水蓄冷空调自动控制模式分析及原理

水蓄冷空调自动控制模式分析及原理

【摘要】随着全球节能减排的口号打响，空调蓄能技术是一种有效地获取分时电价差效益、节省电制冷或电制热运行电费的技术。水蓄冷技术是在用电低峰时蓄存冷量，而在用电高峰时放出所蓄存的冷量，可以实现对电网的“削峰填谷”。本文介绍了冷空调系统的分析了水蓄冷空调的工作原理、工况和相应的控制策略。

【关键词】空调蓄能；水蓄冷空调系统原理；设备控制系统

水蓄冷中央空调系统是用水为介质，将夜间电网多余的谷段电力（低电价时）与水的显热相结合来蓄冷，以低温冷冻水形式储存冷量，即夜间制出4℃～7℃左右的低湿水，并在用电高峰时段（高电价时）使用储存的低温冷冻水来作为冷源，通过末端系统中的风机盘管，空调箱等空调设备降低房间温度，满足建筑物舒适空调要求。

1.水蓄冷空调系统原理

系统基本组成如图1，蓄冷罐可以采用部分地下或者全地下结构。蓄冷罐投入运转时，阀K、K冷开起，K关闭。系统设计供应恒温冷冻水，因此供冷二次泵的输出流量或变频泵转速由楼宇的需冷量确定；水机和充冷泵的开停则由电价的时段划分而定，二者互不干扰。冷水机及充冷泵可视为恒定流量或冷量源。

（1）充冷工况电力低价时段，冷水机满载运转，其输出水量G1，大于楼宇所需的冷冻水量G2，余量，自蓄冷罐“冷端”输人经均流布水管注人贮罐底部。罐内冷冻水与回水的交界面上升，升达上布水管上缘，充冷过程终结。

（2）放冷工况楼宇所需冷冻水量G2大于冷水机出水量G1时，余量，自贮罐底部输出的冷冻水经供冷泵馈至楼宇，在换热升温后，经阀K热返回贮柜上部水管。贮罐内冷冻水与回水的界面下降。相应于电价策略，冷水机可能停机，此时。

2.水蓄冷空调系统控制策略

水蓄冷空调系统利用电力部门的峰谷电价不同，达到削峰填谷、降低能耗和节省运行费用的目的。系统运行思路是：夜间利用谷电起用冷机将冷量存储在蓄冷罐中。白天将存储在蓄冷罐中的冷量释放出来，供用户使用，能耗高峰期起动冷机，弥补蓄冷罐产冷量的不足。

图2的负荷曲线表示建筑物冷负荷在一天中变化情况。综合考虑电价政策等因素，23：00 点起动制冷机满负荷工作，在为建筑供冷的同时，将多余的冷量储存于蓄冷罐中；蓄冷罐蓄满，制冷机停止工作，蓄冷罐开始单独放冷。在图中A点时刻建筑负荷逐步升高，超过主机额定负荷，起动制冷机，开始联合供冷进程，不足的冷量由蓄冷罐补充；当建筑负荷逐步回落，达到主机额定负荷时（图中B 点），关停制冷机，蓄冷罐再次恢复单独放冷。

蓄冷罐放冷总量应等于其充冷总量图中阴影面积。图中也可以看到制冷机的总制冷量并没有减少，通过增加蓄冷工艺移峰填谷，达到减少装机容量和节省电费开支的目的。另外设备间歇运行降低磨损，冷机满负荷工作制冷效率达到最高。

2.1设备监视与控制

（1）冷水机组控制

冷水机组为自带控制系统的成套机组，BA 系统完成对其起停控制。4台冷冻机分为两组，每组2台冷机（A、B 机）串连运行，即冷冻水制备环节分2 步

完成，冷冻水设计回水温度为12.5 ℃，经过A机蒸发器处理后为8 ℃，再经过B 机处理后为3.5 ℃。每组冷水机组联动1台冷冻水泵、2台冷却水泵和2台冷却塔的起停。

BA系统控制冷冻机起停，监测手自动、运行状态和冷冻机故障报警，同时监测冷冻水供、回水温度，蒸发器、冷凝器水路的水流开关状态。

l）冷水机组联锁控制：①开机顺序是先开起冷却塔风机，开起冷却塔进出水蝶阀，开起冷却水泵，开起冷冻水二次泵，仅为冷罐蓄冷时不开，开起冷冻水一次泵，检测冷水机组冷却水及冷冻水出口水流开关是否正常，开起冷水机组。

②停机顺序是关闭冷水机组，关闭冷却水泵，关闭冷却塔，关闭冷却塔所有电动阀，冷冻水一次泵运行3min后关闭。

2）冷负荷计算：在空调水供回水总管上设置组合式冷热量计量表。各冷热量表通过总线与控制器连接，由控制器统一提供数据给楼控服务器。冷热量计量表可同时提供冷量计量值、被测对象的供回水温度以及流量值。

（2）冷冻水泵变频控制

水系统采用二次泵形式：一次泵为定流量，满足冷水机组制冷及蓄冷罐蓄冷时的流量及扬程，与冷水机组连锁；二次泵为变流量，根据二次侧末端负荷（各场馆换热站板式换热器）的变化，即最不利水环路的压差，改变二次水泵电机的运转频率或水泵的运行台数，达到节能之目的。

BA 系统对冷冻水二次泵的起、停进行控制，建筑物水蓄冷空调系统自动控制浅谈监测冷冻水二次泵的运行、手自动状态及故障报警。BA系统控制二次泵变频器起停、频率给定，接受频率反馈和报警信号。

（3）蓄冷罐监测

BA系统监测2 台蓄水罐的进出水温度、流量和2 台蓄水罐的液位。同时对2台蓄水罐内部温度梯度进行监视，在垂直方向每隔300mm 设置1个温度传感器。无论充冷还是放冷工况下，2台蓄水罐都不同时投人使用，而是交替接力运行。

蓄水罐设计出水温度为3.5 ℃，放冷工况下，底部第一点水温大于5.5 ℃，且底部向上第二点的水温大于12.5 ℃时，即认为蓄水罐冷水已放完。

2.2不同工况下水蓄冷空调系统控制

水蓄冷空调系统按照工艺流程不同可分为5种运行工况。分别为主机单独蓄冷、蓄冷罐单独放冷、主机单独放冷、蓄冷罐十主机联合供冷和主机蓄冷十供冷，不同工况下BA 系统对设备及阀门按预定状态进行开关和起停控制。

（1）制冷机供冷同时蓄冷罐充冷

该运行方式以满足供冷优先为前提，把多余冷量蓄存在蓄冷罐中。当BA系统的时间程序指示系统进人制冷机供冷及蓄冷罐充冷模式时，将运行该模式。这时通过控制二次泵的电机调速系统，保障供冷系统的出水温度、回水温度的基本稳定，并使系统的供水流量或者冷量合理。

BA控制制冷机满负荷运行以提高制冷效率，冷量或者流量直接供给末端，多余的冷量或者流量自动对蓄冷罐充冷，直至蓄冷罐充冷完毕，制冷机停机，系统转人蓄冷罐单独供冷工况。