第6章冷热源与水系统的控制调节

6.4 冷冻水循环系统的控制
系统功能： 通过水的循环，把冷机产生的冷量输送到用冷的末端。 末端包括：空调机的表冷器、风机盘管等各类换热装置。 如果如图6-10那样从冷冻水循环系统的分水缸、集水缸处 把冷冻站和建筑物内的水系统分为两部分，则两部分之间 在任何时刻都一定存在如下基本关系： 1. 冷冻站产生的量＝各末端消耗的冷量之和； 2. 冷冻站里的冷冻水循环量＝末端侧冷冻水循环量； 然而，通过冷机的冷冻水流量与制冷量间的关系和通过末 端的冷冻水流量与末端换热器换热量的关系并不相同，这 就导致了二者的矛盾。然而上述基本关系又必须遵循，于 是上述关系就成为分析冷冻水循环系统的基本出发点。
同样，当安装三台冷机时，只 有当总冷量大于两台冷机的冷 量时，才有可能运行三台。
为此，在图6-12中还给出符合 这一原则的经济运行区。
6.4.2 用冷末端冷量与水量的关系
关系2：用冷末端冷量与水量的关系
末端为换热设备，故冷量须通过 温差传热送出，而平均温差又与 流量有关。
图6-13给出典型空气—水换热设 备，当空气入口参数不变，但风 量不同时，通过冷却器的水量与 释放的冷量间的关系由图中可以 看出：当风量为设计风量时，只 有当水量和冷量达到设计状况 （最大值）时，进出口温差才为 5ºC.
(2)螺杆式压缩机
螺杆式压缩机属于定容积比压缩机，改变其制冷量就要通过改 变其有效排气量实现。齿间容积周期性变化，制冷剂气体的吸 入-压缩-排出的工作过程
这一般都是通过调整滑阀位置来改变其排气量，从而使其制冷 量可以在20％~100％范围内调整。当然当排气量减少时，由于 容积效率降低，压缩机的效率也随之下降。一般来说当排气量 从100％降到20％时，压缩机轴功率仅从100％下降到40％，这 就使COP减少到一半。通过变频改变压缩机转速也可以实现对 冷量的调节。
环水，以排除冷冻机吸收的热量。为了保证冷冻机正常运
行，要求冷凝器内通过不低于一定流速、温度足够低的冷
却水。
通过冷凝 器的流量
出冷凝器 的水温
当换热量Ql时， Ql =G（tout-tin）
出冷却塔进冷 凝器的水温
Ql = KFl
tout - tin ln tl tin
tl tout
冷却水控制要求：tl尽量小，同时tin不低于tin0-下限。 -G↓,温差↑, tl ↑，同时G↓ v ↓K ↓, tl ↑; 但节省的电耗大于冷机效率的损失，可适当降低↓G， 总体节能
图6-3给出三台同样的离心制冷机在不同的制冷量需求下， 单台、两台和三台运行时的COP的变化。
两台冷机COP高，但加一水泵电耗，还是单台电耗低；但 泵可变频调速，两台电耗更低，更有利。
从工况点出发，找最合适冷机运行方案。
6.2.3 冷机最佳运行方案的确定(P142）
要具体得到当前时刻下的最佳运行方案，关键问题就成为 怎样确定当前工况下末端需要的冷量。实测冷冻水循环流 量和冷冻水供回水温差，可以得到当前系统消耗的冷量。
这是早期制冷机和冷站没有完善控制时的情景。这可能使水温远离希望 的工作范围，同时也就不能使被控的建筑热环境维持在要求的范围内。
对冷源进行自动控制调节，就是调节冷源的产冷量，使其在与 末端需冷量平衡的同时，供水温度也维持在要求的范围内，从 而保证被控建筑物的热环境状态。
6.2.1 单台冷机的冷量调节方式与调节能力
➢ 冷热混合水温较高，冷机 效率降低。
➢ 方法：塔布水管增电动通 断阀；风机关，则水路关。
➢ 管道连接，A点压降，不 工作冷却水塔水位下降， 水位差较大，造成溢水
推荐的冷却塔调节方式是：
“均匀布水，风机变频”。
不再改变冷却塔的布水，使各台 冷却塔均匀布水，同时同步地改 变各台冷却塔风机转速，通过均 匀地减少各台冷却塔风量来调节 水温，直到室外温度降低，全部 风机停止运行，冷却塔改为自然 送风。
从图6—3可知，在大多数情况下，冷机的最佳运行方案都不会使某台 冷机工作在最大制冷量下。因此即使对需求冷量的估算偏小，在大多 数情况下也只能使实际的冷机工作状态偏离最佳工况，并且通过优化 运行方案，使系统逐渐接近要求的供码量，而不会反过来使系统的工 况恶化。
