冷热源系统的控制调节课件

1、6 冷热源系统的控制调节,6.1 空调水泵的变频控制,6.1.1 水泵变频控制原理,转子转速，r/min；,换算系数；,电源频率，Hz；,定子与转子之间的转差率；,电动机绕组的极对数。,水泵相似定律,流量：,扬程：,功率：,6.1 空调水泵的变频控制,(1) 定压差控制：控制供回水干管压差恒定。,6.1.2 控制方法及其节能效果,(2) 定末端压差控制：控制末端环路压差恒定。,(3) 最小阻力控制：使调节阀中至少有一个处于全开,(4) 温差控制：控制供回水干管温差恒定。,1）控制方法,定压差控制,定末端压差控制,最小阻力控制,温差控制,6.1 空调水泵的变频控制,6.1.2 控制方法及其节能效

2、果,2）节能效果,变频控制方法比较,6.1 空调水泵的变频控制,6.1.3 控制方法的可行性对比,定压差控制： 优点： 测量目标明确，扬程设定值几乎与水泵选型无关，传感器的选型、安装和检修非常方便。 缺点 节能效果不理想。,压差控制水泵变转速原理图,6.1 空调水泵的变频控制,6.1.3 控制方法的可行性对比,最小阻力控制： 优点： 测量目标明确，扬程设定值几乎与水泵选型无关，传感器的选型、安装和检修非常方便。 缺点 控制网络系统较复杂，初投资。比较高,温差控制水泵变转速原理图,空调水系统监控,水系统,冷冻水系统,冷却水系统,热水系统,冷冻水系统监控,冷冻水系统由冷冻水循环泵通过管道系统连接冷

3、冻机蒸发器及用户各种用冷水设备（如空调机和风机盘管）而组成 。,它监测与控制任务的核心是： -保证冷冻机蒸发器通过足够的水量以使蒸发器正常工作，防止冻坏； -向冷冻水用户提供足够的水量以满足使用要求； -在满足使用要求的前提下尽可能减少循环水泵电耗。,1）冷冻水系统监控功能,水流状态显示； 水泵过载报警； 水泵启停控制及运行状态显示。,2）冷冻水系统监控功能描述,水流监测 冷冻水泵启动后，通过水流开关 FS（1 路 DI信号）监测水流状态，当流量太小甚至断流时，发出报警信号并自动停止相应制冷机运行。 冷冻水泵启停、运行状态显示及过载报警 冷冻水泵与制冷系统设备连锁控制启停。关于连锁关系在制冷系

4、统监控部分有详细描述，这里不再赘述。 DDC 通过 1 路 DO 通道控制冷冻水泵的启停。将水泵电机主电路上交流接触器的辅助触点作为开关量输入（DI信号），输入 DDC 监测冷冻水泵的运行状态；主电路上热继电器的辅助触点信号（1 路 DI信号）作为冷冻水泵过载停机报警信号。,6.2 一次泵冷冻水系统的控制,6.2.1 设备联锁,冷水机组应于相应的冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔进行电气联锁。,为保证整个制冷系统安全运行，编程时需按照一定的顺序控制设备的启停：只有当润滑油系统启动，冷却水、冷（冻）水流动后，压缩机才能最后启动。,冷水机组与辅助设备的联锁示意图,单台冷水机组顺序控制步骤,冷却塔风机 冷却

5、水碟阀 冷却水泵 冷冻水碟阀 冷冻水泵 冷水机组,启动顺序,冷水机组 冷冻水泵 冷冻水碟阀 冷却水泵 冷却水碟阀 冷却塔风机,停止顺序,多台制冷机组启停顺序控制,当有多台冷水机组并联，并且在水管路中泵与冷水机组不是一一对应连接时，则冷水机组冷媒水和冷却水接管上还应设有电动蝶阀以使冷水机组与水泵运行能一一对应进行。此时，机电设备的开机顺序控制为：,下达启动命令时，相关设备时动作时间顺序：, 对应的冷却水、冷冻水管路上的阀门立即开启, 冷却塔风机，冷却水泵、冷冻水泵的启动延时23min执行。, 制冷主机启动延迟34min执行。,下达停止命令时，相关设备的动作时间顺序：, 立即切断主机电源, 冷却塔

