冷水機(jī)房控制的節(jié)能解決方案

1、京東方項(xiàng)目冷凍機(jī)房京東方項(xiàng)目冷凍機(jī)房 - -節(jié)能群控原理、效果分析、驗(yàn)證節(jié)能群控原理、效果分析、驗(yàn)證 Johnson Controls2 匯報(bào)目錄匯報(bào)目錄 第一部分：本項(xiàng)目節(jié)能控制策略第一部分：本項(xiàng)目節(jié)能控制策略 第二部分：節(jié)能量估算第二部分：節(jié)能量估算 第三部分：節(jié)能量驗(yàn)證方法第三部分：節(jié)能量驗(yàn)證方法 本項(xiàng)目的一些具體前提本項(xiàng)目的一些具體前提 本項(xiàng)目冷水機(jī)組出水溫度均為了滿足工藝要求，因此冷凍水溫設(shè)定值本項(xiàng)目冷水機(jī)組出水溫度均為了滿足工藝要求，因此冷凍水溫設(shè)定值 假定不能改變。假定不能改變。 冷凍水側(cè)：由于本項(xiàng)目是電子廠房類建筑，因此空調(diào)冷負(fù)荷主要來源冷凍水側(cè)：由于本項(xiàng)目是電子廠房類建筑，因

2、此空調(diào)冷負(fù)荷主要來源 于生產(chǎn)線，與天氣參數(shù)的關(guān)系不大，主要受生產(chǎn)線的量影響，可以認(rèn)于生產(chǎn)線，與天氣參數(shù)的關(guān)系不大，主要受生產(chǎn)線的量影響，可以認(rèn) 為是較為穩(wěn)定的。為是較為穩(wěn)定的。 冷卻水側(cè)：冷卻水的溫度是影響冷機(jī)效率的關(guān)鍵因素，這部分與天氣冷卻水側(cè)：冷卻水的溫度是影響冷機(jī)效率的關(guān)鍵因素，這部分與天氣 狀況關(guān)聯(lián)性很大，因此冷卻塔的臺數(shù)及變頻控制是很重要的調(diào)節(jié)手段，狀況關(guān)聯(lián)性很大，因此冷卻塔的臺數(shù)及變頻控制是很重要的調(diào)節(jié)手段， 假定在自控系統(tǒng)的調(diào)配范圍內(nèi)。假定在自控系統(tǒng)的調(diào)配范圍內(nèi)。 Johnson Controls3 3 本項(xiàng)目控制需要解決的問題本項(xiàng)目控制需要解決的問題 冷水機(jī)組冷水機(jī)組 在一定的

3、末端負(fù)荷下，冷水機(jī)組該開幾臺？在一定的末端負(fù)荷下，冷水機(jī)組該開幾臺？ 開哪幾臺最節(jié)能？開哪幾臺最節(jié)能？ 運(yùn)行在熱回收模式下的機(jī)組控制有何特殊性？運(yùn)行在熱回收模式下的機(jī)組控制有何特殊性？ 冷凍水泵變頻冷凍水泵變頻 一次泵和二次泵頻率控制依據(jù)是什么？一次泵和二次泵頻率控制依據(jù)是什么？ 冷卻水泵變頻冷卻水泵變頻 冷卻水泵頻率控制依據(jù)是什么？冷卻水泵頻率控制依據(jù)是什么？ 冷卻塔變頻冷卻塔變頻 頻率控制依據(jù)是什么？頻率控制依據(jù)是什么？ Johnson Controls 目前常規(guī)控制方法目前常規(guī)控制方法 n 冷機(jī)冷機(jī) 常見策略常見策略1：如果機(jī)組出水溫度長時間達(dá)不到設(shè)定溫度值，且系統(tǒng)負(fù)荷高于冷機(jī)額：如果機(jī)

