#常规冷源方式冷机和冰蓄冷冷源方式冷机控制流程和控制方案

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
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
冷负荷水平比例达
到设定值
BAS
时间表 或 HMI 指令
关闭一台冷机
是否一台 冷机供冷
Y
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
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
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
进行热交换，水放出潜热后冻结成冰，乙二醇溶液吸收水的潜热后温度升高至
-2.8 ℃，再经过乙二醇泵进入主机降温，直到制冰结束。

制冰结束有如下三个判断依据，其中一个条件满足，系统即判断制冰结束，停止制冰工况。

冰槽液位传感器指示已储存额定冰量。

控制系统的时间程序指示为
非蓄冰时间。

当双工况主机出口温度低于-6.1 ℃（可调）时或
蓄冰装置的出水温度降到-3.3 ℃（可调）。

双工况主机和冰槽联合供冷模式乙二醇系统中，把电动阀门调整到相应的开关状态，主机出口电动阀打开，板换旁通回路关闭。

板换直通回路开启，冰槽回路和旁通回路处于调节状态以控制进入板换一次侧的乙二醇溶液温度稳定在3.5℃左右。

次级乙二醇泵则根据空调冷冻水供水温度变频。

空调冷冻水供水温度的目标参数为7℃。

乙二醇溶液在主机、冰槽、板换和乙三醇泵之间形成循环，乙二醇溶液先进入主机降温（6.1℃），然后进入冰槽，和冰槽内的冰进行热交换，冰吸收潜热发生相变，乙二醇溶液放出热量后温度下降，进入板换和冷冻水进行热交换，产生7℃冷冻水，满足空调的要求。

换热后的乙二醇溶液温度升高到11℃，再回到主机降温。

次级乙二醇泵根据空调冷冻水供水温度的变化变频，控制进入制冷板式换热器的乙二醇低温溶液的流量，从而响应空调负荷的变化。

这种设计回路能保证乙二醇系统稳定运行，从而保证系统工作的稳定性，并且可以大量节约次级乙二醇泵的运行费用。

融冰单独供冷模式乙二醇系统中，把电动阀门调整到相应的开关状态，主机出口电动阀打开，板换的旁通回路关闭，板换直通回路开启。

冰槽回路和旁通回路处于调节状态以控制板换的乙二醇溶液的进口温度。

次级乙二醇泵变频以控制空调冷冻水供水温度。

在主机（不运行）、冰槽、板换和初、次级乙二醇泵之间形成循环，乙二醇溶液先进入主机（仅作通道），然后进入冰槽，和冰槽内的冰进行热交换，冰吸收潜热发生相变，乙二醇溶液放出热量后温度下降，进入板换和冷冻水进行热交换，产生7℃的冷冻水，满足空调的要求，换热后的乙二醇溶液再回到冰槽降温。

双工况主机单独供冷模式乙二醇系统中，把电动阀门调整到相应的开关状态，主机出口电动阀打开，板换的旁通关闭，板换的直通管路开启，冰槽的旁通回路开启，冰槽的出口关闭，乙二醇溶液不进入冰槽。

乙二醇系统在主机、
板换、乙二醇泵之间形成循环，乙二醇溶液经主机冷却后直接进入板换和冷冻
水进行热交换，换热完成的乙二醇溶液经乙二醇泵流回主机。

在此工况下，制冷主机蒸发器出口设定温度为 3.5 ℃。

次二级乙醇泵通过变频控制空调冷冻水供水温度。

目标参数即为空调冷冻水的设计供水温度7℃。

制冰兼供冷模式
本项目在晚间部分工作场所或房间需要加班时，有较小冷负荷（负荷值由暖通设计确定），这部分负荷由双工况主机制冰时提供。

乙二醇系统处于制冰工况，主机出口电动阀打开，冰槽的旁通回路关闭，冰槽出口开启，板换处的阀关闭或开启，小口径电动调节阀根据制冷板换一次侧（乙二醇侧）的进口温度进行调节，并保证制冷板换一次侧进口温度稳定在设计温度3.5℃左右。

