大型场馆水蓄冷空调的冷源群控系统设计

大型场馆水蓄冷空调的冷源群控系统设计
发布时间：2022-01-12T03:02:41.898Z 来源：《现代电信科技》2021年第13期作者：倪再玥顾耀李奕[导读] 在日常生活中，空调系统已经成为建筑内不可或缺的设备，随着人们对热舒适度要求的不断提高，建筑内空调设备的数量与耗电量也不断增长，根据最新的调查研究显示，目前建筑 70%左右的用电量为空调系统耗电。

在空调期内，系统负荷主要处于白天电网负荷高峰时段，并且在电网负荷低谷时段停止运行，这极大的增加了电网压力。

水蓄冷空调可以极大缓解电网在高峰时段的负荷压力，并且
降低电厂发电的运行成本，起到节能减排的作用，有益于社会的资源优化配置。

（中通服咨询设计研究院有限公司江苏南京 210019）
摘要：水蓄冷空调系统由于具有平衡电网负荷、降低运行成本等优势，广泛应用于现代建筑中。

本文针对水蓄冷空调系统的四种运行工况，结合深圳国际会展中心的水蓄冷空调系统设计案例，模拟出四种控制策略，提出冷源群控系统设计的技术关键点。

为今后相关设计提供案例及经验支持。

关键词：水蓄冷空调系统；运行策略；冷源群控系统；系统控制引言
在日常生活中，空调系统已经成为建筑内不可或缺的设备，随着人们对热舒适度要求的不断提高，建筑内空调设备的数量与耗电量也不断增长，根据最新的调查研究显示，目前建筑 70%左右的用电量为空调系统耗电。

在空调期内，系统负荷主要处于白天电网负荷高峰时段，并且在电网负荷低谷时段停止运行，这极大的增加了电网压力。

水蓄冷空调可以极大缓解电网在高峰时段的负荷压力，并且降低电厂发电的运行成本，起到节能减排的作用，有益于社会的资源优化配置。

1.项目概况
在粤港澳大湾区已然成为国家战略的大背景下，深圳国际会展中心建设是关系深圳未来发展的重大标志性工程。

该中心总建筑面积158 万平方米，全部建成后室内展览面积达到 50 万平方米，将力压展览面积 49.6 万平方米的德国汉诺威会展中心，成为全球最大会展中心，堪称“世界最大的会客厅”。

2.水蓄冷技术
水蓄冷空调系统的运行主要是在夜间电网负荷低谷时段开启制冷机组给蓄冷池提供冷量制冷，并在白天电网负荷高峰时段开启蓄冷池将夜间储存的冷量提供给建筑物，在满足建筑物冷负荷需求的同时，降低系统高峰时段负荷。

通过水蓄冷空调系统来调节电网峰谷负荷，利用电网负荷低谷时段的电力来填补高峰时段的电力需求，完成负荷的“移峰填谷”，从而缓解电网在高峰时段的负荷压力，达到平衡电网负荷的效果。

此外，水蓄冷空调能够将电价低谷时段的电力来填补电价高峰时段的电力需求，从而降低系统的运行成本，给用户带来良好的经济效益。

3.水蓄冷群控系统设计
3.1 系统组成
本次以深圳国际会展中心2/5号冷站水蓄冷系统为研究对象，整个水蓄冷系统主要由4台冷冻主机（3大1小）， 6台冷却泵（4大2小），4 套冷却塔（3大1小）， 6台一次冷冻泵（4大2小），2套蓄冷池，6台放冷泵（4大2小），7组板换（4大3小）， 9台二次冷冻泵（5大4小）及配套电动阀、传感器组成。

系统根据自动根据不同的工况要求按照设计循序起停不同的设备。

3.2 水蓄冷运行策略
根据场馆试运行数据进行初步估算，本冷站峰值总冷负荷约为 6350RT。

以系统全年运行费用最低为前提，用软件进行运行策略模拟，对本项目在100%、75%、50%、25%负荷工况下的运行数据进行分析，结果如下：
（1） 100%负荷工况的控制策略
图 1 100%负荷工况的控制策略前日 23： 00-7：00 为制冷机组制冷模式，在夜间电价低谷时段开启制冷机组给蓄冷池进行蓄冷。

8： 00-9： 00 蓄冷池单独供冷。

9：00-21： 00 开启 3 至 4 台制冷主机与冷水池联合供冷，。

21：00-22：
00 时段，蓄冷池供冷。

（2） 75%负荷工况的控制策略
图 2 75%负荷工况的控制策略前日 23： 00-7：00 为制冷机组制冷模式，在夜间电价低谷时段开启制冷机组给蓄冷池进行蓄冷。

8： 00-10： 00 蓄冷池单独供冷。

11： 00-19： 00 开启 3 至 4 台制冷主机与冷水池联合供冷，。

20：00-22：
00 时段，蓄冷池供冷。

（3） 50%负荷工况的控制策略
图 3 50%负荷工况的控制策略前日 23： 00-7：00 为制冷机组制冷模式，在夜间电价低谷时段开启制冷机组给蓄冷池进行蓄冷。

8： 00-12： 00 蓄冷池单独供冷。

12： 00-20： 00 开启 3 至 4 台制冷主机与冷水池联合供冷，。

21：00-22：00 时段，蓄冷池供冷。

（4） 25%负荷工况的控制策略
图 4 25%负荷工况的控制策略
在 25%及以下负荷时，目标建筑所需的日冷负荷量低于蓄冷池的蓄冰冷量，因此水蓄冷空调系统关闭制冷机组开启蓄冷池，由蓄冷池单独给目标建筑提供全部冷量。

