第5章 冷热源系统的控制讲解
空调系统的冷热源精品PPT课件
统） 4、直燃式溴化锂冷水机组+空调机组组成的集中式
和半集中式空调系统 5、地源热泵空调系统 6、冰蓄冷低温送风空调系统
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1、水冷冷水机组+锅炉+空调末端
该种方式组成的集中式和半集中式空调系统，是 国内目前应用最广的一种空调系统和冷热源组合方式。
王卫民
2014年11月
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目录 一、简介 二、空调系统与冷热源
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一、简介
最近十几年，国内外的空调技术 有了飞速的发展，新技术、新系统、 新设备不断涌现，其节能性、环保性、 经济性、舒适性令人耳目一新。
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地源热泵系统、冰蓄冷低温送风系统、空 调大温差系统、电蓄热系统、无风道诱导通风 空调系统、VRV系统、变风量系统、建筑围护 结构蓄热系统、变水量系统等相继进入市场， 使得原来形式简单、能耗居高不下的空调系统 和空调设备面貌焕然一新，呈现出百花齐放、 满园春色的新景象。
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尤其是近几年，这些新技术、新设备也陆续 在重庆得到了开发和应用，取得了令人刮目相看 的成果，其突出的经济性，节能性和对环境的保 护，使得愈来愈多的设计项目采用了这些新技术 和新设备。
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二.空调系统与冷热源
采用不同的空调冷热源可以构成不同的 空调系统：
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常见的空调系统：
1、水冷冷水机组+锅炉+空调末端 2、风冷冷热水机组+空调末端组成的集中式和半集
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
此外，离心式冷水机组的工况范围比较 狭窄。单级离心式冷水机组中，冷凝压力不 宜过高，蒸发压力不宜过低。其冷凝温度一 般控制在40℃左右，冷凝器进水温度一般在 32℃左右；蒸发温度大致在0~10℃之间，用 得较多的是0~5℃，蒸发器冷水出口温度约为 5~7℃左右。
空调冷热源分解课件
空调冷热源的重要性
01
冷热源是决定空调系统性能和效 率的关键因素，其选择和设计直 接影响到建筑物的能耗和室内环 境质量。
02
合理的冷热源配置可以降低建筑 能耗，提高室内环境的舒适度， 同时也有助于实现节能减排和绿 色建筑的目标。
空调冷热源的类型
集中式冷热源
包括大型冷冻站、热力站等，通过集 中供应冷/热量来满足大面积的冷/热 需求。
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空调冷热源的发展趋势
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冷热源群控系统
冷源控制系统（YC）采用目前比较科学的控制方案，通过采集运行机组的负荷及供水温度参数来选择机组的开启台数。
该控制方案为“模糊控制”模式，可以任意选取运行时间较短的机组运行，也可以根据发生的故障自动切换到另一制冷组运行，达到节能和自动控制的最优化。
案例分析原理图大 机组板换大机组板换大机组板换小机 组板换小机组板换冷却水冰水蓄冷罐一次泵一次泵一次泵一次泵一次泵五台二次泵供水总管源控冷热源系统智能控制原理说明: (一)YC监控系统定义和说明✧控制模式：该系统分为三种控制模式，分别是手动模式，单机模式（一键启停），群控模式（一键启停）。
(1)手动模式：根据控制要求，BA在控制界面做了控制模式的选择，可以选择群控模式或者单组模式，当在单组模式情况下，点击每一个制冷组切换到单组手动，就能分别对冷冻水蝶阀，冷却水蝶阀，旁通蝶阀，二次泵、冷却塔等进行单点启停控制。
(2) 单机模式：该控制按键分别在每个冷水机组里面可以进行选择模式，在单机模式情况下，您可以通过一键启停键为该机组一套的设备进行联动控制（对应该冷水机组的蝶阀，水泵，冷却塔等）(3) 群控模式：控制逻辑是利用每台机组的负荷和冷冻水供水温度来控制加减机的。
✧制冷组启动顺序：所有制冷组均以制冷模式启动运行，制冷组控制器将发送顺序启动命令，启动依次：开启冷却水电动阀、冷冻水电动阀——冷却塔——冷却水一次泵——冷冻水一次泵——开启冷水机组。