使小部分流量进入板换以满足夜间空调负荷。

根据冷冻水的供水温度调节次级乙二醇泵变频，次级乙二醇泵开启一台，低温乙二醇溶液和冷冻水在制冷板换处进行热交换，使冷冻水的供水温度维持在7℃。

②板换的防冻保护
在系统运行供冷工况（含各白天工况以及夜间制冰兼供冷工况）时，因制冷板换冷水侧始终存在水的流动，板换不会被冻结。

但如果系统处于制冰工况时（本项目中极少会采取此工况），低温的乙二醇溶液流经板换，如果水侧处于静止或极低流动状态，所以就有结冰可能。

可能，电动阀门要选用高质量紧密关闭型的阀门，在系统制冰时，板换乙二醇侧的阀门处于紧密关闭状态，彻底杜绝因热对流产生的冷量传递。

由于热传导依然存在，因此我们采取冷冻水泵在制冰一段时间之后定时开启（每半小时开启一台水泵运行3 分钟）的方法，将末端温度相对较高的空调冷冻水循环至板换处，确保板换内不会冻结。

③冷冻水系统的控制
冷冻水系统由板换（乙二醇溶液-水）、板换、冷冻水泵及相应的管路系统
组
成。

冷冻水温度控制：冷冻水系统设计的供回水温度为7/12 ℃。

在联合供冷以及单独融冰供冷工况下通过调节蓄冰装置直通管路上的电动阀和旁通管路上电
动阀两阀门的开度来控制板换一次侧供液温度Ti1 的温度为3.5℃，同时板换直通阀门开启，其他相应关闭。

在制冷主机单独供冷工况下，则直接设定制冷主机出口温度为3.5 ℃，制冷主机自行根据空调负荷的变化进行冷量的调节。

在夜间边制冷边供冷工况下，则开启或关闭相应阀门，并根据制冷板换乙二醇侧进口温度调节阀门，使板换一次侧供液温度Ti1 的温度稳定在
3.5 ℃。

以上板换一次侧供液温度Ti1 的温度稳定在3.5 ℃的前提下，通过定温度变流量的方法来响应空调负荷的变化，即通过次级乙二醇泵的变频来改变进入板换的乙二醇溶液的流量。

次级乙二醇泵变频的目标参数为空调冷冻水供水温度，设定值为7℃。

④冷却水系统的控制冷却水子系统由双工况主机冷凝器、冷却水泵、冷却塔、相应的管路系统组成。

冷却水泵位于主机的进口侧，从主机出来的冷却水（设计37℃）经过冷却水泵后供给冷却塔，经冷却塔散热后，冷却水温度降至32℃（设计温度），在回到主机的冷凝器，依此循环，把主机产生的热量带到冷却塔向大气散发。

设备关系：系统共配置2 组冷却塔，主机和冷却塔形成1 对1 的关系（如需要可以改为多对多）。

冷却水温度及系统节能控制：主机开启时，所对应的冷却塔组开启，通过位于每组回水管上的温度传感器信号控制冷却塔风机的开启台数，冷却水的回水温度设计为32℃（因冷却塔容量有余量，实际运行时设定温度可适当下调，以提高主机的制冷效率），冷却水回水温度的检测则通过制冷主机与控制系统的通讯来获得，即冰蓄冷自控系统通过通讯手段采集制冷主机冷凝器水侧进口温度之后送入自控系统内进行相关的控制。

当系统检测到冷却水回水温度高于设定温度，则增加风机开启的台数，反之则减少风机开启台数。

这样，即保证了主机在安全冷却水温度范围内工作，又尽可能地降低冷却水的回水温度以提高主机的效率，还最大限度地减少了冷却塔风机的开启，在保证系统可靠工作的前提下使系统的
节能潜力各以充分发挥。

5.2.2.5.2整个系统的控制与监视
①系统的群控
系统设备启停顺序控制
系统的启停顺序除考虑设备的保护外，还应充分利用主机停机后管道系统中的冷量。

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与初级乙二醇泵联动的电动蝶阀初级乙二醇泵制冷机
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初级乙二醇泵与初级乙二醇泵联动的电动蝶阀冷冻泵与冷冻水泵联动的电动蝶阀
系统设备连锁关系说明
制冷主机为冰蓄冷中央空调系统中的核心设备，为保证其供冷或制冰的正常运行，在制冷主机开机之前必须事先检测蒸发器及冷凝器内是否已经建立正常水流。

