冷卻水節(jié)能控制知識總結(jié)

1、冷卻水系統(tǒng)控制 能源管理系統(tǒng)對冷卻水泵采用系統(tǒng)自適應(yīng)模糊優(yōu)化算法進(jìn)行節(jié)能控制：控制器依據(jù)所采集的實時數(shù)據(jù)和自適應(yīng)知識庫，進(jìn)行模糊推理運算，計算出系統(tǒng)最佳轉(zhuǎn)換效率對應(yīng)的冷卻水流量，并與檢測到的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，利用變頻技術(shù)，調(diào)節(jié)冷卻水泵，啟停相應(yīng)冷卻塔風(fēng)機(jī)以及開關(guān)冷卻塔閥門，動態(tài)調(diào)節(jié)冷卻水的流量使冷卻水的流量逼近最佳冷卻水流量值，保證中央空調(diào)系統(tǒng)隨時處于最佳效率狀態(tài)下運行。橫流塔冷卻系統(tǒng)變頻與風(fēng)閥模塊控制模式性能比較內(nèi)容原理機(jī)械特性故障隱患控制邏輯節(jié)能管理結(jié)論變頻控制模式根據(jù)設(shè)定冷卻水溫變化，所有風(fēng)機(jī)同時、同步變頻運行，負(fù)荷高時轉(zhuǎn)速變快，負(fù)荷低時轉(zhuǎn)速變慢。1. 大直徑冷卻風(fēng)機(jī)需要慣性性能，頻繁變

2、速，皮帶容易抖動、發(fā)熱、打滑，造成松脫、磨損。2. 冷卻風(fēng)機(jī)屬大直徑、低轉(zhuǎn)速，變頻降速空間小，轉(zhuǎn)速變低，風(fēng)機(jī)葉輪動力特性變差，回流區(qū)加大，綜合效率低。1. 如控制系統(tǒng)故障，系統(tǒng)回到傳統(tǒng)冷卻方式，手動運行狀態(tài)，必須配置備用電動分水系統(tǒng)，否則，需全開風(fēng)機(jī)，工頻運行，或重現(xiàn)無散熱回流、短路等問題。2. 如單機(jī)控制故障，同樣再現(xiàn)傳統(tǒng)隱患。3. 如皮帶打滑、管理人員很難及時知道，同樣再現(xiàn)傳統(tǒng)隱患。1. 根據(jù)冷卻逼近度或定冷卻回水溫度，進(jìn)行變頻邏輯設(shè)定，程序編寫者無法知道不同的運行狀態(tài)，冷卻塔組的熱力性能，很難是控制邏輯達(dá)到切合蒸發(fā)冷卻特性。2. 傳統(tǒng)冷卻風(fēng)機(jī)變頻邏輯，容易與冷卻水泵變頻邏輯沖突，造成水溫

3、波動頻繁，影響主機(jī)性能。1. 所有風(fēng)機(jī)同時、同步變頻，系統(tǒng)低負(fù)荷時，冷卻風(fēng)機(jī)不節(jié)能。2. 管理要求強(qiáng)度較大，系統(tǒng)壽命、穩(wěn)定性、實用性反應(yīng)普遍不高。理論可行，實用性差。風(fēng)閥模塊模式系統(tǒng)共風(fēng)腔，根據(jù)負(fù)荷演算結(jié)果，自動對應(yīng)運行若干風(fēng)機(jī)，對風(fēng)腔產(chǎn)生負(fù)壓作用，使填料外部壓差產(chǎn)生對流。1. 保持原（風(fēng)機(jī)仰角、傳動、電機(jī)）設(shè)計機(jī)械效率特性；2. 機(jī)械性自壓自開、重力自閉式風(fēng)閥，不需電動聯(lián)控裝置，較為可靠；1. 如控制系統(tǒng)故障，系統(tǒng)切換到手動運行，同樣可根據(jù)人工觀察冷卻回水溫度，模塊控制風(fēng)機(jī)運行數(shù)量，風(fēng)閥隨風(fēng)機(jī)自開閉，杜絕回流，可滿足理想利用所有填料面積要求。2. 如單機(jī)故障，所有風(fēng)機(jī)均可相互備用，系統(tǒng)自動忽

