冷水機房控制的節(jié)能解決方案教材

1、京東方項目冷凍機房京東方項目冷凍機房- -節(jié)能群控原理、效果分析、驗證節(jié)能群控原理、效果分析、驗證Johnson Controls2匯報目錄匯報目錄 第一部分：本項目節(jié)能控制策略第一部分：本項目節(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)能量驗證方法第三部分：節(jié)能量驗證方法本項目的一些具體前提本項目的一些具體前提本項目冷水機組出水溫度均為了滿足工藝要求，因此冷凍水溫設(shè)定值本項目冷水機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)：由于本項目是電子廠房類建筑，因此空調(diào)冷負荷主要來源冷凍水側(cè)：由于本項目是電子廠房類建筑，因此空調(diào)冷負荷主

2、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本項目控制需要解決的問題本項目控制需要解決的問題 冷水機組冷水機組 在一定的末端負荷下，冷水機組該開幾臺

3、？在一定的末端負荷下，冷水機組該開幾臺？ 開哪幾臺最節(jié)能？開哪幾臺最節(jié)能？ 運行在熱回收模式下的機組控制有何特殊性？運行在熱回收模式下的機組控制有何特殊性？ 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 冷機冷機常見策略常見策略1：如果機組出水溫度長時間達不到設(shè)定溫度值，且系統(tǒng)負荷高于冷機額：如果機組出水溫度長時間達不到設(shè)定溫度值，且

4、系統(tǒng)負荷高于冷機額定制冷量的定制冷量的70%，那么加開冷機；如果出水溫度達到設(shè)定值，負載率低于，那么加開冷機；如果出水溫度達到設(shè)定值，負載率低于50%，則，則減開冷機（多臺冷機時）減開冷機（多臺冷機時）常見策略常見策略2：計算出的實際冷負荷與當(dāng)前運行機組的額定冷量比較，當(dāng)實際負荷?。河嬎愠龅膶嶋H冷負荷與當(dāng)前運行機組的額定冷量比較，當(dāng)實際負荷小于當(dāng)前機組的額定總負荷一定量時，減少相應(yīng)的機組運行；當(dāng)實際負荷大于當(dāng)前機于當(dāng)前機組的額定總負荷一定量時，減少相應(yīng)的機組運行；當(dāng)實際負荷大于當(dāng)前機組的額定總負荷一定量時，增加相應(yīng)的機組運行。組的額定總負荷一定量時，增加相應(yīng)的機組運行。n 水泵水泵定頻：與冷機

5、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.冷機的問題冷機的問題冷機的加減機的控制策略，并未掌握冷機的最大制冷量和最大效率點這兩個關(guān)鍵冷機的加減機的控制策略，并未掌握冷機的最大制冷量和最大效率點這兩個關(guān)鍵冷機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、負荷率

6、均冷機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、負荷率均有關(guān)，如何調(diào)節(jié)到最優(yōu)點？而每臺冷機又是各不相同的，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？而每臺冷機又是各不相同的，目前大多數(shù)控制系統(tǒng)并不事先掌握冷機的特性事先掌握冷機的特性出水溫度可調(diào)節(jié)以提高冷機效率，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)的問題各自獨立各自獨立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)。水量變化后對冷機效用壓差或溫差控制，設(shè)定值是多少？沒有依據(jù)。水量變化后對冷機效率會產(chǎn)生影響，并不考慮！因此水泵的變頻

7、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 冷機的特性是核心！冷機的特性是核心！ 冷站系統(tǒng)中每個控制量都會對冷機的特性產(chǎn)生影冷站系統(tǒng)中每個控制量都會對冷機的特性產(chǎn)生影響，如果事先不知道這種影響的程度，僅僅依靠響，如果事先不知道這種影響的程度，僅僅依靠各自分散獨立的各自分散獨立的“自私自私”的控制，并不能達到整的控制，并不

8、能達到整體節(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，冷機，而且是本項目中所采用冷機的特性。而且是本項目中所采用冷機的特性。Johnson Controls7 7冷機特性（工廠數(shù)據(jù)）冷機特性（工廠數(shù)據(jù)）- -冷機制冷量是否是固定不變的？冷機制冷量是否是固定不變的？Johnson Controls8 8冷機特性（工廠數(shù)據(jù)）冷機特性（工廠數(shù)據(jù)）- -冷機效率隨負荷率、冷凍水出水溫度設(shè)置改變?nèi)绾巫兓?？冷機效率隨負荷率、冷凍水出水溫度設(shè)置改變?nèi)绾巫兓?？Johnson Controls9 9圖5 機組效率隨負荷率的變化曲線（冷卻水進水溫度改