并在 23： 00-7：00 夜间电价低谷时段，制冷机组根据次日所需的冷负荷制冷，避免不必要的浪费。

系统选择运行工况后，系统自动根据设定预定时间表控制设备按照需要定时切换模式，也可以人工切换各运行模式。

在运行过程中系统也会自动根据实际情况进行模式切换： 1）系统设置总供冷启动点 CHW-ON，当现场情况需要启动冷冻站进行供冷，但并没有设置其它模式时，系统自动切换为蓄冷池供冷模式； 2）系统蓄冷池单独供冷时，若持续 10 分钟板换二次供水总管温度高于设置温度，则自动切换为冷水池与制冷主机联合供冷模式； 3）冷水池与制冷主机联合供冷模式中如果蓄冷池阀门出现无法开启的情况，系统自动切换到单主机供冷模式。

四种运行模式按照蓄冷模式，到单主机供冷模式，冷水池与制冷主机联合供冷模式，蓄冷池供冷模式划分优先等级，优先等级高的模式启动时系统自动关闭优先等级低的工况。

3.3 冷源群控系统控制策略
（1）二次冷冻泵控制：根据冷冻供回水温差和供水压力数据，与设置好的设定值进行对比，并自动进行 PID 运算，控制二次冷冻泵运行频率，运行过程中每隔一段时间根据二次冷冻泵运行频率进行加减泵运算，相继开启冷冻泵与水泵。

（2）放冷泵控制：根据二次冷冻泵的运行数量计算放冷泵的运行数量，根据板换二次侧供水总管温度和供水温度设定值进行对比进行 PID 运算，控制放冷泵的运行频率。

（3）一次冷冻泵控制：一次冷冻泵运行数量与需求开启主机数量保持一致。

当系统处于蓄冷模式时，一次冷冻泵以最大频率运行；当系统处于冷水池与制冷主机联合供冷模式时，如果放冷总流量处于当前运行主机需求最低总流量和最高允许总流量之间，根据放冷总流量和主机供水总管流量进行对比进行 PID 运算，控制一次冷冻泵的运行频率（此模式中如果放冷总流量低于当前运行主机需求最低总流量或高于主机最高允许总流量，主机供水总管流量根据当前运行主机需求总流量进行计算）。

（4）冷却泵控制：冷却泵运行数量与需求开启主机数量保持一致，主机开启前先开启对应数量冷却泵。

冷却塔控制：主机启动后，如果冷却水供水总管温度高于风机启动设定温度，根据主机需求数量先开启同样数量的冷却塔风机，运行过程中根据冷却水供水温度自动进行PID运算和加减计算，调整冷却塔风机运行频率和风机运行数量，如果冷却水供水总管温度低于风机停机设定温度，自动关闭所有冷却塔风机。

（5）水泵前后阀门和主机冷冻、冷却蝶阀控制：系统需要开启某台水泵前先开启此水泵前后电动蝶阀，水泵前后蝶阀开到位状态和整个管道其它与此水泵相关的阀门反馈状态都正常后发出水泵开启命令，需要关闭某台水泵时先发出水泵关闭命令，等水泵运行状态反馈为关后才发出水泵前后蝶阀关闭命令。

系统需要开启某台主机前先开启此主机冷冻、冷却蝶阀，此主机的冷冻、冷却蝶阀开到位状态和其它相关的水泵、阀门运行状态反馈全部正常后才发出主机启动命令，需要关闭某台主机时先发出主机关闭命令，延时 240 秒（可调）后若主机运行状态已经反馈为关闭，再发出冷冻、冷却蝶阀关闭命令。

（6）末端支管供回水阀控制：系统设置每个供冷区供冷总命令，根据末端使用需求定时或人工开启各个供冷命令后，系统自动开启改供冷区的供回水阀门。

（7）蓄冷池进出水阀控制：当系统处于关闭或单主机供冷模式时关闭此阀门，其它情况此阀门保持开启状态。

（8）板换一次侧进水总阀控制：当系统处于关闭或蓄冷模式时关闭此阀门，其它运行模式中此阀门保持开启状态。

（9）板换进出水阀控制：当系统处于关闭或蓄冷模式时，所有板换进出水阀全部关闭，当系统开始供冷时，开启板换二次侧进出水阀和一次侧进水阀，根据每台板换二次侧出水温度和冷冻供水温度设定值对比进行 PID 运算，自动调节一次侧出水阀开度大小，一次侧出水阀设置最小开度 40%，避免放冷泵发生故障。

（10）往其它冷冻站供回水阀门控制：当其它冷冻站需要供冷但主机有故障无法满足使用需要，或由蓄冷池给其它冷站供冷时开启往其它冷冻站供回水阀门。

3.4 冷源群控系统设计
本次深圳国际会展中心 2#冷冻站冷源群控系统图如下：
图 5 2#冷冻站冷源群控系统图
4.结束语
本文结合项目所在地深圳市的电费阶梯价格差，以系统全年运行费用最低为目标，根据试运行阶段的全日负荷数据与逐时负荷系数，用软件模拟得到水蓄冷空调系统的运行策略，然后依据该策略进行水蓄冷空调系统选型，进行冷源群控系统设计，从而实现水蓄冷空调系统的智能化控制，达到最优节能的目标。

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