✧制冷组关机顺序：与启动顺序刚好相反。
✧一旦主管理器（冷冻站内设置）失效，操作员应能够通过就地安装在制冷组控制器上的H-A-O(手动-自动转换)开关操作。
(二)冷水机组控制要求：✧制冷组故障转换：制冷组中任何一个设备故障报警需要按序停止制冷组，然后启用备用制冷组启动加入系统制冷运行。
✧制冷组的加减载：1）加载条件：制冷组运行时，冷冻站管理器将监测冷冻机压缩机的运行效能，当运行效能达到加载条件，（如：额定容量的95%以上持续时间5分钟（时间可调），且冷冻水供水温度大于10℃时），冷冻站管理器将增加开启下一组制冷组。
冷热源系统
冷热源系统冷源系统由冷水机组、冷却水系统、冷冻水系统组成。
冷却水系统的监控冷却水系统的作用是为冷水机组的冷凝器提供冷却水，吸收制冷剂的冷凝热量，并将冷凝热量转移到大气中去。
冷却水系统由冷却水循环泵、管道及冷却塔组成。
冷冻水系统的监控冷冻水系统的作用是为冷水机组的蒸发器提供的冷量通过冷冻水输送到各类冷水用户（如空调和风机盘管）冷冻水系统由冷冻水循环泵、集水器、分水器、管道系统等组成。
压缩式制冷系统的监控1、启停控制和运行状态显示2、冷冻水进出口温度、压力测量3、冷却水进出口温度、压力测量4、过载报警5、水流量测量及冷量记录6、运行时间和启动次数记录7、冷冻水旁通阀压差控制8、冷冻水温度再设定9、台数控制在冷水机组开启时，必须首先开启冷却水和冷冻水系统的阀门和水泵、风机。
保证冷凝器和蒸发器中有一定的水量流过，冷水机组才能启动。
冷水机组都随机携带有水流开关，水流开关的电气接线要串联在制冷剂的启动回路上。
当水流达到一定流速值，水流开关吸合，制冷机组才能被启动。
制冷机停机后，应延时一段时间（约3-5分钟），再停止冷却水和冷冻水系统的运行。
冷负荷计算Q=cM(T供-T回)c为比热容水4.1868KJ/kg，M为总管流量制冷机组台数控制规则若Q<=qmax（N-1）,则关闭关闭一台冷冻机及相应循环水泵。
若Q>=0.95qmaxN,且冷冻机出水温度在△t时间内高于设定值，则开启一台主机及相应循环水泵。
若qmax（N-1）<Q<0.95qmaxN则保持现有状态。
锅炉系统设备包括热源、热交换器及热水循环三部分。
热交换部分的监测热交换器根据热水循环回路出水温度实测值及设定温度，对热源测蒸汽/热水回路调节阀开度进行控制，以控制热水循环回路出水温度。
热交换器启动时一般要求先打开二次侧蝶阀及热水循环泵，待热水循环回路启动后在开始调节一次侧蝶阀，否则容易造成热交换器过热、结垢。
第五章课件冷热源系统节能运行
（5-1）
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（5-2）
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（5-33）
本章小结Βιβλιοθήκη 本章主要讲述冷热源系统的节能运行技术，主机变容量 调节技术，冬夏工况转换，冷却水系统运行节能，水源 热泵运行控制，空调蓄冷主机运行策略，以及冷热电联 供能耗评价指标等。 本章的重点是冷热源主机变容量调节和热泵节能运行技 术。
水环热泵空调系统组成及原理
水环热泵（Water Loop Heat Pump）系统于上个世 纪60年代出现在美国的加利福尼亚，故也称加利福 尼亚系统。
图5.10运行工况
（a）冷却塔全部运 行；（b）冷却塔部 分运行；（c）热收 支平衡； （d）辅助热源部分 运行；（e）辅助热 源全部运行 1-水/空气热泵机组； 2-冷却塔；3-辅助热 源；4-循环泵
（5-3）
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（5-4）
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（5-5）
5）电锅炉 OEER=0.304 （5-6）
5.2 冷热源系统节能运行
5.2.1 冷源主机变容量调节方式
图 5.2 离心式制冷压缩机容量调节示意图
5.2.2 空调制冷主机部分负荷性能要求
表 5-2 类型 冷水（热泵）机组综合部分负荷性能系数 额定制冷量（kW） <528 螺杆式 水冷 离心式 528~1163 >1163 <528 528~1163 >1163 综合部分负荷性能系数 （IPLV） （W/W） 4.47 4.81 5.13 4.49 4.88 5.42
中央空调冷热源群控系统PLC逻辑控制说明