9、變時）冷機特性（工廠數(shù)據(jù)）冷機特性（工廠數(shù)據(jù)）- -冷機效率隨冷凍、冷卻水流量改變?nèi)绾巫兓坷錂C效率隨冷凍、冷卻水流量改變?nèi)绾巫兓?？Johnson Controls1010冷機特性（工廠數(shù)據(jù)）冷機特性（工廠數(shù)據(jù)）- -冷機效率隨冷凍、冷卻水流量改變?nèi)绾巫兓?？冷機效率隨冷凍、冷卻水流量改變?nèi)绾巫兓?？Johnson Controls1111冷機特性（工廠數(shù)據(jù)）冷機特性（工廠數(shù)據(jù)）- -冷機效率隨冷凍、冷卻水流量改變?nèi)绾巫兓?？冷機效率隨冷凍、冷卻水流量改變?nèi)绾巫兓縅ohnson Controls1212冷機特性（冷機特性（YKWFVBJ45DGFSYKWFVBJ45DGFS的工廠數(shù)據(jù)）的工廠數(shù)據(jù)）

10、- -冷機效率隨冷凍、冷卻水流量改變?nèi)绾巫兓?？冷機效率隨冷凍、冷卻水流量改變?nèi)绾巫兓?？Johnson Controls1313冷機型號不同，其特性規(guī)律一樣嗎？冷機型號不同，其特性規(guī)律一樣嗎？Johnson Controls1414機房機房COPCOP 根據(jù)以上這些數(shù)據(jù)，建立本項目所用冷機的實際特性數(shù)據(jù)根據(jù)以上這些數(shù)據(jù)，建立本項目所用冷機的實際特性數(shù)據(jù)庫，實際控制上需要根據(jù)冷機的特性來計算冷機運行的最庫，實際控制上需要根據(jù)冷機的特性來計算冷機運行的最優(yōu)點。優(yōu)點。 而僅把冷機做到最優(yōu)還不夠，控制節(jié)能的最終目標(biāo)是機房而僅把冷機做到最優(yōu)還不夠，控制節(jié)能的最終目標(biāo)是機房所有設(shè)備的總能效最高，因此不但冷機

11、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 Controls1515coolingChillerChilledpumpCoolingpumpCoolingTowerQChillerPlantEfficiencyWWWW機房機房COPCOPJohnson Controls1616機房整體機房整體COPCOP 機房整體COP的實例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，要簡單很多，因為其可變參數(shù)往往只相

12、比冷機，要簡單很多，因為其可變參數(shù)往往只有有1-2個。個。Johnson Controls1818根據(jù)目前設(shè)計的參數(shù)，按照多家水泵曲線樣本的經(jīng)驗特性流量揚程流量效率冷卻水泵特性冷卻水泵特性Johnson Controls1919流量揚程流量揚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，有了上述特性數(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，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）冷機的冷凍水流量為多少？（即一次

13、冷凍水泵怎樣變頻？）才能既降低冷凍水泵能耗，又能讓冷機能效優(yōu)化（因為冷凍水量會影響冷機降低冷凍水泵能耗，又能讓冷機能效優(yōu)化（因為冷凍水量會影響冷機效率），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）冷機的冷卻水流量為多少？（即冷卻水泵怎樣變頻？）才能既降低冷卻水泵能耗，又能讓冷機能效優(yōu)化（因為冷卻水量會影響冷機效冷卻水泵能耗，又能讓冷機能效優(yōu)化（因為冷卻水量會影響冷機效率），又能讓冷卻塔能效優(yōu)化？（因為冷卻水量會影響冷卻塔效率），率），又能讓冷卻塔能效優(yōu)化？（因為冷卻水

14、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，又能讓冷機的工作點效率高，水溫度為多少？才能既降低冷卻塔能耗，又能讓冷機的工作點效率高，保證系統(tǒng)能效最高？保證系統(tǒng)能效最高？5）冷機的負荷率控制在多少？（即負荷分配在多少臺？每臺多少？）冷機的負荷率控制在多少？（即負荷分配在多少臺？每臺多少？）以保證冷機效率高，保證系統(tǒng)能效最高？以保證冷機效率高，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

