第五章 BAS冷机的控制流程及控制方案建议

5.1常规冷源方式冷机的控制流程及控制方案建议

5.1.1 综述

冷冻水系统是指由车站冷冻站为车站大系统和小系统提供循环冷冻水。分站供冷的车站在站厅层设置1座冷冻机房，为空调大系统和小系统提供冷源。设置冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔。冷冻水分两路，一路供大系统用水，另一路共小系统用水。

5.1.1.1 监控对象

监控对象包括冷水机组、冷却塔、冷冻泵、冷却泵、电动蝶阀、压差调节阀、电动二通调节阀和相关温度传感器、压差传感器、液位开关、流量开关、流量传感器。具体设备和测控点如下：

冷水机组：监视每台冷水机组的启动、停止运行状态和故障报警以及自动/手动状态，控制冷水机组的启动及停止。

冷冻泵：监视每台冷冻泵的启动、停止运行状态和故障报警，控制冷冻泵的启动及停止。

冷却泵：监视每台冷却泵的启动、停止运行状态和故障报警，控制冷却泵的启动及停止。

冷却塔：监视每台冷却泵塔的启动、停止运行状态和故障报警以，控制冷却泵塔的启动及停止。

电动蝶阀（冷水机组两侧和水泵出口）：监视每台电动蝶阀的开、关到位状态，控制电动蝶阀的开启及关闭。

电磁阀（冷却塔进出口）：监视每台电磁阀的开、关到位状态，控制电磁阀的开启及关闭。

温度传感器：检测冷冻水供/回水温度信号，检测冷却水供/回水温度信号。

压力传感器：检测冷冻水供/回水压力信号，检测冷却水供/回水压力信号。

流量传感器：检测冷冻水供回水流量信号。 流量开关传感器：检测冷冻水、冷却水供回水的流量开关信号。

压差传感器：检测冷冻水供/回水压差信号。

5.1.1.2 监控原则

① 每个车站站厅、站台各设置两组温湿度探头，其采样参数和其它相关参数(新风室、回风室、送风室温湿度)经PLC计算来控制二通流量调节阀的阀门开度，以此控制通过空调冷交换装置的冷冻水量。

② 根据设在分水器、集水器的供回水管路上的温度、压力探头所采样信号，以及参考实际冷负荷和监测二通流量调节阀的开度来确定冷水机组的开启台数，并进行相应的连锁控制。

③ 冷却水泵为主备并联运行，可实现主备切换及轮换控制，均衡设备之间的运行时间，以及冷却水泵、电动蝶阀与冷水机组的联锁运行组合。

④ 冷冻水泵为主备并联运行，可实现主备切换及轮换控制，均衡设备之间的运行时间，以及冷冻水泵、电动蝶阀与冷水机组的联锁运行组合。以实现定流量控制。

⑤ 分水器、集水器之间的压差，根据工艺要求，参与控制冷冻水泵开启，参与冷冻侧水力平衡的调节。（需要冷负荷提高，而二通流量调节阀根据温度调节还没有执行开大，则需要降下管路的压力，故设置压差旁通阀降压，此时开多一台水泵以加快回水，反之，少开一台水泵以节能。）

⑥ 根据时间表要求进行设备预冷和提前关机利用余冷

5.1.2 冷冻水水量控制和水力平衡

从分站供冷的水系统原理可知，采用的是一次泵变水量系统。其水量的变动并不是采用调速技术控制。

在两通阀的调节过程中，管道性能曲线将发生变化，因而系统负荷侧水量将发生变化，如果没有其他相关措施的话，这些变化将引起水泵和冷水机组的水流量改变（沿水泵特性曲线上下移动工作点）。

而对于冷水机组来说，通常一个恒定的水流量（或较小范围的波动）对于保持蒸发器内水流速的均匀是重要的。如果流量减少，必然造成水流速不均匀，尤其是在一些转变（如封头）处更容易使流速减慢甚至形成不流动的“死水”。由于蒸发温度极低，在蒸发器不断制冷的过程中，低流速成水或“死水”极容易产生结冻的情况，从而对冷机组造成破坏。因此，冷水机组是不宜作变水量运行的。大多数冷水机组内部都设有自动保护元件，当水量过小（通过测量机组进、出水压差）时，自动停止运行的保护冷水机组。