一、冷机启停逻辑（DDC内控制程序）1、冷机启动→平台选择了冷机模式，并且发送了启动命令（开始计时）→水泵、冷却塔、冷机没有故障，且没有切为本地，否则报故障，机组停机，切机→冷机模式对应的1个阀门开到位，否则报故障，机组停机，切机→冷却塔进水阀开度>80%，否则报故障，切机→开启冷却水循环泵，冷却水循环泵频率>（设定启动频率-5）→开启冷却塔，冷却塔频率>25HZ→开启冷冻水泵，冷冻水泵频率>（设定启动频率-5）→开启冷机，系统运行状态返回（计时清零，正常启动完成，如果超过3分钟没有状态返回，启动故障处理程序）→冷机启动完成2、冷机关闭→平台选择了冷机模式，并且发送了关机命令（开始计时）→给冷机发送关机指令，冷机停机，冷机运行状态为OFF，开始计时→计时时间=300S（5分钟），关闭冷冻水循环泵→计时时间=360S（6分钟），冷冻水泵运行状态为OFF，关闭冷却水循环泵→冷冻水流量<20且冷却水流量<20，关闭冷却塔→冷机关闭完成3、板换启动→平台选择了板换模式，并且发送了启动命令（开始计时）→水泵、冷却塔、冷机没有故障，且没有切为本地，否则报故障，机组停机，切机→板换模式对应的4个阀门开到位，否则报故障，机组停机，切机→冷却塔进水阀开度>80%，否则报故障，切机→开启冷却水循环泵，冷却水循环泵频率>（设定启动频率-5）→开启冷却塔，冷却塔频率>25HZ→开启冷冻水泵→板换启动完成4、板换关闭→平台选择了板换模式，并且发送了关机命令（开始计时）→计时时间=30S（半分钟），关闭冷冻水循环泵→计时时间=60S（6分钟），冷冻水泵运行状态为OFF，关闭冷却水循环泵→冷冻水流量<20且冷却水流量<20，关闭冷却塔→板换关闭完成二、冷机故障切换逻辑1、故障条件➢大前提：制冷单元发送了开机命令或者在运行中➢设备（冷机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔）切换到本地模式➢设备（冷机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔）故障➢冷机断电（延时10S（可设置）时间没有恢复）。
空调冷热源系统
大纲一、集中空调冷热源系统的各部分组成以及原理二、为什么要对冷热源系统进行自动控制三、楼宇自控的原理以及如何在冷热源系统中进行楼宇自控四、设计一个冷热源自动控制的实例五、总结摘要：集中空调冷热源系统随着人民生活水平的不断提高，人们对居住环境、办公环境的舒适性、美观性等的要求也越来越高，在新建和改建的民用建筑设计中，越来越多的业主要求设计集中性空调系统。
集中性空调系统主要由空调房间、空气制冷设备、送风回风管道以及冷热源系统组成。
其中冷热源在集中性空调系统中被称为主机，一方面是因为它是系统的心脏；另一方面，它的能耗也是也是构成系统总能耗的主要部分。
因此对集中空调系统冷热源的选择关系着整个集中空调系统设计的优劣，也关系到业主在使用过程中的费用。
一、冷热源系统的工作原理及组成此系统为一级泵变流量系统，冷水机组与冷水泵、冷却水泵、冷却塔为一对一方式运行。
冷水泵、冷却水泵均设三台，为两用一备，可根据冷水机组及冷却塔工况切换运行。
（一）冷热源机房的组成：1.冷水机组：这是空调系统的制冷源，通往各个房间的循环水由冷水机组进行“内部交换”，降温为“冷却水”。
2.冷却塔：利用空气同水的接触（直接或间接）来降低水的温度，为冷水机组提供冷却水。
3.外部热交换系统：由两个循环水系统组成——1)冷冻水系统：由冷冻水泵和冷冻水管道组成。
从冷水机组流出的冷冻水由冷冻水泵加压送入冷冻水管道，在各房间内进行热交换，带走房间热量，使房间的温度下降。
2)冷却水系统：由冷却水泵和冷却水管道组成。
冷水机组进行热交换，使冷冻水温度降低的同时，释放大量的热量。
该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。
冷却水泵将升温冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降温后的冷却水送回至冷却机组。
如此不断循环，带走冷水机组释放的热量。
4.膨胀水箱及补水泵：为了补偿闭式系统中存水因温度温度变化而引起的体积膨胀余地并有利于系统内的空气排除而设置膨胀水箱。
集中空调系统中冷热源
1.一级泵变水量系统的控制 （1）压差控制的基本原理 当空调机组、风机盘管都采用电动两通阀的 空调水系统时，负荷侧属变流量系统，冷源侧需 要定流量运行。因此，在供、回水管之间需加一 旁通阀。当负荷流量发生变化时，供、回水干管 间压差将发生变化，通过压差信号调节旁通阀开 度，改变旁通水量，一方面恒定压差，同时也保 证了冷源侧是定水量。
小知识
2.控制规律： （1）一般小型制冷装置系统 双位控制 比例控制 （2）复杂的大型空调用制冷装置 PID 智能控制
3.BAS对冷水机组（自身已具有控制系统）监控 的方式有三种： 1）不与冷水机组的控制器通信，而是另 外在冷冻水、冷却水管路安装水温传感器、流 量传感器。 2）采用主机制造商提供的冷冻站管理系 统。