6、风机，冷却水泵、冷冻水泵的启动延时35min停止。, 对应的管道阀门延时46min后关闭。,6.2.2 压差控制,变水量系统,适用系统对象：,原因,用户侧负荷减少时，空调末端的电动二通阀关小，造成管路阻抗增大，管路特性曲线变陡，冷冻水系统流量减小，流经制冷机蒸发器的流量也减小，蒸发器的某些环路由于流速太慢形成滞流而结冰，轻者使蒸发器堵塞，严重时可使蒸发器胀裂。,问题：定水量系统是否适用压差旁通控制？,压差旁通控制原理,由压差传感器 PdT检测冷冻水供水管网中分水器与回水管网中集水器之间的压差，由 1 路AI信号送入 DDC 与设定值比较后，DDC 送出 1 路 AO 控制信号，调节位于供水管网

7、中分水器与回水管网中集水器之间的旁通管上电动调节阀（压差调节阀）的开度，实现供水与回水之间的旁通，以保持供、回水压差恒定，并且基本保持冷冻水泵及冷水机组的水量不变，从而保证了冷水机组的正常工作。,设置压差传感器时，其两端接管应尽可能靠近旁通阀两端，并设于水系统中压力较稳定的地点，以减少水流量的波动，提高控制的精确度 。,注意,水系统各传感器位置的选取,二次泵变流量系统,冷、热水分别控制及计算,冷、热水合用控制及计算,冷、热源系统监控,(1) 基本参数的测量，设备的正常启停与保护；,制冷系统监控,(2) 基本的能量调节；,(3) 冷热源及水系统的全面调节与控制。,冷热源基本监测与控制,冷冻机或锅

8、炉主机及各辅助系统的监测控制,辅助系统的监控制则有： -制冷系统冷却水系统及冷却塔的监控； -制冷系统冷冻水系统的监控； -以蒸汽作热源时蒸汽系统及凝水系统的监控； -蒸汽-水或水-水热交换器及热水系统的监控,主机单元控制,(1) 主机已配备的单元控制器包括哪些功能？怎样才能避免遗漏或重复辅助系统要求的监测控制点？,(2) 怎样使计算机系统与主机配备的单元控制器进行信息交换？,两个问题：,上图中计算机的任务及接收信息,解决办法,(1)不与冷冻机或锅炉主机单元控制器通讯，而是另外安装水温传感器、流量传感器等以监视这些主机的工作状况。,(2) 一些冷冻机和锅炉厂商进而推出中央控制器或监控器，能够与

9、自己的主机控制单元通讯，从而根据负荷（实际上就是回水温度的变化）相应地改变启停台数实现群控。,(3) 设法使主机的控制单元与主计算机系统通讯，这是最彻底的解决方法。,通过通讯变换接口实现异型机连接,由现场控制机实现异型机间的通讯,采用QHRH通讯网的冷热源系统控制机配置,1）压缩式制冷系统实行监控的目的,保证冷冻机蒸发器通过稳定的水量以使其正常工作；,向空调冷冻水用户提供足够的水量以满足使用要求；,在满足使用要求的前提下，尽可能提高供水温度，从而提高机组的 COP 值，同时减少系统的冷量损失，实现系统的经济运行。,2）压缩式制冷系统的监控功能,启停控制和运行状态显示；,冷冻水进出口温度、压力测

10、量；,冷却水进出口温度、压力测量；,过载报警；,水流量测量及冷量记录；,运行时间和启动次数记录；,制冷系统启停控制程序的设定；,冷冻水旁通阀压差控制；,冷冻水温度再设定；,台数控制；,制冷系统的控制系统应留有通信接口。,11,压缩式制冷系统控制原理图,6.2.3 设备运行台数控制,为使设备容量与变化的负荷相匹配以节约能源。延长机组设备的使用寿命,目的：,基本原则：,要求各机组设备的运行累计小时数及启动次数尽可能相同 。,控制策略：,每次初起动系统时，都应优先起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,群控的序列策略,在需要启动一台制冷机的时可按：, 当