4、略該故障風(fēng)機(jī)，獨立維修，互不影響。1. 根據(jù)室外濕球、冷卻水流量、進(jìn)回水溫，自動演算冷卻塔組熱力曲線，根據(jù)系統(tǒng)能力，優(yōu)化逼近度目標(biāo)，對應(yīng)投入風(fēng)機(jī)運行模式，能達(dá)到為主機(jī)提供更理想的冷卻水溫。2. 該控制邏輯與水泵變頻可較好融合，可自適應(yīng)冷卻水小流量、大溫差工況。1. 理論邏輯相對合理，各環(huán)節(jié)以最佳效率點出發(fā)，符合整系統(tǒng)負(fù)荷散熱傳遞效率節(jié)能依據(jù)。2. 新技術(shù)、新產(chǎn)品，有待實踐運行驗證。穩(wěn)定、可靠、耐用，方便管理。冷卻效果對壓縮主機(jī)綜合能耗的影響隨著全球變暖、節(jié)能減排問題的得到各行各業(yè)的重視，不論工業(yè)、商業(yè)中央空調(diào)工程系統(tǒng)能耗所占比重都比較大，中央空調(diào)工程系統(tǒng)節(jié)能得到了比較大的重視。而冷卻部分由于冷

5、卻塔自身只有風(fēng)機(jī)有耗電負(fù)荷，主要是由填料等固定部件性能決定且冷卻效果，冷卻塔的制造工藝比較簡單，造成行業(yè)性對冷卻塔的綜合性能對系統(tǒng)的能耗影像較為忽略。為了清晰的了解冷卻塔的綜合性能對中央空調(diào)工程系統(tǒng)的能耗影響，我們有必要對其進(jìn)行了細(xì)化分析，以便更好的完善節(jié)能減排工作。經(jīng)過百年的發(fā)展與革新，中央空調(diào)工程行業(yè)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，普遍采用高效、穩(wěn)定的“蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)”，作為中央空調(diào)工程系統(tǒng)主要工作方式，并制定了各項相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器組成，制冷劑作為其循環(huán)工質(zhì)，也具標(biāo)準(zhǔn)化和通用性。標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)設(shè)計工況為：蒸發(fā)溫度：5° 吸氣溫度：15°

6、冷凝溫度：40° 過冷溫度：35°中央空調(diào)工程中的冷卻塔既是“蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)”中的冷凝器，其標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計工況為進(jìn)水溫度37°、出水溫度32°。在壓縮設(shè)備制造和工程設(shè)計中也采用該標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，而實際運行中，由于冷卻水溫狀態(tài)會隨著環(huán)境條件、系統(tǒng)負(fù)荷、冷卻塔性能、管理疏失等因素不斷變化的。冷卻水溫變化會產(chǎn)生什么影響，對主機(jī)的綜合能耗影響有多大呢？以下我們就對用途較為廣泛的水冷螺桿式系統(tǒng)進(jìn)行深入分析。根據(jù)“蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)”中冷凝溫度對循環(huán)性能的影響，對于同一臺制冷裝置，當(dāng)蒸發(fā)溫度工況相對恒定時，冷凝溫度升高，制冷量將減小，而消耗的功率將增大，因而制冷系數(shù)也將降

7、低。（附圖）以一臺實際應(yīng)用比較廣泛的500冷噸螺桿機(jī)不同冷凝溫度下的參數(shù)變化參考分析：（螺桿主機(jī)綜合參數(shù)表）FW-500D變工況參數(shù)表冷卻水進(jìn)水溫度冷卻水出水溫度蒸發(fā)溫度冷凝溫度制冷量KW輸入功率KWCOP運轉(zhuǎn)電流A啟動電流A蒸發(fā)器水量m3/h冷凝器水量m3/h28335381767310.45.69536938304357.428.533.55391759313.35.61541947302.5356.429345391750316.25.53546956300.9355.329.534.55401741319.15.4655196429.4354.3303554017303225.3755