注意事项： 压差传感器的两端接管应尽可能的靠近旁 通阀两端并应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 性。 压力传感器精度一般以不超过控制压差的 5%～10%为宜。目前常用的产品中，此精度 大多在10～14Pa之间。
（2）冷冻机的台数控制 操作指导控制 压差控制 恒定供回水压差的流量旁通控制法 回水温度控制与冷量控制。
1.冷水机组台数控制 （1）一般基于冷量 控制原理控制冷冻机 台数，传感器的设置 原则同一级泵。
图5-23 二级泵变水量系统
（2）同样，也可以根据供、回水温度控制冷水机 组台数。用户侧流量与冷冻机蒸发流量的关系可通 过温度 t 2 、t 3 、 t 4 和 t 确定。 1）当 t 2 > t 4 ，t 3 = t 5 时，通过蒸发器的流量大于用 户侧流量，由于冷水机组的制冷量 q m 0 等于用户侧空 调负荷 q m ，即
2.多台冷水机组的顺序控制 冷水机组起动： 冷却塔碟阀→冷却塔风机→冷却水泵→冷冻水碟阀 →冷冻水泵→冷水机组起动； 停机过程与开机相反。 各动作之间仍需要考虑延时。 如果设置了水流开关，其控制作用同上。
空调冷热源系统
大纲一、集中空调冷热源系统的各部分组成以与原理二、为什么要对冷热源系统进行自动控制三、楼宇自控的原理以与如何在冷热源系统中进行楼宇自控四、设计一个冷热源自动控制的实例五、总结摘要：集中空调冷热源系统随着人民生活水平的不断提高,人们对居住环境、办公环境的舒适性、美观性等的要求也越来越高,在新建和改建的民用建筑设计中,越来越多的业主要求设计集中性空调系统.集中性空调系统主要由空调房间、空气制冷设备、送风回风管道以与冷热源系统组成.其中冷热源在集中性空调系统中被称为主机,一方面是因为它是系统的心脏；另一方面,它的能耗也是也是构成系统总能耗的主要部分.因此对集中空调系统冷热源的选择关系着整个集中空调系统设计的优劣,也关系到业主在使用过程中的费用.一、冷热源系统的工作原理与组成此系统为一级泵变流量系统,冷水机组与冷水泵、冷却水泵、冷却塔为一对一方式运行.冷水泵、冷却水泵均设三台,为两用一备,可根据冷水机组与冷却塔工况切换运行.（一）冷热源机房的组成：1.冷水机组：这是空调系统的制冷源,通往各个房间的循环水由冷水机组进行"内部交换〞,降温为"冷却水〞.2.冷却塔：利用空气同水的接触〔直接或间接〕来降低水的温度,为冷水机组提供冷却水.3.外部热交换系统：由两个循环水系统组成——1)冷冻水系统：由冷冻水泵和冷冻水管道组成.从冷水机组流出的冷冻水由冷冻水泵加压送入冷冻水管道,在各房间内进行热交换,带走房间热量,使房间的温度下降.2)冷却水系统：由冷却水泵和冷却水管道组成.冷水机组进行热交换,使冷冻水温度降低的同时,释放大量的热量.该热量被冷却水吸收,使冷却水温度升高.冷却水泵将升温冷却水压入冷却塔,使之在冷却塔中与大气进行热交换,然后再将降温后的冷却水送回至冷却机组.如此不断循环,带走冷水机组释放的热量.4.膨胀水箱与补水泵：为了补偿闭式系统中存水因温度温度变化而引起的体积膨胀余地并有利于系统内的空气排除而设置膨胀水箱.同时能起到补水箱的作用,当系统冷冻水由于蒸发等因素减少时向系统补充水量.（二）工作过程：1.系统启动顺序：冷却塔风扇启动,开冷却塔水阀,启动冷却水泵,延时30s后开冷冻水阀,启动冷冻水泵,延时30s,启动冷水机组.系统关断方式取相反顺序.2.制冷工作过程：制冷剂在冷水机组循环,压缩机出来的冷媒〔制冷剂〕,流经冷凝器降温降压,冷凝器通过冷却水系统将热量带到冷却塔排出,冷媒继续流动经过节流装置,成低温低压液体,流经蒸发器吸热,再经压缩,在蒸发器的两端接有冷冻水循环系统,制冷剂在此次吸的热量将冷冻水温度降低,使低温的水流到用户端,再经过见机盘管进行热交换,将冷风吹出.二、设备的选择〔一〕冷水机组的选择民用建筑集中空调用冷水机组一般采用压缩式制冷机组和溴化锂吸收式制冷机组.压缩式冷水机组又分为活塞式冷水机组、螺杆式冷水机组、离心式冷水机组.溴化锂吸收式冷水机组又可分为蒸汽溴化锂吸收式冷水机组和直燃溴化锂吸收式冷热水机组.1、活塞式冷水机组活塞式冷水机组属于容积式制冷压缩机组,是通过气缸容积在往复运动过程中的变化来达到对冷媒进行压缩的目的.具有价格低廉、制造简单、运行可靠、使用灵活方便等优点.活塞式冷水机组用于民用建筑中的单机制冷量X围大约为30-300KW,单机容量较小,适用于小型空调机组.为不断满足民用建筑日益增大的要求,近年来活塞式冷水机组容量有不断增加的趋势.最常见的增加活塞式冷水机组容量的方法就是采用多台压缩机联合运行的方式,在一些产品中,压缩机的台数组合较多,总制冷量可达1500KW以上.