11、前停运时间最长的优先, 累计运行运时间最少的优先, 轮流排队,在需要停止一台制冷机的时可按：, 当前停运时间最长的优先, 累计运行运时间最长的优先, 轮流排队,6.2.3 设备运行台数控制,1）回水温度控制,通常冷水机组的出水温度设定为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。,控制原理,适用系统：冷水机组定出水温度的空调水系统。,存在问题,控制精度不高,例子,例子,1台冷水机组，供水温度为7，供回水温差为5，则额定负荷下回水温度为12. 假定温度传感器的精度为0.3，则回水温度的测量显示范围为12.36.7。,控制误差：,额定冷量：Q=MC（12-7）=5MC,最大误差：供水温

12、度负误差：6.7 回水温度正误差：12.3,实际冷量：Q=MC（12.3-6.7）=5.6MC,(5.6MC-5MC)/5MC=0.12,例子,2台冷水机组，供水温度为7，额定负荷为： Q=MC（12-7）=5MC 单机冷量为0.5Q=2.5MC,从1台运行转为2台运行的边界条件： 回水温度为9.5，,实际回水温度：9.29.8 低限：Q1=MC（9.2-7）=2.2MC 实际需冷量占总冷量的比值：2.2/5=44% 单机冷量：2.2/2.5=0.88=88% 高限：Q1=MC（9.8-7）=2.8MC 实际需冷量占总冷量的比值：2.8/5=56% 单机冷量：2.8/2.5=112%,当传感器

13、的测量温度为9.5时,低限时 实际负荷只有总负荷的88%，如果投入2台，则每台负荷只有其单机容量的44%，低效率运行，耗能。,高限时 已运行机组的负荷率已达到其单机容量的负荷的112%，处于超负荷工作状态，说明转换时间过晚。,冷水机组的COP,例子,3台冷水机组，供水温度为7，额定负荷为： Q=MC（12-7）=5MC 单机冷量为0.33Q=1.67MC,从1台运行转为2台运行的边界条件： 回水温度为8.7，,从2台运行转为3台运行的边界条件： 回水温度为10.3，,例子,当测量回水温度为8.7，实际的温度范围为： 8.49 总冷量可能的范围为： （8.4-7）/5=28% （9-7）/5=4

14、0%,相当于单机负荷的： 1.4/1.67=83.8% 2/1.67=120%,例子,当测量回水温度为10.3，实际的温度范围为： 1010.6 总冷量可能的范围为： （10-7）/5=60% （10.6-7）/5=72%,相当于单机负荷的： 3/（21.67）=89.8% 3.6/（21.67）=108%,结论,采用回水温度控制冷水机组的运行台数，,冷水机组选用台数越多而实际运行台数越少时，上述由于传感器精度带来的误差越为严重。,采用回水温度控制冷水机组的运行台数，要求系统内冷水机组的台数不超过2台。,6.2.3 设备运行台数控制,2）冷量控制,控制原理,适用系统：冷水机组定出水温度的空调水

15、系统。,通过供水管网中分水器上的温度传感器TT1 检测冷冻水供水温度（1 路 AI信号），通过回水管网中集水器上的温度传感器 TT2 检测冷冻水回水温度（1 路 AI信号）以及供水总管上的流量传感器 FT（1 路 AI信号）检测冷（冻）水流量，送入 DDC，计算出实际的空调冷负荷，控制冷水机组投入台数及相应的循环水泵投入台数 。,控制过程,水系统各传感器位置的选取,例子,电磁流量计的测量精度大约为1%,最大可能冷量为： Qmax=0.5W0X(1+1%)X(12+0.3)-(7-0.3)=2.828W0,（1）传感器设于用户侧，实际冷量Q=0.5Q0时，,最小可能冷量为： Qmax=0.5W0