4、組出水溫度長時間達(dá)不到設(shè)定溫度值，且系統(tǒng)負(fù)荷高于冷機(jī)額 定制冷量的定制冷量的70%，那么加開冷機(jī)；如果出水溫度達(dá)到設(shè)定值，負(fù)載率低于，那么加開冷機(jī)；如果出水溫度達(dá)到設(shè)定值，負(fù)載率低于50%，則，則 減開冷機(jī)（多臺冷機(jī)時）減開冷機(jī)（多臺冷機(jī)時） 常見策略常見策略2：計(jì)算出的實(shí)際冷負(fù)荷與當(dāng)前運(yùn)行機(jī)組的額定冷量比較，當(dāng)實(shí)際負(fù)荷?。河?jì)算出的實(shí)際冷負(fù)荷與當(dāng)前運(yùn)行機(jī)組的額定冷量比較，當(dāng)實(shí)際負(fù)荷小 于當(dāng)前機(jī)組的額定總負(fù)荷一定量時，減少相應(yīng)的機(jī)組運(yùn)行；當(dāng)實(shí)際負(fù)荷大于當(dāng)前機(jī)于當(dāng)前機(jī)組的額定總負(fù)荷一定量時，減少相應(yīng)的機(jī)組運(yùn)行；當(dāng)實(shí)際負(fù)荷大于當(dāng)前機(jī) 組的額定總負(fù)荷一定量時，增加相應(yīng)的機(jī)組運(yùn)行。組的額定總負(fù)荷一定量時

5、，增加相應(yīng)的機(jī)組運(yùn)行。 n 水泵水泵 定頻：與冷機(jī)連鎖（一次泵），二次泵根據(jù)末端壓力控制臺數(shù)定頻：與冷機(jī)連鎖（一次泵），二次泵根據(jù)末端壓力控制臺數(shù) 變頻：設(shè)一個固定壓差，變頻：設(shè)一個固定壓差，PID控制控制 n 冷卻塔冷卻塔 變頻：設(shè)一個固定冷卻水回水溫度，變頻：設(shè)一個固定冷卻水回水溫度，PID控制控制 n 閥門閥門 自控聯(lián)鎖控制自控聯(lián)鎖控制 Johnson Controls5 5 目前常規(guī)控制方法的弊端目前常規(guī)控制方法的弊端 1.冷機(jī)的問題冷機(jī)的問題 冷機(jī)的加減機(jī)的控制策略，并未掌握冷機(jī)的最大制冷量和最大效率點(diǎn)這兩個關(guān)鍵冷機(jī)的加減機(jī)的控制策略，并未掌握冷機(jī)的最大制冷量和最大效率點(diǎn)這兩個關(guān)鍵

6、冷機(jī)的效率與其冷凍水流量、冷卻水流量、設(shè)定溫度、冷卻水回水溫度、負(fù)荷率均冷機(jī)的效率與其冷凍水流量、冷卻水流量、設(shè)定溫度、冷卻水回水溫度、負(fù)荷率均 有關(guān)，如何調(diào)節(jié)到最優(yōu)點(diǎn)？而每臺冷機(jī)又是各不相同的，目前大多數(shù)控制系統(tǒng)并不有關(guān)，如何調(diào)節(jié)到最優(yōu)點(diǎn)？而每臺冷機(jī)又是各不相同的，目前大多數(shù)控制系統(tǒng)并不 事先掌握冷機(jī)的特性事先掌握冷機(jī)的特性 出水溫度可調(diào)節(jié)以提高冷機(jī)效率，目前普遍為人為設(shè)置出水溫度可調(diào)節(jié)以提高冷機(jī)效率，目前普遍為人為設(shè)置 2.系統(tǒng)的問題系統(tǒng)的問題 各自獨(dú)立各自獨(dú)立 3.水泵臺數(shù)及變頻控制的問題水泵臺數(shù)及變頻控制的問題 用壓差或溫差控制，設(shè)定值是多少？沒有依據(jù)。水量變化后對冷機(jī)效用壓差或溫差控