另外，空调器和二通阀二端的压差变化大将导致二通阀调节品质的变坏，不利于空调系统的控制。

如前面所述，一方面，从末端设备使用要求来看，用户要求水系统作变化量运行；另一方面，冷水机组的特性要求定水量运行。解决此矛盾的方法在本标书中是在供、回水总管上设置压差旁通阀，则一次泵变水量系统如图所示。

在系统处于设计状态下，所有设备都满负荷运行，压差旁通阀开度为零（无旁通水流量），这时压差控制器两端接口处的压力差（又称用户侧供、回水压差）ΔP0即是控制器的设定压差值。当末端负荷变小后，末端的两通阀关小，供、回水压差ΔP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，由于旁通阀与用户侧水系统并联，它的开度加大将使总供、回水压差ΔP减少直至达到ΔP0时才停止继续开大，部分水从旁通阀流过而直接进入回水管，与用户侧回水混合后进入水泵及冷水机组，在此过程中，基本保持了冷冻水泵及冷水机组的水量不变。

5.1.3冷量控制

冷量控制是用温度传感器T1、T2和流量传感器F测量用户的供、回水的温度T1、T2及冷冻水流量W，计算实际需冷量Q = W（T2-T1），由此可决定冷水机组的运行台数。

一次泵系统的水泵与冷水机是联动联锁的，根据车站冷量的实际需要，并结合气温、人流等前馈因素以及回水温的后馈因素，全面控制水系统内的关联设备，使之成为一个协调的系统。BAS对供回水温差或流量计算出的冷负荷进行判断，并依据冷负荷原则进行冷机的增减。增减冷机及其对应设备的启停顺序如下：

设备开启顺序为：冷却水出水管上电动蝶阀、冷却塔进出水管上电动蝶阀与冷却水泵联动的电动蝶阀冷却水泵冷却塔与冷冻水泵联动的电动蝶阀冷冻泵制冷机。

设备关闭顺序为：制冷机冷却塔冷却水泵与冷却水泵联动的电动蝶阀冷却水管上电动蝶阀、冷却塔进水管上电动蝶阀冷冻泵与冷冻水泵联动的电动蝶阀。 5.1.3常规冷源方式车站控制流程图

时间表或HMI指令减小增大冷机控制器控制冷机减小出力是否多台冷机供冷&冷负荷水平比例达到设定值YBAS关闭一台冷机冷机控制器控制冷机增加出力分集水器压差减小分集水器压差增大是否一台冷机供冷&冷负荷水平比例达到设定值YBAS启动一台冷机站内温湿度升高二通阀开度空调水系统、冷机控制流程图（空调工况下）

5.2 冰蓄冷冷源方式冷机的控制流程及控制方案建议

5.2.1 对系统流程的认识

5.2.1.1 蓄冰流程的选择

冰蓄冷系统采用何种系统流程将影响自动控制的具体内容不同。目前比较常见的冰蓄冷中央空调系统采用的系统流程主要有串联系统和并联系统，串联系统中蓄冰装置多采用盘管，并联系统中蓄冰装置多采用冰球。串联系统中，乙二醇溶液从板换换热后，全部进入主机降温，一路再进入冰槽降温，另一路旁通，可以保证恒定的低温乙二醇出口温度3.5℃。冰槽融冰性能稳定，容易实现对冷冻水供水温度的控制。而冷冻水温的稳定是保证空调系统性能的重要条件之一。