16、X(1-1%)X(12-0.3)-(7+0.3)=2.178W0,而实际冷量为Q=2.5W0，因此冷量的计算误差为,最大正误差： Q1（+）=Qmax-Q=0.328W0,例子,而实际冷量为Q=2.5W0，因此冷量的计算误差为,最大正误差： Q1（+）=Qmax-Q=0.328W0,最大负误差： Q1（-）=Qmin-Q=-0.322W0,最大正误差率： X（+）=Q1（+）/Q=13.12%,最大负误差率： X（-）=Q1（-）/Q=-12.88%,例子,最大可能冷量为： Qmax=W0X(1+1%)X(9.5+0.3)-(7-0.3)=3.131W0,（2）传感器设于冷源侧，实际冷量Q=0

17、.5Q0时，,最小可能冷量为： Qmax=W0X(1-1%)X(9.5-0.3)-(7+0.3)=1.881W0,而实际冷量为Q=2.5W0，因此冷量的计算误差为,例子,而实际冷量为Q=2.5W0，因此冷量的计算误差为,最大正误差： Q2（+）=Qmax-Q=0.631W0,最大负误差： Q2（-）=Qmin-Q=-0.619W0,最大正误差率： X2（+）=Q1（+）/Q=25.24%,最大负误差率： X2（-）=Q1（-）/Q=-24.76%,离心式制冷机冷量调节,调节压缩机入口导向角，改变气态工质进入压缩机的入口角，从而改变制冷机的有效流量,调节压缩机转速，从而改变制冷机的有效流量,离心

18、式制冷机导流片,离心式制冷机导流片,离心式制冷机的叶轮,螺杆式压缩机组,双螺杆式压缩机,螺杆式制冷机冷量调节,改变滑阀的位置来改变其排气量,通过变频改变压缩机的转速,活塞式压缩机冷量调节,改变压缩机汽缸数目,改变压缩机运行台数,蒸汽型吸收式制冷机组,直燃型吸收式制冷机组,吸收式制冷机冷量调节,蒸汽型：改变蒸汽流量和压力,直燃型：改变燃烧量,比例调节,大小火调节,多台冷机的冷量调节,冷机最佳运行方案的确定,关键问题：怎样确定当前工况下末端需要的冷量？,系统消耗的冷量与实际需要的冷量是什么关系？,实测冷冻水循环流量与冷冻水供回水温差，可以得到当前系统消耗的冷量。,（4）冷冻水温度再设定,冷冻水温度

19、设定值随室外环境温度变化可通过软件自动进行修正，这样既可避免由于室内外温差悬殊而导致的冷热冲击，又可达到显著的节能效果。,蒸发温度降低，制冷机的电耗越高,蒸发温度提高，可以提高制冷机的COP值，但降低了除湿能力。,实例：,室内要求温度25，相对湿度为60%，则露点温度约为16.则送风的露点温度在1314就基本可以满足控制室内的湿度要求。,1）当室外出现高温干燥气候，露点温度低于14时，室外新风基本可以满足带走室内人员产湿的目的，末端可以工作在干工况，仅承担温度调控，这时就可以提高供水温度而不用考虑除湿的需求。 2）当室外露点温度处于1417时，系统主要的湿负荷来源于室内产湿。这时从湿度控制考虑

20、，供水温度在7 9，回水温度在1214，空气水换热器的大部分表面具备除湿能力，基本上可以满足室内湿度要求。 3）当室外露点温度高于17时，新风除湿逐渐成为系统的主要湿负荷。随着室外湿度提高，末端湿负荷增大，湿负荷占总负荷的比例也增大。这时，供水温度就需要降低至57的设计状态，否则将不能满足湿度控制要求。,（5）水流监测,冷冻水泵、冷却水泵启动后，通过水流开关 FS（1 路 DI信号）监测水流状态，流量太小甚至断流，则自动报警并自动停止相应制冷机运行。,有必要弄清楚的问题：,水泵正常运行不代表水路正常。,工作点偏离,管路出现故障、堵塞,原因,控制方法,制冷量与冷冻水循环量之间的关系,变流量运行的