7、制，設(shè)定值是多少？沒有依據(jù)。水量變化后對冷機(jī)效 率會產(chǎn)生影響，并不考慮！因此水泵的變頻節(jié)能控制是狹義的，率會產(chǎn)生影響，并不考慮！因此水泵的變頻節(jié)能控制是狹義的，“自自 私私”的的 4.冷卻塔臺數(shù)及變頻控制的問題冷卻塔臺數(shù)及變頻控制的問題 保持回水溫度，回水溫度究竟設(shè)置在哪里？底限是多少？并不知道？保持回水溫度，回水溫度究竟設(shè)置在哪里？底限是多少？并不知道？ Johnson Controls6 6 解決之道解決之道 冷機(jī)的特性是核心！冷機(jī)的特性是核心！ 冷站系統(tǒng)中每個控制量都會對冷機(jī)的特性產(chǎn)生影冷站系統(tǒng)中每個控制量都會對冷機(jī)的特性產(chǎn)生影 響，如果事先不知道這種影響的程度，僅僅依靠響，如果事先不知

8、道這種影響的程度，僅僅依靠 各自分散獨(dú)立的各自分散獨(dú)立的“自私自私”的控制，并不能達(dá)到整的控制，并不能達(dá)到整 體節(jié)能的目的。體節(jié)能的目的。 因此，節(jié)能控制首先必須把握住核心部件因此，節(jié)能控制首先必須把握住核心部件-冷機(jī)，冷機(jī)， 而且是本項(xiàng)目中所采用冷機(jī)的特性。而且是本項(xiàng)目中所采用冷機(jī)的特性。 Johnson Controls7 7 冷機(jī)特性（工廠數(shù)據(jù)）冷機(jī)特性（工廠數(shù)據(jù)） - -冷機(jī)制冷量是否是固定不變的？冷機(jī)制冷量是否是固定不變的？ Johnson Controls8 8 冷機(jī)特性（工廠數(shù)據(jù)）冷機(jī)特性（工廠數(shù)據(jù)） - -冷機(jī)效率隨負(fù)荷率、冷凍水出水溫度設(shè)置改變?nèi)绾巫兓?？冷機(jī)效率隨負(fù)荷率、冷凍

9、水出水溫度設(shè)置改變?nèi)绾巫兓?Johnson Controls9 9 圖5 機(jī)組效率隨負(fù)荷率的變化曲線（冷卻水進(jìn)水溫度改變時） 冷機(jī)特性（工廠數(shù)據(jù)）冷機(jī)特性（工廠數(shù)據(jù)） - -冷機(jī)效率隨冷凍、冷卻水流量改變?nèi)绾巫兓?？冷機(jī)效率隨冷凍、冷卻水流量改變?nèi)绾巫兓?Johnson Controls1010 冷機(jī)特性（工廠數(shù)據(jù)）冷機(jī)特性（工廠數(shù)據(jù)） - -冷機(jī)效率隨冷凍、冷卻水流量改變?nèi)绾巫兓?？冷機(jī)效率隨冷凍、冷卻水流量改變?nèi)绾巫兓?Johnson Controls1111 冷機(jī)特性（工廠數(shù)據(jù)）冷機(jī)特性（工廠數(shù)據(jù)） - -冷機(jī)效率隨冷凍、冷卻水流量改變?nèi)绾巫兓?？冷機(jī)效率隨冷凍、冷卻水流量改變?nèi)绾巫兓?/p>

10、 Johnson Controls1212 冷機(jī)特性（冷機(jī)特性（YKWFVBJ45DGFSYKWFVBJ45DGFS的工廠數(shù)據(jù)）的工廠數(shù)據(jù)） - -冷機(jī)效率隨冷凍、冷卻水流量改變?nèi)绾巫兓?？冷機(jī)效率隨冷凍、冷卻水流量改變?nèi)绾巫兓?Johnson Controls1313 冷機(jī)型號不同，其特性規(guī)律一樣嗎？冷機(jī)型號不同，其特性規(guī)律一樣嗎？ Johnson Controls1414 機(jī)房機(jī)房COPCOP 根據(jù)以上這些數(shù)據(jù)，建立本項(xiàng)目所用冷機(jī)的實(shí)際特性數(shù)據(jù)根據(jù)以上這些數(shù)據(jù)，建立本項(xiàng)目所用冷機(jī)的實(shí)際特性數(shù)據(jù) 庫，實(shí)際控制上需要根據(jù)冷機(jī)的特性來計(jì)算冷機(jī)運(yùn)行的最庫，實(shí)際控制上需要根據(jù)冷機(jī)的特性來計(jì)算冷機(jī)運(yùn)行