6.3 冷却塔与冷却水系统的控制
冷却塔和冷却水泵工作目的就是为了给冷冻机提供冷却循
(4)吸收式制冷机 吸收式制冷机冷量的增加是通过加大供热量，提高高压发 生器温度来实现的。
对于蒸汽型吸收机，加大冷量就要加大蒸汽的流量和压力， 这是通过调节蒸汽进口阀实现的。
对于燃油或燃气作燃料的直燃式吸收机，冷量的调节要通 过燃烧器对燃烧量的调节来实现。目前的燃烧器有比例式 连续调节和“大小火”分段调节两种。
上图冷冻站的顺序启停操作为：
启动过程：启动冷冻水、冷却水循环泵；检查冷冻水系统定 压点压力，如果是补水泵定压，当定压点压力不足时，启动 补水；检查冷却塔水位，当水位偏低时，打开补水阀； 打开冷冻机蒸发器侧水回路的阀门(如果是电动阎，则开启 这一阀门)，使蒸发器侧水流量达到要求值；打开冷冻机冷 凝器侧水回路的阀门(如果是电动阀，则开启这一阀门)，使 冷凝器侧水流量达到要求值； 启动冷却塔； 启动冷冻机。
➢ 随着冷冻机控制技术改善，冷冻水流 量在一定范围内变化已不会对冷机安 全运行带来问题，因此目前大多数冷 机已允许冷冻水变流量运行；
图6-11 制冷量与冷冻水循环量 ➢ 制冷量大时，冷冻水流量大，制冷量
之间的关系
减少时，冷冻水流量可以相应减少。
流量和冷量很大范围内调节， 但进出口温差限于5℃
图6-12--流量和冷量的关系— 图示所有可能的冷机运行区域， 但当安装两台冷机时，如果总 冷量小于一台冷机的制冷量， 就不应运行两台；
(1)离心式制冷机 离心式制冷机具有两个调节冷量的手段：
1. 调节压缩机入口导向阀，改变气态制冷工质进入压缩机 的入口角，从而改变压缩机的有效流量；
2. 调节压缩机转速，从而改变压缩机有效流量。
这两种调节过程在改变压缩机流量的同时还都改变了压缩机流量与 压缩比的关系，但变化的方向却不相同。 改变导向阀，改变压缩机入口角，能大幅度调节流量，但压缩比变 化相对较小；而改变压缩机转速，不仅改变流量，同时大幅度改变 压缩比。这样，对于在给定的蒸发温度、冷凝温度下产生要求的冷 量，只有对入口导向阀和压缩机转速同时进行调节，才能使压缩机 在较高效率下实现所需要的工况；仅采用一个调节手段，尽管也能 够实现所要求工况，但当工况变化时，压缩机效率将有所降低。
源自文库
(3)活塞式压缩机
与螺杆机不同，活塞压缩机是定容积压缩，也就是其活塞 每往复一次，其体积流量基本不变。要通过改变制冷剂流 量来改变制冷量，就要改变工作的汽缸数目和改变压缩机 运行台数。
目前的活塞压缩机的控制器正是这样来调节冷量的：
› 当供水温度偏低时，减少工作的汽缸数，直至改变运行的 压缩机台数；当供水温度偏离时，逐个恢复停止工作的汽 缸，直至再启动一台压缩机。
6.2.2 多台冷机的冷量调节
无论哪种制冷机，通过自身控制器的容量调节，都可以 在一定的制冷量范围内维持所要求的供水温度。但产生不 同的制冷量时，制冷机的效率不同。 图6-2为某种离心制冷机COP随负荷率的变化。
制冷机的性能系数COP-(coefficient of perfermance) 压缩功w和蒸发吸热量q0，输出量qk。 单位质量制冷量q0与绝热压缩功w之比 COP=q0/w=(qk-w)/w,越大则产同等冷 量的功耗越少，一般都>1
➢ 这一系统由3台水冷式冷水机组作为冷源，提供空调冷冻 水；2台燃气锅炉作为热源，在冬季提供采暖热源。
➢ 与冷冻机相配合，有3台冷却水循环泵和6台冷却塔，以及 3台冷冻水循环泵；在冬季燃气锅炉启动后，由于水量减 少，系统阻力降低，因此改用2台采暖循环泵为热水循环 提供动力。
➢ 为了保证水系统定压，还有一台补水泵，向系统定压水箱 内补水，维持其水位，补足水系统的泄漏。
工作不当。
不正确冷水系统为：-冷水量减少/增加水泵电耗
➢ A. 冷水泵两侧加装旁通调节阀。 ➢ B. 冷水泵两侧并联旁通调节阀。 ➢ 每台冷冻机冷却水回路上安装“恒流式自动流量调节阀”。