21、三台冷机的制冷量与冷冻水循环量之间的关系,空气-水换热设备热量与水量之间的关系,由多台水侧通断控制风机盘管组成的末端系统,流量连续可调末端的流量与压降的关系,一级泵系统,6.3 二次泵冷冻水系统,双级泵系统控制原理图,6.3.1 冷水机组台数控制,二次泵系统台数控制必须采用冷量控制的方式,传感器设置原则与一次泵系统冷量控制相似。采用冷量控制的方式,6.3.2 次级泵控制,（1）压差控制,（2）变速控制,（3）联合控制,双级泵水流监测,安装在冷冻机蒸发器回路中的循环泵 P1、P2 仅提供克服蒸发器及周围管件的阻力，至旁通管 ab 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

22、流量一致时，旁通管内亦无流量。 加压泵 P3、P4 用于克服用户支路及相应管道阻力。 这样，根据冷冻机启停控制循环泵 P1、P2 的启停；根据用户用水量控制加压泵 P3、P4。 当用户流量大于通过冷冻机蒸发器的流量时，旁通管由 b 向 a旁通一部分流量在用户侧循环。当冷冻机蒸发器流量大于用户流量时，则旁通管内水由 a向 b 流动，将一部分冷冻机出口的水旁通回到蒸发器入口处。这样，只要旁通管管径足够大，用户侧调整流量不会影响通过蒸发器内的水量。为了节省加压泵电耗，可以根据用户侧最不利端进回水压差 PdT来调整加压泵开启台数或通过变频器改变其转速。,4）制冷系统的能量调节与控制,三个途径：,在冷水

23、用户允许的前提下，尽可能提高冷冻机出口水温以提高冷冻机的 COP；当采用二级泵系统时，调节冷冻水泵转速或减少冷冻水加压泵的运行台数，以减少水泵的电耗；,根据冷负荷状态恰当地确定冷冻机运行台数，减少无效能量消耗；,在冷冻机运行所允许的条件下，尽可能降低冷却水温度，同时又不增加冷却泵和冷却塔的运行电耗。,6.4 冷却水及热水系统,冷却水系统是通过冷却塔和冷却水泵及管道系统向制冷机提供冷却水，它的监控系统的作用是： 保证冷却塔风机、冷却水泵安全运行； 确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水通过； 根据室外气候情况及冷负荷，调整冷却水运行工况，使冷却水温度在要求的设定温度范围内。,冷却水系统流程图,6.4.

24、1 冷却水系统的控制,1）冷却水泵的控制,2）冷却塔的控制,1）冷却水系统的监控功能,水流状态显示； 冷却水泵过载报警； 冷却水泵启停控制及运行状态显示； 冷却塔风机运行状态显示； 进出口水温测量及控制； 水温再设定； 冷却塔风机启停控制； 冷却塔风机过载报警。,冷却水系统的监控,冷却水系统监控原理图,2）冷却水系统的监控功能描述,（1）冷却塔风机控制,（2）冷却水泵控制,（3）水温监测,制冷量,冷凝器出水温度,冷凝器进水温度或冷却塔出水温度,冷凝温度,制冷效率（增补公式-图),冷却水温度确定,同样制冷量下，冷凝温度越低，制冷机的效率就越高。,冷凝温度过低时，压缩制冷时润滑油温太低，影响制冷机

25、正常运行；对于吸收式冷机，冷却水温度过低时，引起作为工质的溴化锂溶液结晶，使制冷机不能工作。,冷却水控制的要求应该是：尽可能降低冷凝温度tl，同时保证进人冷凝器的水温tin不低于规定的冷却水水温下限tin0。,冷却水泵变频时，不同制冷量下。冷机相对COP及水泵电耗随水量变化曲线,冷却水泵变频时，不同制冷量下。冷机电耗及水泵电耗随水量变化曲线,不正确的冷却水系统,不正确的冷却水系统,不同冷却水量下，冷却塔效率和风机电耗随风量的变化曲线,冷却塔的调节策略,给定进入冷机的冷却水的水温下限tin0； 测量室外湿球温度和冷却塔进出口温度，并计算冷却塔效率； 如果冷却塔出水温度高于tin0，而效率低于冷却