与其他电动型机组相比,活塞式冷水机组制冷效果较低.2、螺杆式冷水机组螺杆式冷水机的功率与相比活塞式的相对较大,典型制冷量X围在700-1000KW,主要应用于中央空调系统或大型工业制冷方面.螺杆式压缩机是一种回转容积式压缩机,具有结构简单、体积小、重量轻等优点.通过对滑阀的控制,可以在15%-100%X围内对制冷量进行无级调节,且在低负荷时效能较高,对于民用建筑的空调负荷具有较好的适应性.同活塞式机一样,一些螺杆式机组也采用多台联合运行的方式,有的总制冷量可达到2500KW以上.螺杆式压缩机分为双螺杆式压缩机和单螺杆式压缩机.双螺杆式压缩机内有一对相互啮合的阴阳转子,转子旋转时,阴阳转子齿间容积由于齿的互相啮合逐步缩小,气态冷媒得到压缩.单螺杆式压缩机由一个主动转子和两个星轮组成,它的吸气、压缩、排气三个连续过程是靠转子、星轮旋转时产生周期性的容积变化来实现的.相比双螺杆式压缩机,单螺杆式压缩机寿命更长,重量更轻,噪音更小,维修更易,制冷系数更高.3、离心式冷水机组离心式冷水机组是目前大中型民用建筑集中空调系统中应用最广泛的一种机组,尤其是单机制冷量大于1000KW时,这时的离心式机组效率高于螺杆式机组,当制冷量低于700KW时,离心式冷水机组的能效比明显降低.离心式压缩机通过叶轮上叶片的高速旋转驱动气态冷媒高速运动,并产生一定的离心力,将气体自叶轮中心向外抛出,速度增大,压力得以提高.离心式压缩机的单机制冷量一般在1000-35000KW之间,具有重量轻,制冷系数高,容量调节方便,噪声低等优点.但当负荷太低〔小于20%〕时,有可能发生喘振现象,使得机组运行工况恶化.4、吸收式冷水机组与压缩式制冷机以电为能源不同,吸收式制冷机是以热为能源.在民用建筑空调制冷中,吸收式制冷所采用的工质通常为溴化锂水溶液,其中水为制冷循环用冷媒,溴化锂为吸收剂.因此,通常溴化锂制冷机组的蒸发温度不低于0℃,在这一点上溴化锂制冷的适用X围不如压缩式制冷,但对于民用建筑空调6-7℃的冷水温度来说还是适用的.溴化锂制冷机组的一大优点即是节省电能,它的用电设备主要是溶液泵,电量大约为5-10KW,大大低于压缩式制冷机组的用电量.该机组的另一大特点是由于传热面积大,传热温差小,因而机组对冷却水温的要求不如压缩制冷机来的严格,冷却水温的变化对制冷量影响较小,故而运行工况更加稳定.同时溴化锂制冷机组的容量调节X围为10-100%,略大于压缩式制冷机组.（二）冷却塔的选择冷却塔冷却塔一般主要由填料〔亦称散热材〕、配水系统、通风设备、空气分配装置、挡水器〔或收水器〕、集水槽〔或集水池〕等部分构成.利用空气同水的接触〔直接或间接〕来冷却水,将携带废热的冷却水在塔体内部与空气进行热交换,使废热传输给空气并散入大气中.冷却塔台数一般应和制冷机台数相同,无需设置备用塔.小型水冷柜式空调机,也可多台机组合用一台冷却塔,当选用多台水塔时尽量选择同一型号.目前常用的一般冷却塔有圆形逆流式和方形横流式.1.圆形逆流式冷却塔圆形逆流式冷却塔采用逆流式气热交换技术,填料采用优质的改性聚氯乙波片,以扩散淋水面积；通过旋转布水方式,实现布水均匀,增强冷却效果.2.方形横流式冷却塔方形横流式冷却塔采用两侧进风,靠顶部的风机,使空气经由塔两侧的填料,与热水进行介质交换,湿热空气再排向塔外.填料采用两面有凸点的点波片,通过安装头使点波片粘结成整体,以提高刚性,两面的凸点还可避免直接滴水,因此提高了水膜形成能力,填料尾部设有收水措施.相比圆形逆流式冷却塔,方形横流式冷却塔水损失率更小,通风面积更大,冷却效果也更好.最大的一个好处是,其布水器是固定的,不像圆塔式的旋转布水器需要水流来推动,当水量减少时,水流分布仍是均匀的,且水流流速会相对更慢一些,能取得更好的冷却塔降温效果,因而非常适用于冷却水泵采用变频调节的系统.为什么要对冷热源系统进行自动控制一、什么是楼宇自动化控制系统近年来国内高层建筑不断兴建,它的特点是高度高、层数多、体量大.面积可达几万平方米到几十万平方米.这些建筑都是一个个庞然大物,高高的耸立在地面上,这是它的外观,而随之带来的内部的建筑设备也是大量的,如空调设备、照明设备与绘排水系统的设备等.这些设备多而散：多,即数量多被控制、监视、测量的对象多,多达上百到上万点；散,即这些设备分散在各层和角落.如果采用分散管理,就地控制,监视和测量难以想象.为了提高设备利用率,合理地使用能源,加强对建筑设备状态的监视,节省人力,确保设备的安全运行,自然地就提出了楼宇自动化控制系统.楼宇自动化控制系统能够自动控制建筑物内的机电设备.通过软件,系统地管理相互关联的设备,发挥设备整体的优势和潜力,提高设备利用率,优化设备的运行状态和时间,从而可延长设备的服役寿命,降低能源消耗,减低维护人员的劳动强度和工时数量.