11、的最 優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)。 而僅把冷機(jī)做到最優(yōu)還不夠，控制節(jié)能的最終目標(biāo)是機(jī)房而僅把冷機(jī)做到最優(yōu)還不夠，控制節(jié)能的最終目標(biāo)是機(jī)房 所有設(shè)備的總能效最高，因此不但冷機(jī)需要優(yōu)化，還要考所有設(shè)備的總能效最高，因此不但冷機(jī)需要優(yōu)化，還要考 慮冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔的最優(yōu)化。慮冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔的最優(yōu)化。 Johnson Controls1515 cooling ChillerChilledpumpCoolingpumpCoolingTower Q ChillerPlantEfficiency WWWW 機(jī)房機(jī)房COPCOP Johnson Controls1616 機(jī)房整體機(jī)房整體COPCOP 機(jī)

12、房整體COP的實(shí)例 Johnson Controls1717 冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔的能效特性冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔的能效特性 相比冷機(jī)，要簡單很多，因?yàn)槠淇勺儏?shù)往往只相比冷機(jī)，要簡單很多，因?yàn)槠淇勺儏?shù)往往只 有有1-2個。個。 Johnson Controls1818 根據(jù)目前設(shè)計(jì)的參數(shù)，按照多家水泵曲線樣本的經(jīng)驗(yàn)特性 流量揚(yáng)程流量效率 冷卻水泵特性冷卻水泵特性 Johnson Controls1919 流量揚(yáng)程流量揚(yáng)程 流量效率流量效率 冷卻塔特性冷卻塔特性 Johnson Controls2020 控制策略的最終目的控制策略的最終目的 區(qū)別于常規(guī)控制的開篇所述的缺點(diǎn)，有了上述

13、特性數(shù)據(jù)，控制的目的區(qū)別于常規(guī)控制的開篇所述的缺點(diǎn)，有了上述特性數(shù)據(jù)，控制的目的 就是為了確定：就是為了確定： 1）冷機(jī)的冷凍水流量為多少？（即一次冷凍水泵怎樣變頻？）才能既）冷機(jī)的冷凍水流量為多少？（即一次冷凍水泵怎樣變頻？）才能既 降低冷凍水泵能耗，又能讓冷機(jī)能效優(yōu)化（因?yàn)槔鋬鏊繒绊懤錂C(jī)降低冷凍水泵能耗，又能讓冷機(jī)能效優(yōu)化（因?yàn)槔鋬鏊繒绊懤錂C(jī) 效率），保證系統(tǒng)能效最高？效率），保證系統(tǒng)能效最高？ 2）二次泵系統(tǒng)與一次泵如何協(xié)調(diào)？）二次泵系統(tǒng)與一次泵如何協(xié)調(diào)？ 3）冷機(jī)的冷卻水流量為多少？（即冷卻水泵怎樣變頻？）才能既降低）冷機(jī)的冷卻水流量為多少？（即冷卻水泵怎樣變頻？）才能既降低

14、冷卻水泵能耗，又能讓冷機(jī)能效優(yōu)化（因?yàn)槔鋮s水量會影響冷機(jī)效冷卻水泵能耗，又能讓冷機(jī)能效優(yōu)化（因?yàn)槔鋮s水量會影響冷機(jī)效 率），又能讓冷卻塔能效優(yōu)化？（因?yàn)槔鋮s水量會影響冷卻塔效率），率），又能讓冷卻塔能效優(yōu)化？（因?yàn)槔鋮s水量會影響冷卻塔效率）， 保證系統(tǒng)能效最高？保證系統(tǒng)能效最高？ 4）冷機(jī)的冷卻水回水溫度為多少？（即冷卻塔該怎樣變頻？）保持回）冷機(jī)的冷卻水回水溫度為多少？（即冷卻塔該怎樣變頻？）保持回 水溫度為多少？才能既降低冷卻塔能耗，又能讓冷機(jī)的工作點(diǎn)效率高，水溫度為多少？才能既降低冷卻塔能耗，又能讓冷機(jī)的工作點(diǎn)效率高， 保證系統(tǒng)能效最高？保證系統(tǒng)能效最高？ 5）冷機(jī)的負(fù)荷率控制在多少？（

