4条对二次泵系统的选用条件作出了规定“中小型工程宜采用一次泵系统，系统较大、阻力较高且各环路负荷特性或阻力相差悬殊时，宜在空气调节水的冷热源侧和负荷侧分别设一次泵和二次泵。26/11/20232.一级泵冷冻水系统的控制一级泵水系统特点：1）优点：只用一组循环水泵，系统简单、初投资省2）缺点：为了保证冷水机组的流量恒定，不能在用户负荷减少时，通过降低水流量来降低能耗。26/11/2023（1）一级泵系统压差控制法1）控制系统组成：控制元件由压差传感器pdT、压差控制器和旁通电动两通阀V组成。2）压差控制的基本原理一级泵系统要保证负荷侧变流量运行，冷源侧定流量运行。在供、回水管之间加一个电动旁通阀。用户侧负荷变化时，供、回水干管间压差发生变化，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，同时也保证了冷源侧是定水量。26/11/20233）压差控制器工作原理：系统设定值：用户设备满负荷运行，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；用户负荷减小时，压差提高而超过设定值，压差控制器控制电动旁通阀增大开度，使总供、回水压差减小至设定值。关泵条件：当旁通水流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。小知识：压差传感器的两端接管应靠近旁通阀两端，并设于压力较稳定的地点，以减少水流量的波动，提高控制的精确性。26/11/2023（2）制冷机组的运行台数控制

1）操作指导控制2）压差旁通阀位置控制3）恒定供回水压差的流量旁通控制法4）回水温度控制5）冷量控制。

26/11/20231）操作指导控制控制过程：由操作人员根据实测冷负荷，对数据进行分析、判断，控制冷冻机运行台数及相应联动设备的启停。特点：开环控制结构优点是结构简单、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冷机的起、停要求严格的场合。缺点是人工操作，控制过程慢、实时性差，节能效果受到限制。26/11/20232）压差旁通阀位置控制旁通阀的流量为一台冷水机组的流量。在旁通阀开度的10%和90%各设置一个限位开关。控制原理：负荷减少，压差增大，旁通阀趋向打开，达到90%开度时，关闭一台冷水机组，其相应的水泵同时关闭。负荷增加，压差降低，旁通阀趋向关闭。降到10%开度时，自动启动一台水泵和相应的冷水机组。26/11/20233）恒定供回水压差的流量旁通控制法控制原理：在旁通管上再增设流量计，以旁通流量控制冷水机组和水泵的启停。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（旁通阀全开），停掉一组冷水机组和水泵；当由满负荷降至33.3%（旁通阀全开），停掉两组冷水机组和水泵负荷。一级泵旁通流量控制如图所示。26/11/2023图中：VFD变频器例子附图，点击运行flash26/11/20234）回水温度控制控制原理：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冷水机组及冷冻水泵的起停。注意：回水温度控制法受水温传感器自身的精度影响，控制精度不可能很高。该方法仅利用了回水温度，而没有考虑回水流量，故没有跟踪实际空调负荷，但造价低。存在冷水机组起停过于频繁问题，起停机组而应采用自动监测与人工手动起停的方式。用于舒适性空调，节能效果不好。

26/11/2023一级泵温度控制法示意图26/11/20235）冷量控制控制原理：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，按下式计算实际所需冷量，由此决定冷水机组的运行台数。式中:qm—回水流量，㎏/s；c—水的比热，4.1868kJ/㎏；t1，t2—冷冻水供、回水温度℃。注意：这种控制方式要采用计算机控制系统；回水温度传感器应该是测量负荷侧来的总回水温度，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。26/11/2023小知识：流量传感器的安装要求例如：IFM4080（F）电磁流量计，当精度为0.3级时，要求前10DN，后2DN；如果要求测量精度低于0.3级，则可放宽到前5DN，后2DN的要求。当测量系统不满足测量条件时，轻者测量误差大，重者读数无意义。26/11/20235.2.3二级泵冷冻水系统的监控二级泵水系统适用于大型建筑物（或建筑群）和各空调分区的供水作用半径相差悬殊的场合（1）二级泵系统监控的内容包括：初级泵及冷水机组台数控制；次级泵控制。（2）二级泵系统中，冷水机组、初级冷冻水泵、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。26/11/2023小知识：（1）初级泵克服蒸发器及周围管件的阻力。（2）次级泵克服用户回路及相应管道阻力。（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或采用变速泵和定速泵相结合的运行方式。26/11/20231.初级泵及冷水机组台数控制一般采用冷量控制法控制冷冻机台数传感器的设置和控制方法同一级泵。二级泵变水量系统示意图26/11/20232.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。控制方法同初级泵的控制方法。26/11/2023（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，改变水泵电机工作频率，控制水泵转速。26/11/2023（3）联合控制联合控制是针对定-变速泵系统而设的。空调水系统中是采用一台变速泵与多台定速泵组合，其被控参数管道压差或压力。联合控制，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。任何时候变速泵都应保持运行状态。26/11/20235.2.4冷却水系统的监测控制1.监控系统的作用:1）保证冷却塔风机、冷却水泵安全运行；2）确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水通过；3）