8、6973297.6352.930.535.55411723324.95.3561982296.3352.231365411713327.85.23566991294.7351.131.536.55421704330.95.155711000293.135032375421695333.85.085761009291.634932.537.55431686336.855821018289.9347.933385431676339.74.935871027288.3346.833.538.554416673434.865921036286.7345.734395441657346.14.79598

9、1046285.1344.634.539.55451648349.24.726031055283.4343.435405451638352.24.656081064281.7342.335.540.55461628355.54.586141074280341.236415461618358.64.516191084278.3340冷卻水溫直接對能耗影響百分比計算方式：上表中“COP”的定義為：，即主機(jī)能效比為制冷量與主機(jī)輸入功率的比值。我們將公式變形為：，即可理解，需要制造Q制冷量時，主機(jī)要按一定的比例耗工，比例系數(shù)為，Q一定時，COP越大，W越小。 回到上表中可看出，在表所示的范圍內(nèi)，隨冷卻

10、水溫的減小，主機(jī)制冷量增加，耗能減少，COP增大。 取冷卻水進(jìn)水溫度t1、t2，且t1<.t2；假定某一負(fù)荷為Q則在：低冷卻水溫t1下：主機(jī)能效比COP1，輸入功率W1,且 高冷卻水溫t2下：主機(jī)能效比COP2，輸入功率W2,且則節(jié)電比：按上面的公式對表中的數(shù)據(jù)處理：不同冷卻水溫狀態(tài)下的能耗直接影響統(tǒng)計（統(tǒng)計表）：冷凝溫度過低帶來的影響由于中央空調(diào)工程中，制冷設(shè)備均采用標(biāo)準(zhǔn)工況參數(shù)，由于季節(jié)氣候條件變化因素，不同的地域、不同季節(jié)冷卻水溫可能降至很低，冷卻水溫過低也會對制冷循環(huán)參數(shù)帶來不利影響。在“蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)”的制冷循環(huán)過程中，冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之間有一個壓差工況比值，一旦偏離這個

11、最大壓差工況，系統(tǒng)綜合循環(huán)參數(shù)性能跟著改變。所以在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計工況的系統(tǒng)中，冷凝溫度過低，系統(tǒng)COP也跟著下降，壓縮機(jī)的也會因蒸發(fā)壓力過低，油壓、回油等出現(xiàn)機(jī)械問題。一般冷卻水溫理想溫度在25-32。間接影響因素和帶來的問題：由于冷卻影響因素是濕球溫度，而濕球溫度隨氣候環(huán)境而變化，四季和日夜隨時波動，且系統(tǒng)負(fù)荷也根據(jù)需求不斷變化；傳統(tǒng)冷卻塔的冷卻水溫會跟著這些變化而波動，冷卻水溫波動主機(jī)工況隨之頻繁變化。長時間處于此狀態(tài)運行，造成管理人員工作量大、難度高，設(shè)備性能和壽命相應(yīng)影響?，F(xiàn)有冷卻塔現(xiàn)狀：清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心在2006年夏季對大型建筑節(jié)能診斷實測發(fā)現(xiàn):同樣是位于北京市三環(huán)路以內(nèi)的建筑物，