➢ 冷却水温度过低，冷却塔解决。 ➢ 原则：不低最低温，尽可能降
低冷却塔出口温度，减少风机耗 电。 ➢ 各台冷却水通过统一的供回水 管。
开启顺序：
先启动外围设备，最后启动核心设备 外围设备:
核心设备：
--冷水机组
6.2 制冷机的冷量调节和台数启停控制
作为冷源，其基本要求就是向建筑物提供所要求的冷量。 而建筑物需要的冷量是随着建筑使用状况和室外气候状况不 断变化的，随之也要求冷源产生的冷量能够不断变化。
若冷源不能及时相应调节，则当需要的冷量小于冷源产生的 冷量时，冷机的供水温度不断↓ ， ↓冷源产冷量，并↑用冷 末端(空调机、风机盘管)耗冷量，最终实现平衡。 当需要的冷量大于冷源产冷量时，冷机的供水温度↑ ，从而 ↑冷源产冷量，↓末端耗冷量，最后也处平衡状态。
第6章 冷热源与水系统的控制调节
本章要点： 由换热站、锅炉、制冷机、冷热水循环系统、冷却塔等构成 的建筑物冷热源与水系统的控制调节。
这一部分系统和设备，消耗了80％以上的建筑热环境控制 系统的能耗，是建筑节能工作的主要目标，并且对建筑物内 实现良好的室内环境控制起重要作用。这一系统的优化调节 和安全保护也是建筑自动化系统的主要任务之一。
冷源的冷量调节是通过单台制冷机的冷量调节和调整运行 台数实现的。目前各类制冷机大都具有较强的冷量调节能 力，通过改变自身的制冷量，使供水温度维持于给定的供 水温度设定值。但形式不同，冷量调节方式也各不相同。 (1)离心式制冷机 (2)螺杆式压缩机 (3)活塞式压缩机 (4)吸收式制冷机
6.2.1 单台冷机的冷量调节方式与调节能力
通过这一章的学习，希望掌握：
(1) 冷热源与水系统正常的启停与工况转换过程的控制与保护； (2) 冷机的优化控制； (3) 冷却塔与冷却水系统的优化控制； (4) 冷冻水循环系统的优化控制； (5) 蓄冷系统的优化控制。
6.1 冷热源系统的基本启停操作与保护
图6-1及表6-1、表6-2为典型的由水冷式冷水机组和燃气 锅炉组成的冷热源站的工艺流程及相关的控制与保护回路。
6.4 冷冻水循环系统的控制
关系1：冷冻机侧冷量与水量的关系
定流量工况下，经过蒸发器的冷 冻水流量不变
冷冻机的制冷量可据回水温度的 高低按不同的6.2章节中的调节方 法，一定范围内调节。
图6-10 将冷冻水系统分为冷冻 站侧和末端侧两部分示意图
1. 离心式制冷机： 1. 调节压缩机入 口导向阀和入口角，改变有效流 量； 2. 调节压缩机转速
同样制冷量下，冷凝温度越低，制冷机效率越高。冷凝温度过低引起润 滑油温过低（溴化锂结晶）才影响冷冻机正常运行。
冷却水泵变频控制，不同制冷量下，冷却水量变化，冷却水泵的功率和 制冷机电耗的变化。 存在着最合适的冷却水流量，可是冷机和冷却水泵总电耗最小。how？？
如上原则，冷却水泵的控制规则为：
➢ 不采用变频泵：“一机对一泵”，达设计流量。机停泵停。 ➢ 下图方式连接，冷机冷却水侧—电动通断阀，泵开阀通，泵关阀断。 ➢ 否则开启的泵部分水量通过停止冷机，而致使冷却水量不足，造成
图6-13 空气-水换热设备换热量 与水量之间的关系
根据图6-13的基本关系，下面讨论 不同控制方式的多台末端装置 共同产生的冷量与水量间关系(P147)。
停止过程：停止冷冻机； 10-20min后，停止相关的冷冻水 阀门，停止水流通过; 在需要时，同时停止冷却塔风机。冷 却水循环泵；同时关闭蒸发器、冷凝器水侧的对于锅炉房设 备，也需要进行类似的顺序启动和顺序停止的操作。
思考：水流开关的作用，补水的方法？
水流开关的电气接线：串联在制冷机启动回路上
起到流量保护作用
2.螺杆式压缩机 ：改变其有效排气量 3.活塞式压缩机 ：改变汽缸数目和压
缩机运行台数
4.吸收式制冷机：冷量增加通过加大 供热量，提高高压发生器温度
6.4 冷冻水循环系统的控制
关系1：冷冻机侧冷量与水量的关系
➢ 图6-11可看出，此时进出口水温差只 有在单机运行于最大负荷时才能达到 5ºC，多数情况下随着单机负荷率降 低，进出口水温差也减小。