15、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)的運行點：的運行點： 1）冷機的冷凍水供回水溫差設(shè)置多少？）冷機的冷凍水供回水溫差設(shè)置多少？ 2）冷機的冷卻水供回水溫差設(shè)置多少？）冷機的冷卻水供回水溫差設(shè)置多少？ 3）冷機的冷卻水回水溫度設(shè)置多少？）冷機的冷卻水回水溫度設(shè)置多少？ 4）冷機開幾臺？各冷機的負荷率為多少？冷凍水泵開幾臺？冷卻）冷機開幾臺？各冷機的負荷率為多少？冷凍水泵開幾臺？冷卻水泵開幾臺？冷

16、卻塔開幾臺？水泵開幾臺？冷卻塔開幾臺？ 本項目二次泵控制的獨立性本項目二次泵控制的獨立性 本項目中采用了二次泵設(shè)計，因此二次泵的主要控制目標(biāo)是末端的本項目中采用了二次泵設(shè)計，因此二次泵的主要控制目標(biāo)是末端的壓差和溫差，這個和上述的冷機側(cè)控制將是互不影響的，具有獨立壓差和溫差，這個和上述的冷機側(cè)控制將是互不影響的，具有獨立性。性。 本項目熱回收機組的控制本項目熱回收機組的控制 由于熱回收機組在冬季將運行在全熱回收模式下，因此冬季控制提由于熱回收機組在冬季將運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

17、水溫將不存在最優(yōu)點在最優(yōu)點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 Controls2424Johnson Controls25匯報目錄匯報目錄 第一部分：本項目節(jié)能控制策略第一部分：本項目節(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)能量驗證方法第三部分：節(jié)能量驗證方法基準(zhǔn)能耗計算基準(zhǔn)能耗計算 比較基準(zhǔn)： 系統(tǒng)沒有任何自動控制 主機開啟策略是：每臺機組80%負荷，從大到小搭配 水泵工頻運轉(zhuǎn)，一次冷凍泵一對一，冷卻泵一對一 冷卻塔工頻運轉(zhuǎn)，冷卻塔與冷機一對一Johnson Controls2626基準(zhǔn)能耗計算基準(zhǔn)能耗計

18、算 分系統(tǒng)分月計算Johnson Controls2727節(jié)能率模擬計算節(jié)能率模擬計算 根據(jù)冷機、水泵、冷卻塔的性能參數(shù)進行控制模根據(jù)冷機、水泵、冷卻塔的性能參數(shù)進行控制模擬分析，尋找系統(tǒng)的最優(yōu)點。擬分析，尋找系統(tǒng)的最優(yōu)點。 采用約克冷凍機房能效模擬軟件采用約克冷凍機房能效模擬軟件Johnson Controls2828模擬計算的原理模擬計算的原理 遍歷滿足當(dāng)前負荷要求的所有工況點，看哪個組遍歷滿足當(dāng)前負荷要求的所有工況點，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冷機能效對比冷機能效對比 全年總機房平均能效對比（采用整體優(yōu)

19、化控制與常規(guī)控制相比）Johnson Controls3030節(jié)能量計算節(jié)能量計算 從約克專業(yè)模擬軟件計算出控制策略相對于目前基準(zhǔn)能耗，從約克專業(yè)模擬軟件計算出控制策略相對于目前基準(zhǔn)能耗，節(jié)能比例計算值約節(jié)能比例計算值約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)運行功率和運行時間逐月估算，累計為：基準(zhǔn)能耗可根據(jù)運行功率和運行時間逐月估算，累計為：177,340,038 kWh 根據(jù)基礎(chǔ)量和節(jié)能比例，年節(jié)能量計算值為：根據(jù)基礎(chǔ)量和節(jié)能比例，年節(jié)能量計算值為：36,709,388 kWh, 投資回報期一年不到投資回報期一年不到Johnson Controls3131Johnson

20、Controls32匯報目錄匯報目錄 第一部分：本項目節(jié)能控制策略第一部分：本項目節(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)能量驗證方法第三部分：節(jié)能量驗證方法節(jié)能量驗證方法節(jié)能量驗證方法效率比對法效率比對法Johnson Controls3333coolingChillerChilledpumpCoolingpumpCoolingTowerQChillerPlantEfficiencyWWWW測試數(shù)據(jù)驗證測試數(shù)據(jù)驗證選取負荷差異不太大的兩天，分別進行基礎(chǔ)模式下的能耗、選取負荷差異不太大的兩天，分別進行基礎(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