最终,降低了设备的运行成本.二、冷热源系统中的自动控制（一）冷热源系统监控目的自动控制、监视、测量是建筑设备管理的三大要素,其目的是正确掌握建筑设备的运转状态、事故状态、能耗、负荷的变动等,其目的是正确掌握建筑设备的运转状态、事故状态、能耗、负荷的变动等.其中对冷热源系统实施自动监控能够与时了解各机组、水泵、冷却塔等设备的运行状态,并对设备进行集中控制,自动控制它们的启停,并记录各自运行时间,便于维护.如果这些工作还是由人工来进行操作,那么会浪费大量的人力资源,而且工作起来会很不方便,如果工作人员在工作上产生疏忽时,将会造成能量的极大浪费和不安全因素.通过对冷热源系统实施自动监控,可以从整体上整合空调系统,使之运行在最佳的状态.多台冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵和冷却塔、热水机组、热水循环水泵或者其他不同的冷热源设备可以按先后有序地运行,通过执行最新的优化程序和预定时间程序,达到最大限度的节能,同时可以减少人手操作可能带来的误差,并将冷热源系统的运行操作简单化.集中监视和报警能够与时发现设备的问题,进行预防性维修,以减少停机时间和设备的损耗,通过降低维修开支而使用户的设备增值.另外冷热源系统可以根据被调量变动的情况,给系统增减热量或者冷量,因此可以降低能耗,节省能源尤其在使用电子计算机之后既可大力节省人力,又可节省能源.一般认为可节约能源25％.根据日本电气学会技术报告说：使用电子计算机的管理系统的效果与不使用的效果相比,维修保养人员可减少约30％.这里讲的节能是在必要能源的最高利用率上所采用的节能方法.此运转控制所采用的方法主要有：机械的有效运转；变更室内温湿度的条件；把设备运转时间控制在最小限度等.在一幢大楼内电气的消耗率占整个能源消耗的70％~90％,所以节能首先应从电气方面着手,降低电能的消耗. （二）冷热源的监测与自动控制的主要功能1.基本参数的测量参数的测量是使冷热源系统能够安全正常运行的基本保证.冷热源系统中的基本参数包括：各机组的运行、故障、手自动参数；冷冻水、热水循环系统总管的温度、流量,有的会同时考虑压力；冷冻水泵、热水循环水泵的运行、故障、手自动参数；冷却水循环系统总管的温度、冷却水泵和冷却塔风机的运行、故障、手自动参数；分集水器之间旁通阀的压差反馈；以与冷冻、冷却水路的电动阀门的开关状态.2.基本的能量调节主要是机组本身的能量调节,机组根据水温自动调节导叶的开度或滑阀位置,给系统增减热量或者冷量,电机电流会随之改变.3.冷热源系统的全面调节与控制.即根据测量参数和设定值,合理安排设备的开停顺序和适当地确定设备的运行台数,最终实现"无人机房〞.这是计算机系统发挥其可计算性的优势,通过合理的调节控制,节省运行能耗,产生经济效益的途径,也是计算机控制系统与常规仪表调节或手动调节的主要区别所在.（三）冷热源系统自动监测的基本数据冷热源系统的能耗主要由机组电耗与水泵电耗构成.由于各冷冻水、热水末端用户都有良好的自动控制,那么机组的产冷热量和产热量必须满足用户的需要,节能就要靠恰当地调节机组运行状态,降低循环泵电耗来获得.为了实现上述目标,我们可以通过系统编程,完成特定的操作顺序,如：设备自动启停、设备保护、数据转发和报警,来实现机组的高效运行,为机组提供适当的自动监测控制,其中包括：1.自适应启停最大限度地减少设备的能耗,冷冻水、热水温度和过去的冷热负荷惯性/反应时间,来自动调节机组－水泵的启/停时间表.按照最优启/停时间来控制水泵和机组.2.机组排序/选择用户可以自行选定机组,并安排其顺序.系统将自动预测冷热负荷需求/趋势,并根据过去的能效、负荷需求、机组－水泵的功率和待命机组的情况来自动选择设备的最优组合.用户可以交替地选择最优/同等的机组运行时间.冷冻水阀门将按照机组的选定情况来开/关.用户可以在某个现场位置启动机组,也可以选择自动启动.任何机组得到开机命令却未能启动的,应按指定要求发出报警.3.最优机组负荷分配系统将根据能效和最优设备组合来自动为每台机组分配负荷.控制系统在保持供水设定值状态的同时,会优化机组的负荷分配.4.水温重设对于单台机组或一般供水情况,保持冷冻水缸内的供水温度恒定<例如：冷冻水供水温度7°C,热水供水温度50°C>.5.低负荷控制不允许单台机组在低于可选工况点<如30%的负荷>下运行,除非只有单台冷水机用于承担冷负荷.当冷负荷低于25%时,系统将选择机组启停控制,以便充分发挥其能效；或根据冷热负荷惯性/反应时间和档案数据来选择连续运行.6.断电后自动启动当发生断电时,所有设备将停机一段时间,这段时间的长短可以选定.然后,设备将依次启动,以最大限度地减少功率的峰值需求.7.备用机组的自动启动当机组或辅助设备不能启动,或因紧急故障而停机时,备用机组与其相关辅助设备应自动启动. 8.故障报警系统靠正反馈和/或紧急故障电路来识别并确认机组、泵的故障.同时将显示报警信息.9.机组电动水阀控制电动阀于机组启动前开启,于机组关闭后关上.10.水泵排序、控制和保护水泵先于机组启动,确认相关电动水阀开启后随即启动,水泵于机组关闭后停止.根据冷热负荷需求来排序,在同等条件下还需要根据累计运行时间来进行进一步排序.水泵启动后,水流开关检测水流状态,如故障则自动停机,备用水泵自动投入运行.。