15、即負(fù)荷分配在多少臺？每臺多少？）冷機(jī)的負(fù)荷率控制在多少？（即負(fù)荷分配在多少臺？每臺多少？） 以保證冷機(jī)效率高，保證系統(tǒng)能效最高？以保證冷機(jī)效率高，保證系統(tǒng)能效最高？ Johnson Controls2121 為滿足以上目的所制定的控制流程為滿足以上目的所制定的控制流程 Johnson Controls2222 控制器內(nèi)嵌控制器內(nèi)嵌 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 專家數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容專家數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容 給定負(fù)荷、室外氣象參數(shù)，便能查到這個條件下系統(tǒng)最優(yōu)給定負(fù)荷、室外氣象參數(shù)，便能查到這個條件下系統(tǒng)最優(yōu) 的運(yùn)行點(diǎn)：的運(yùn)行點(diǎn)： 1）冷機(jī)的冷凍水供回水溫差設(shè)置多少？）冷機(jī)的冷凍水供回水溫差設(shè)置多少？ 2）冷機(jī)的冷卻水供回水

16、溫差設(shè)置多少？）冷機(jī)的冷卻水供回水溫差設(shè)置多少？ 3）冷機(jī)的冷卻水回水溫度設(shè)置多少？）冷機(jī)的冷卻水回水溫度設(shè)置多少？ 4）冷機(jī)開幾臺？各冷機(jī)的負(fù)荷率為多少？冷凍水泵開幾臺？冷卻）冷機(jī)開幾臺？各冷機(jī)的負(fù)荷率為多少？冷凍水泵開幾臺？冷卻 水泵開幾臺？冷卻塔開幾臺？水泵開幾臺？冷卻塔開幾臺？ 本項(xiàng)目二次泵控制的獨(dú)立性本項(xiàng)目二次泵控制的獨(dú)立性 本項(xiàng)目中采用了二次泵設(shè)計(jì)，因此二次泵的主要控制目標(biāo)是末端的本項(xiàng)目中采用了二次泵設(shè)計(jì)，因此二次泵的主要控制目標(biāo)是末端的 壓差和溫差，這個和上述的冷機(jī)側(cè)控制將是互不影響的，具有獨(dú)立壓差和溫差，這個和上述的冷機(jī)側(cè)控制將是互不影響的，具有獨(dú)立 性。性。 本項(xiàng)目熱回收機(jī)組

17、的控制本項(xiàng)目熱回收機(jī)組的控制 由于熱回收機(jī)組在冬季將運(yùn)行在全熱回收模式下，因此冬季控制提由于熱回收機(jī)組在冬季將運(yùn)行在全熱回收模式下，因此冬季控制提 高能效時冷卻側(cè)水溫控制模式與冷卻塔不同，此時冷卻水溫將不存高能效時冷卻側(cè)水溫控制模式與冷卻塔不同，此時冷卻水溫將不存 在最優(yōu)點(diǎn)在最優(yōu)點(diǎn) Johnson Controls2323 現(xiàn)場控制系統(tǒng)界面效果現(xiàn)場控制系統(tǒng)界面效果 Johnson Controls2424 Johnson Controls25 匯報(bào)目錄匯報(bào)目錄 第一部分：本項(xiàng)目節(jié)能控制策略第一部分：本項(xiàng)目節(jié)能控制策略 第二部分：節(jié)能量估算第二部分：節(jié)能量估算 第三部分：節(jié)能量驗(yàn)證方法第三部分：