因此制冷主机和初级乙二醇泵及冷却水泵之间必须按照一定次序投入运行，反之，在制冷主机停机之后，与其连锁的初级乙二醇泵及冷却水泵方能按照先后次序停机。

需要说明的是，在单融冰供冷工况下，由于制冷主机仅仅作为流体的通道，此时初级乙二醇泵的运行按照系统供冷的实际需要投入运行。

另外，当系统检测到全部冷却水泵已经停机，冷却塔将自动停止运行。

当系统检测到分水器上各供水支路上电动开关阀已经全部关闭时，冷冻水泵及次级乙二醇泵将按照先后次序停止运行，以避免电量浪费。

系统设备轮流运行的控制因整个系统的使用寿命是组成系统的各设备寿命的集合中的最小值，为延长冰蓄冷中央空调系统的整体运行寿命，应尽量延长系统内各设备的使用寿命，并避免多台同类设备中的小部分长期处于超负荷状态而其余设备却处于待命或很少投入运行的状态。

在系统群控中的一个重要目标就是系统多台同类的主要设备的运行时长基本相当。

为实现此目的，自控系统通过继电器并进行程序控制以记录主要设备的运行时间，并对各台同类设备的不同运行时间进行排序，在主要设备进行运行台数调整的时候，则根据此顺序决定具体哪个编号的主要设备的投入或切出，此控制程序已经成为我公司的标准控制程序，实际控制效果非常理想。

②系统运行模式的控制
蓄冰制冷系统的运行模式通常有主机优先、融冰优先和优化控制。

系统运行模式的控制必须结合优化控制软件，根据优化软件的判断结果调整系统的运行状态。

主机优先：在设计工况下（冷负荷大），采用主机优先的模式，冷负荷高峰时段内主机的容量不能满足冷负荷需求，通过融冰来补充冷量。

这时主机在空调制冷工况下运行，满足部分负荷的需要，其他的冷负荷由融冰满足。

融冰优先：区别于以前“融冰优先”的概念（即以融冰满足大部分空调负荷，制冷主机进行补充，易造成系统设计时需要更多的蓄冰量，同时在运行时制冷主机易出现卸载，造成制冷主机的能量利用率不足，系统在初投资以及及运行费用的经济性均不理想），经过多年的发展，“融冰优先”正逐步转化为“融冰量可控” 的控制理念。

在冰蓄冷系统供冷时，根据系统当前的总余冰量并结合实际负荷情况，在随后的时段内对各时段的冰量进行分配，并确保分配的冰量通过我们的控制方法能够满足空调负荷的需求。

优化控制：优化控制的目标就是把有限的蓄冰量用在电价最高的时候，但在一天内必须把前一天夜间的制冰量用完。

蓄冰空调系统按优化控制方式进行，在系统设置有上位机的前提下，控制系统根据当天的预测性负荷图来决定当天的运行策略，即每小时主机和融冰各自所承担的负荷如何分配，尽量不开机，如果主机需要开启，则力求使主机处于满负荷状态，同时当天冰必须能全部用完；同时以末端空调冷负荷、主机的出口温度主机的部分性能指标、电力高峰、平峰时段来决定在当天的哪一段开启或关闭部分制冷主机，使主机的耗电量与水泵的总耗电量达到最小。

综上所述，无论采取何种控制方式，最根本的约束条件是相同的。

随着负荷预测用运行模式智能决策方法的不断发展，各种控制方法之间的界限逐渐模糊，负荷预测及优化控制模式将取长补短，最终取代各种控制方法成为冰蓄冷中央空调系统的最合理的系统控制方法。

5.2.2.5.3系统的其他监控功能
①根据负荷预测软件对第二天的逐时负荷进行预测，再优化控制软件确定第二天系统每个时段的运行模式，自控系统具备根据时间和需要对各运行模式的自动转换功能：。