第5章 冷热源系统的控制
停冷却塔
NO
确定冷水机状态
多台冷水机组启/停控制的流程图
5.2 冷冻站的控制概述 5.2.1 BAS对冷冻站控制的思路
冷热源监控的特点
大多数冷热源机组均带有厂家成套的自动控制装置 • 系统本身能独立完成机组监控与能量调节的功能 • 留有与外界的通信接口 机组内部运行一般不由BAS监控，而由其自带的控制系统负责
• • • ⑴ 基本参数的测量 ⑵基本的能量调节 ⑶冷冻系统的全面调节与控制
5.2.1 BAS对冷冻站控制的思路
做法3：BAS与机组自带控制系统通信
设想
• • 若各设备之间的通信协议统一，则可实现大楼内的各种机电设备 无缝的连接。 =>BAS与机组的通信
=>BACnet协议
• 由ASHRAE学会制定 – ASHRAE：American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers，美国采暖通风空调制冷工程师 学会 其目的是解决建筑物各种机电设备的互连问题 尚在推广中，但尚未得到广泛应用
5.1.4 冷冻站机电设备的启停顺序
停冷却塔 报警 排序
选定冷水机
启动冷却塔
2. 冷冻站机电设备启停的逻辑顺序 时间假日程序控制
按照事先编制的时间假日程序控制
NO
确定风机状态
冷水机开/停机后，延 时30分钟
计算负荷，测量流量
每次启停的逻辑顺序控制
开启顺序：
停止水泵 报警 排序
启动冷却水泵
做法2示例：YORK公司的冷水机组自带监控系统ISNTM ：
ISN——Integrated Systems Networks
6 冷热源系统的控制调节
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
F1 F2 K T1 L1 L2 TD P1 T2
P2
空调水系统监控
冷冻水系统
水系统
冷却水系统
热水系统
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
① 保证冷冻机蒸发器通过稳定的水量以使其正常工作；
② 向空调冷冻水用户提供足够的水量以满足使用要求；
③ 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。
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： 启动顺序 冷却塔风机 冷冻水碟阀 停止顺序 冷水机组 冷冻水泵 冷冻水碟阀 冷却水泵 冷却水碟阀 冷冻水泵 冷却水泵 冷水机组
注 意 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 。
水系统各传感器位置的选取
T1 T2 F
P
A
B C
二次泵变流量系统
供水 回水
空调机
V2
空调机
T1 F P T2
V1
次级泵
A
冷水机组 初级泵 冷水机组
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但是，冷凝温度和蒸发温度是有限值的
• 制冷机的运行对冷凝温度有最低要求 • 最高蒸发温度受系统的要求及空调末端运行条件的限制
（2）COP还与制冷量有关
制冷量变化会
• =>压缩机工作负荷的变化 • =>压缩机效率随之变化
冷却水
• 压缩机、冷凝器、节流机构(如膨胀阀、毛细管等)、蒸发器
制冷工质，即制冷剂
膨胀阀
高压侧 低压侧
压缩机 动机
冷冻水
5.1.2 冷水机组的工作原理 2. 吸收式制冷系统工作原理
吸收式制冷与压缩式制冷的比较
• 相同点： – 都是利用低压制冷剂的蒸发产生的汽化潜热进行制冷 • 区别： – 压缩式制冷以电为能源 – 而吸收式制冷以热为能源 – 溴化锂制冷的适用范围不如压缩式制冷
智能建筑环境设备自动化
第5章 冷热源系统的控制
授课：余志强
内容提要
5.1 冷冻站工艺流程的认知
5.2 冷冻站的控制
5.3 BAS对水泵、风机等设备的监控
5.4 冷水机组的群控
5.5 空调冷冻水循环系统的控制 5.6 空调冷却水系统的控制 5.7 热源设备的控制
引例
下面是选自筑龙BBS论坛的关于“机房群控、ba控制哪 个更合适？”这一话题的讨论。读者可据此做初步了解。