18、節(jié)能量驗(yàn)證方法 基準(zhǔn)能耗計(jì)算基準(zhǔn)能耗計(jì)算 比較基準(zhǔn)： 系統(tǒng)沒有任何自動控制 主機(jī)開啟策略是：每臺機(jī)組80%負(fù)荷，從大到小搭配 水泵工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，一次冷凍泵一對一，冷卻泵一對一 冷卻塔工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，冷卻塔與冷機(jī)一對一 Johnson Controls2626 基準(zhǔn)能耗計(jì)算基準(zhǔn)能耗計(jì)算 分系統(tǒng)分月計(jì)算 Johnson Controls2727 節(jié)能率模擬計(jì)算節(jié)能率模擬計(jì)算 根據(jù)冷機(jī)、水泵、冷卻塔的性能參數(shù)進(jìn)行控制模根據(jù)冷機(jī)、水泵、冷卻塔的性能參數(shù)進(jìn)行控制模 擬分析，尋找系統(tǒng)的最優(yōu)點(diǎn)。擬分析，尋找系統(tǒng)的最優(yōu)點(diǎn)。 采用約克冷凍機(jī)房能效模擬軟件采用約克冷凍機(jī)房能效模擬軟件 Johnson Controls282

19、8 模擬計(jì)算的原理模擬計(jì)算的原理 遍歷滿足當(dāng)前負(fù)荷要求的所有工況點(diǎn)，看哪個組遍歷滿足當(dāng)前負(fù)荷要求的所有工況點(diǎn)，看哪個組 合下系統(tǒng)能耗最低，也就是能效最高合下系統(tǒng)能耗最低，也就是能效最高 Johnson Controls2929 冷機(jī)能效對比冷機(jī)能效對比 全年總機(jī)房平均能效對比（采用整體優(yōu)化控制與 常規(guī)控制相比） Johnson Controls3030 節(jié)能量計(jì)算節(jié)能量計(jì)算 從約克專業(yè)模擬軟件計(jì)算出控制策略相對于目前基準(zhǔn)能耗，從約克專業(yè)模擬軟件計(jì)算出控制策略相對于目前基準(zhǔn)能耗， 節(jié)能比例計(jì)算值約節(jié)能比例計(jì)算值約20.7%（節(jié)能承諾比例）（節(jié)能承諾比例） 基準(zhǔn)能耗可根據(jù)運(yùn)行功率和運(yùn)行時間逐月估算

20、，累計(jì)為：基準(zhǔn)能耗可根據(jù)運(yùn)行功率和運(yùn)行時間逐月估算，累計(jì)為： 177,340,038 kWh 根據(jù)基礎(chǔ)量和節(jié)能比例，年節(jié)能量計(jì)算值為：根據(jù)基礎(chǔ)量和節(jié)能比例，年節(jié)能量計(jì)算值為：36,709,388 kWh, 投資回報(bào)期一年不到投資回報(bào)期一年不到 Johnson Controls3131 Johnson Controls32 匯報(bào)目錄匯報(bào)目錄 第一部分：本項(xiàng)目節(jié)能控制策略第一部分：本項(xiàng)目節(jié)能控制策略 第二部分：節(jié)能量估算第二部分：節(jié)能量估算 第三部分：節(jié)能量驗(yàn)證方法第三部分：節(jié)能量驗(yàn)證方法 節(jié)能量驗(yàn)證方法節(jié)能量驗(yàn)證方法 效率比對法效率比對法 Johnson Controls3333 cooling ChillerChilledpumpCoolingpumpCoolingTower Q ChillerPlantEfficiency WWWW 測試數(shù)據(jù)驗(yàn)證測試數(shù)據(jù)驗(yàn)證 選取負(fù)荷差異不太大的兩天，分別進(jìn)行基礎(chǔ)模式下的能耗、選取負(fù)荷差異不太大的兩天，分別進(jìn)行基礎(chǔ)模式下的能耗、 冷量測試和節(jié)能控制模式下的能耗、冷量測試?yán)淞繙y試和節(jié)能控制模式下的能耗、冷量測試 基礎(chǔ)模式：將控制系統(tǒng)切換到非自控模式（自控系統(tǒng)必須支持這基礎(chǔ)模式：將控制系統(tǒng)切換到非自控模式（自控系統(tǒng)必須支持這