5.2.1.2 蓄冰模式的选择

蓄冰模式的不同也会影响自动控制的具体内容不同，同样是工艺控制过程的重要条件之一。

（1） 全量蓄冰模式

主机在电力低谷期全负荷运行，制得系统全天所需要的全部冷量。在白天电力高峰期，所有主机停运，所需冷负荷全部由融冰来满足。

优点：

 最大限度的转移了电力高峰期的用电量，白天系统的用电量很小。

 白天全天通过融冰供冷，运行成本低。

缺点：

 系统的蓄冰量、制冷主机及其相应设备容量较大。

 系统的占地面积较大。

 系统的初期投资较高。

（2） 负荷均衡的分量蓄冰模式

主机在电力低谷期全负荷运行，制得系统全天所需要的部分冷量；主机在设计时以满足负荷运行，不足部分同融冰补充。

优点：

 系统的蓄冰容量、制冷主机及相应设备容量较小。

 系统的占地面积较小。

 初期投资最小，回收周期短。

缺点：

 仅转移了电力高峰期的部分用电量，白天系统还需较大的配电容量。

 运行费用较全量蓄冰高。 5.2.1.3 系统流程概述

根据招标提供的冰蓄冷供冷水系统的图纸，我们认为本工程系串联型式的主机上游配置的系统。

5.2.2 冰蓄冷系统控制

5.2.2.1 控制目的

控制系统通过对制冷主机、蓄冰装置、板式换热器、水泵、冷却塔、系统管路调节阀进行控制，调整蓄冰系统各应用工况的运行模式，使系统在任何负荷情况下能达到设计参数并以最可靠的工况运行，保证空调的使用效果，同时在满足末端空调系统要求的前提下，整个系统达到最经济的运行状态，即系统的运行费用最低。提高系统的自动化水平，提高系统的管理效率和降低管理劳动强度。

5.2.2.2 冷源系统控制范围及主要受控设备

整个冰蓄冷源系统的必要参数状态显示、设备状态及控制，控制功能除包括招标要求的全部功能外，还包括整个冰蓄冷系统协调、稳定、可靠、经济工作的全部功能。主要控制设备如下：

 双工况冷水机组

 冷却塔

 冷却水泵

 初级乙二醇泵

 次级乙二醇泵

 蓄冰装置

 制冷板换

 冷冻水泵

 电动阀

 变频器

 电动调节阀 5.2.2.3 系统主要温度控制参数

主机

乙二醇泵进口温度 主机

乙二醇泵出口温度 蓄冰槽进口温度 蓄冰槽出口温度 板换

乙二醇泵进口温度 板换

乙二醇泵出口温度 空调冷水侧送水温度 空调冷水侧回水温度

制冰工况 -2.8℃ -5.6℃ -5.6℃ -2.8℃

空调工况 11℃ 6.1℃ 6.1℃ 3.5℃ 3.5℃ 11℃ 7℃ 12℃

注：参数大小仅供参考，具体参数待设计联络会确定。

5.2.2.4 在五种情况下乙二醇泵系统配置情况

双工况主机制冰模式 主机与冰槽联合供冷模式 双工况主机制冰兼供冷模式 融冰单独供冷模式 主机单独供冷模式

蓄冰装置 参与 参与 参与 参与 不参与

双工况主机 制冰工况 空调工况 制冰工况 不参与 空调工况

板式热交换器 不参与 参与 参与 参与 参与

初级乙三醇泵 参与 参与 参与 参与 参与

次级乙三醇泵 不参与 参与 参与 参与 参与

5.2.2.5 系统控制功能

5.2.2.5.1 各子系统的控制

①乙二醇系统的控制

根据电力负荷的峰谷时段（电价的高低）和空调负荷的要求，整个蓄冰制冷系统能自动切换系统的运行工况：制冰兼供冷工况、制冰工况、主机单供冷、融冰单供冷、联合供冷。控制系统能根据工况，自动开关电动阀，组成某工况所需的流体通道。以负荷预测为基础，判断第个小时主机和融冰最佳供冷比例，达到整体最经济运行状态。

系统工况说明

双工况主机蓄冰工况

乙二醇系统中，把电动阀门调整到相应的开关状态，主机出口电动阀打开，冰槽的直通回路开，冰槽的旁通回路关，板换的旁通开。直通回路关。在主机、冰槽、初级乙二醇泵之间形成循环。夜间制冰时间内，主机切换到制冰工况，把乙二醇泵溶液的温度降低到-5.6℃后进入冰槽，低温的乙二醇溶液和冰槽内的水