冷源有两类：
天然冷源
• 一般是指深井水、山涧水等温度较低的水 • 可直接用水泵抽取供空调系统的喷水室、表冷器等空气处理设备 – 然后排放掉 • 获得较难
人工冷源
• 使用制冷设备以人工方法制取的冷量 • 如，实际工程中的空调系统 – 制冷机是空调系统中消耗能量最大的设备
5.1.1 中央空调系统冷源概述
把制冷机作为一个系统
• 输入该系统的能量包括压缩功w和蒸发吸热量q0，输出的能量为qk
在制冷循环中，把单位质量制冷量q0与单位质量绝热压缩 功w之比称为制冷机的性能系数（Coefficient of Performance，COP）
COP是针对空调设备节能的评价指标
• COP越大=>产生同等冷量的功耗越少
• 在中央空调中的应用也越来越多 • 基本思想： – 让制冷设备在电网低负荷时（夜间）工作制冰 – 利用冰的融解热(335kJ/kg)进行蓄冷 – 将冷量储存在蓄冷器中 – 在用电负荷的高峰期（白天）向空调系统供冷 • 蓄冰制冷的作用 – 可以调节电网负荷 – 起到削峰填谷、缓和供电紧张的作用
5.1.2 冷水机组的工作原理
吸收式制冷机(absorption chillers)
• 吸收式制冷以消耗热能作为补偿 • 以水为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂 • 可以利用低位热能和高温冷却水
蓄冰制冷机组
5.1.1 中央空调系统冷源概述 冷水机组通常有：
蒸气压缩式制冷机 吸收式制冷机(absorption chillers) 蓄冰制冷机组
制冷机的COP一般都大于1
• 通常介于2.5~7.0之间
5.1.2 冷水机组的工作原理
如何提高制冷机的COP？
（1）COP与冷凝温度、蒸发温度有关
冷凝温度应越低越好，而蒸发温度应越高越好
• =>可降低制冷剂在冷凝器和蒸发器中的压差 • =>降低压缩机功耗
在正常空调工况下，冷凝温度每降低1℃或蒸发温度每升高1℃
5.1 冷冻站工艺流程的认知 5.1.1 中央空调系统冷源概述
冷热源设备是HVAC的核心设备
工艺复杂、节能技术手段丰富 对这些设备的监控质量优劣直接影响运行经济效益 冷热源设备与水系统的节能控制是衡量 BAS成功与否的关键因 素之一。
冷源的作用
为中央空调在供冷时提供冷量的来源
吸收式制冷的制冷工质通常是溴化锂水溶液
• 水为制冷剂，溴化锂为吸收剂
蒸发温度不低于0℃
• 民用建筑的空调系统中，空调冷水的温度通常为6～7℃， 因此还是比较容易满足的。
5.1.2 冷水机组的工作原理 吸收式制冷系统的工艺流程
5.1.2 冷水机组的工作原理 3. 制冷机的性能系数COP
中央空调系统中的冷源
常称为冷冻站 所在的房间称为冷冻机房
冷冻站一般包括如下三个部分：
冷水机组
• Chiller
冷冻水分配系统
• Chilled Water Distribution System • 把冷冻水传输和分配到各末端用户 • 冷冻水将从各末端用户吸收的热量在蒸发器中传递给制冷剂
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案例小结
上述BBS论坛的讨论主要就冷热源设备控制的实施方式做了讨 论。 有主张设备本身自带的控制系统（即网友helloly所说的“机房 群控”方式）来完成控制的。自带的控制系统有其专业性的优 势，比如“对制冷机的性能比较了解”，“对数据的采集能更 专业一些”。 有主张由BAS系统来实施机组控制的。BAS系统可以更好的实 现集成，但前提是厂家“通讯协议要敞开”。 也有认为“在主机房建议使用监测点，不要采用自动控制点”。 这些观点，后文将详细介绍。
冷却水循环系统
• Heat Rejection System • 制冷剂吸收的热量在冷凝器中传递给冷却水 • 冷却水系统将热量排放到大气环境中
5.1.1 中央空调系统冷源概述 冷水机组通常有：
蒸气压缩式制冷机
• 在空调系统中是应用最广泛的制冷设备 • 以消耗电能作为补偿，通常以氟利昂或氨为制冷剂 • 常用的有三类： – 往复式制冷机(reciprocating chillers) – 旋转-螺杆式制冷机(rotary-screw chillers) – 离心式制冷机(centrifugal chillers)
制冷系统
是指通过外能量的加入，实现热量从温度较低的物体(或空间) 转移到温度较高的物体(或空间)的能量转换系统。
冷水机组
把制冷系统中的压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀等设备以及 电气控制设备组装在一起，专门提供冷水的设备 实际上就是一个制冷系统
1. 蒸气压缩式制冷系统工作原理
蒸气压缩式制冷系统的组成