12、在同一時間下，冷卻塔的回水溫度相差近10.例如2006年7月12日下午，室外濕球溫度為24.2，接近空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計外溫，同時實測10臺分屬不同建筑物的冷卻塔，回水溫度在25.334.5之間。若能將上述各臺冷卻塔的回水溫度都降低至濕球溫度以上1，預(yù)計可提高制冷機(jī)組的COP，實現(xiàn)節(jié)電15%以上。（摘自2007中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告總結(jié)：綜上所述，冷卻塔的性能對主機(jī)能效影響是嚴(yán)重的！系統(tǒng)設(shè)計是變工況的，而傳統(tǒng)冷卻塔很難滿足該變工況要求。對于變負(fù)荷系統(tǒng)來說，冷卻部分應(yīng)該是一個能滿足變工況需求獨立的一個系統(tǒng)；如果冷卻時可根據(jù)環(huán)境濕球、系統(tǒng)負(fù)荷、冷卻水量變化，自動調(diào)節(jié)風(fēng)流量，把冷卻水溫穩(wěn)定在被冷卻設(shè)

13、備的最佳要求范圍下的變工況系統(tǒng)， 那將具有很高的綜合優(yōu)化管理意義和節(jié)能價值。冷卻塔設(shè)計說明內(nèi)容建議冷卻系統(tǒng)技術(shù)要求：由于本項目方案投入實際運行使用中，將處于負(fù)荷不斷變化的工況，主機(jī)系統(tǒng)為本項目系統(tǒng)核心；且冷卻系統(tǒng)運行狀態(tài)直接、即時影響主機(jī)系統(tǒng)的電流、電壓、冷量輸出等性能；即冷卻系統(tǒng)需滿足以下節(jié)能管理的技術(shù)要求。1 杜絕冷卻系統(tǒng)普遍存在的幾大問題：l 部分負(fù)荷時，現(xiàn)有填料換熱面積無法全部利用；l 電動聯(lián)動系統(tǒng)故障率高，管理難度大；l 冷卻水通過風(fēng)機(jī)停用塔時，無冷卻換熱直接回流，造成冷卻工況惡劣。2 采用方形橫流塔，保證系統(tǒng)負(fù)荷變化，冷卻水循環(huán)流量、水壓響應(yīng)變化時，分配到所有單元塔及填料的水量相對

14、均勻，且不增加水泵揚程功耗。3 采用多塔模塊組合，以利系統(tǒng)負(fù)荷低時，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運行能耗，達(dá)到較佳的冷卻氣水比，減少飛水率和風(fēng)機(jī)運行能耗。4 采用敞開式配水，不采用電動閥聯(lián)動系統(tǒng)，系統(tǒng)冷卻水循環(huán)量如何變化，都必須能利用所有填料換熱面積。5 如采用各單元塔間風(fēng)道聯(lián)通方式，須有合理、可靠的措施保證停用風(fēng)機(jī)口不出現(xiàn)空氣回流，造成電機(jī)反轉(zhuǎn)，啟用風(fēng)機(jī)有效風(fēng)量衰減嚴(yán)重的問題。6 配置冷卻狀態(tài)自動控制系統(tǒng)，根據(jù)氣候、系統(tǒng)負(fù)荷變化情況，自動控制風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)，使冷卻水溫盡可能的保持在主機(jī)要求的最佳效率范圍，使系統(tǒng)運行于最佳節(jié)能點；杜絕主機(jī)因不同季節(jié)氣候工況下，冷卻水溫變化頻繁，主機(jī)運行工況惡劣，造成故障率高、管理難

15、度大、影響機(jī)組壽命等問題。 某公司冷卻塔在進(jìn)出水溫差不變的情況下變工況運行性能與額定工況性能比較控制方式流量(m3/h)換熱量(kW)進(jìn)水溫度()出水溫度()供回水溫差()供回水平均溫度()定流量50029083732534.5500232635.231.2433.2500174533.530.5332變流量50029083732534.540023263631533.530017453530532.5從表中數(shù)據(jù)可以看出，對于選定的冷卻塔而言，在相同的室外濕球溫度下，冷卻水系統(tǒng)無論是定流量還是變流量運行，冷卻塔出水溫度基本相同，水流量變化對冷卻塔的性能幾乎沒有影響。冷機(jī)在部分負(fù)荷工況下運行時，