26、塔最大效率，则增加各台风机的转速； 如果冷却塔出水温度高于 tin0，而效率已达到最大效率，维持当前转速； 如果冷却塔出水温度开始低于tin0，风机转速没到最低转速，减少风机转速； 如果冷却塔出水温度开始低于tin0，且风机转速已到最低，逐台停止风机，直到水温回到tin0；如果冷却塔出水温度开始低于tin0。，且全部风机都己停止，则开启冷却塔旁通调节阀，使进人冷机的水温为tin0。 只要有一台冷却塔风机运行，冷却塔旁通阀就应该关闭。,6.4.2 热水系统及冬夏转换,1）热交换器的控制,2）冬夏工况的转换,热力系统监控,提高系统的安全性，保证系统能够正常运行； 全面监测并记录各运行参数，降低运行

27、人员工作量，提高管理水平； 对燃烧过程和热水循环过程进行有效的控制调节，提高锅炉效率，节省运行能耗，并减少大气污染。,供暖热水锅炉房内监测与控制的主要目的：,1）热力系统的监控功能,蒸汽、热水出口压力、温度、流量显示； 锅筒水位显示及报警； 运行状态显示； 顺序启停控制； 安全保护信号显示； 设备故障信号显示； 锅炉（运行）台数控制； 交换器能按设定出水温度自动控制进汽或水量； 热交换器进汽或水阀与热水循环泵连锁控制； 热力系统的控制系统应留有通信接口。,2）供暖热水锅炉的监控,智能建筑中常用热源,燃油、气锅炉,电锅炉,电锅炉优点：,对周围环境没有污染，控制水温方便快捷，所需辅助设备少，占地面

28、积小 。,电锅炉机组控制原理图,电锅炉机组的监控功能描述（一）,（1）锅炉热水出口压力、温度、流量监测,在每台锅炉的热水出口设温度传感器（TT1-TT4），测量锅炉出口水温，可了解每台锅炉出力状况；,测出的热水出口的温度、压力和流量，通过模拟量输入通道 AI，送入DDC 控制器显示，超限报警 。,安装流量计（FT1-FT4），以了解每台锅炉出口热水的流量；,采用压力变送器（PT1-PT4）测量热水出口热水压力。,（2）锅炉补水泵的自动控制,采用压力变送器 PT5 测量系统回水压力，并通过 1 路 AI通道送入 DDC。当回水压力低于设定值，DDC 自动启动补水泵进行补水，当回水压力上升到设定值

29、补水泵自动停泵。补水泵电机主电路上交流接触器的辅助触点作为开关量输入（DI信号），输入 DDC 监测补水泵的运行状态。,（3）锅炉、给水泵的顺序启停及运行状态显示,锅炉机组设备启停通常按照事先编制的时间假日程序控制。为保证整个系统安全运行，编程时需按照一定的顺序控制设备的启停。,启动顺序：循环水泵电锅炉； 停止顺序：电锅炉循环水泵。,采用水流开关（FS1-FS3）（DI信号）监测循环水泵的运行状态，当循环水泵按控制程序起动后而水流开关没有动作，则中断起动程序。电锅炉的运行状态信号取自锅炉主电路接触器的辅助触头。锅炉、循环水泵的运行状态信号通过 DI通道送入 DDC 显示。,（4）故障报警,循环水泵、补水泵发生过载故障时，通过水泵主电路热继电器的辅助节点（DI信号）获得故障报警信号；电锅炉的故障信号（DI信号），取自加热器的断线信号。用液位计（LT1-LT4）检测锅炉锅筒水位，并送入 DDC 显示，水位超高、低报警；,（5）锅炉供水系统的节能控制,锅炉在冬季供暖时，根据分水器、集水器的供回水温度及回水干管的流量检测值，实时计算空调房间所需热负荷，按实际热负荷自动启停电锅炉及循环水泵