16、冷凝溫度都會降低，但定流量時冷凝溫度降低的幅度最大。這時因為部分負(fù)荷時，制冷劑流量減少，冷凝器換熱量減少，而冷卻水流量不變時，冷凝器出水溫度降低，冷凝溫度也隨之降低。當(dāng)部分負(fù)荷率為20%時，相比于全負(fù)荷工況，冷凝溫度降低約為7。變流量時，流量基本隨著部分負(fù)荷率成線性變化。由換熱公式可知，由于冷卻水換熱系數(shù)與流量的0.8次方成正比，制冷劑側(cè)的換熱系數(shù)基本保持不變，因此總的換熱系數(shù)的下降速度比部分負(fù)荷率的下降速度慢?？烧J(rèn)為冷凝器換熱量隨著部分負(fù)荷率的下降成比例下降，由冷凝器能量平衡方程可知冷凝溫度將會有所降低。變流量下冷凝溫度隨部分負(fù)荷率變化的曲線冷卻水無論是變流量還是定流量，進(jìn)口溫度都保持為30

17、，變流量時控制流量使冷卻水出口溫度保持在35，同時為了便于比較分析，保持冷媒水出口溫度為7。不同冷卻水泵功耗比重下機(jī)組的IPLV變流量時不同冷卻水泵功耗比重的節(jié)能效果定義制冷循環(huán)性能系數(shù)COP=QW壓，式中，Q為制冷量，W；W壓為壓縮機(jī)功率，W。隨著部分負(fù)荷率的下降，COP先增大，而后減小，大概在部分負(fù)荷率為70%時COP最大；定流量的COP大于變流量的COP。這時由于隨著部分負(fù)荷率的下降，冷凝溫度一直降低，壓縮機(jī)功耗也降低，但壓縮機(jī)功率減小的速度越來越慢，并不與部分負(fù)荷率的降低速度一致，因此隨著部分負(fù)荷率的下降，COP存在著最大值。而由于同負(fù)荷下，定流量壓縮機(jī)功耗小于變流量壓縮機(jī)功耗，所以定

18、流量時COP大于變流量時COP。循環(huán)性能系數(shù)(COP)隨部分負(fù)荷率變化的曲線對于冷水機(jī)組而言，機(jī)組大部分時間都是在部分負(fù)荷下運行，因此考察冷水機(jī)組的性能就不能僅僅以全負(fù)荷下的性能作為唯一標(biāo)準(zhǔn)。為了使蒸汽壓縮循環(huán)的冷水機(jī)組有一個相同的部分負(fù)荷評價標(biāo)準(zhǔn)，美國制冷學(xué)會(ARI)在ARI5501590標(biāo)準(zhǔn)中提出了用部分負(fù)荷性能值IPLV來綜合評價各種冷水機(jī)組的COP，而我國在制定的公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(GB 501892005)中，針對我國具體氣候條件提出如下計算公式：IPLV=0.023A+0.415B+0.461C+0.101D式中：A為冷水機(jī)組在100%負(fù)荷下的COP；B為冷水機(jī)組在75%負(fù)荷下

19、的COP；C為冷水機(jī)組在50%負(fù)荷下的COP；D為冷水機(jī)組在25%負(fù)荷下的COP。0.023，0.0415，0.461和0.101分布為部分負(fù)荷為100%，75%，50%和25%時的權(quán)重系數(shù)。利用此式進(jìn)行冷水機(jī)組部分負(fù)荷COP的計算，由于冷媒水泵功率保持不變，故不作考慮。定義冷水機(jī)組綜合性能系數(shù)COPtotal=QW壓+W泵。由于變頻水泵在實際運行中功耗并不是和流量成3次方關(guān)系，故在水泵節(jié)能效果上乘以0.7的系數(shù)。針對不同功率的冷卻水泵，都可以得到機(jī)組IPLV。隨著水泵功耗比重的增加，無論是變流量還是定流量機(jī)組，其IPLV都會降低，但當(dāng)水泵功耗比重小于7.2%時，定流量機(jī)組的IPLV大于變流量時的IPLV，當(dāng)水泵功耗