針對中央空調(diào)制冷站，我們深入探討了數(shù)種控制策略，涵蓋變水溫控制、冷凍水變流量控制、冷水機(jī)組群控方案，以及綜合冷凍站變流量與變水溫的節(jié)能優(yōu)化控制。分析顯示，運(yùn)用基于負(fù)荷預(yù)估的冷凍水流量動(dòng)態(tài)調(diào)控，能使系統(tǒng)維持最優(yōu)冷量輸出，同時(shí)削減冷凍水泵能耗。整合冷凍站變流量與變水溫的節(jié)能優(yōu)化策略，通過平衡制冷機(jī)與冷凍水泵的能耗，將兩者運(yùn)行功率總和最小化設(shè)為優(yōu)化目標(biāo)。同步調(diào)控冷凍水泵頻率與制冷機(jī)出水溫度，既能確保末端負(fù)荷的冷量需求，又能大幅削減制冷站功率損耗，達(dá)成節(jié)能優(yōu)化的運(yùn)行目標(biāo)。
中央空調(diào)的廣泛應(yīng)用顯著提升了建筑能耗，其中空調(diào)系統(tǒng)能耗占比超過一半，對電網(wǎng)供電的需求日益增大。制冷站作為空調(diào)系統(tǒng)的核心，其能耗控制至關(guān)重要。制冷站主要由制冷機(jī)組、冷卻水泵、冷凍水泵及冷卻塔構(gòu)成。依據(jù)制冷站特性，本文詳細(xì)剖析了其控制策略。
傳統(tǒng)制冷站控制手段回顧
在一次/二次泵冷凍水系統(tǒng)中，傳統(tǒng)方法假設(shè)負(fù)荷與流量成正比，供回水溫差恒定，并按設(shè)計(jì)工況運(yùn)行。據(jù)此，系統(tǒng)依據(jù)流量分階段啟動(dòng)冷水機(jī)組，實(shí)現(xiàn)按流量加載或卸載。然而，因盤管結(jié)垢、溫控誤差及供回水溫差縮小等因素，系統(tǒng)常偏離設(shè)計(jì)溫差，多在部分負(fù)荷下運(yùn)行。因此，以流量反映負(fù)荷狀態(tài)并不可靠，傳統(tǒng)控制方法常致冷水機(jī)組過度運(yùn)行，降低系統(tǒng)效率。
例如，采用碳?xì)渲评鋭┑睦渌畽C(jī)，冷卻水溫度每降1℃，制冷量增0.5%至1.5%。但按流量加載或卸載時(shí)，無法發(fā)揮高效工況下的制冷增量優(yōu)勢。在一次/二次泵系統(tǒng)中，一旦流量超出一臺(tái)冷水機(jī)設(shè)計(jì)值，即使該機(jī)處于部分負(fù)荷，下一臺(tái)也需啟動(dòng)。
為提升效率，需采取措施維持供回水溫差，合理調(diào)控冷水機(jī)組運(yùn)行。
變水溫控制策略
空調(diào)系統(tǒng)多處于部分負(fù)荷狀態(tài)，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)負(fù)荷。因此，根據(jù)全年負(fù)荷變化，調(diào)整制冷機(jī)參數(shù)，適度提升蒸發(fā)溫度及供水溫度，可提高效率，降低能耗。
研究顯示，冷水出口溫度升高，制冷量及COP值隨之增加。溫度升高提升了蒸發(fā)壓力與溫度，優(yōu)化了制冷性能?？照{(diào)負(fù)荷變化時(shí)，可通過調(diào)節(jié)離心制冷機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉或轉(zhuǎn)速，調(diào)整蒸氣吸入量，滿足供冷需求。冷水溫度與供冷量呈階段性線性關(guān)系，溫度越低，供冷量越大。流量較低時(shí)，提升流量能顯著增加供冷量；流量較高時(shí)，再增流量效果有限。出水溫度每升1℃，COP提高2%至4%。因此，根據(jù)氣象與負(fù)荷變化，設(shè)定合理供水溫度，實(shí)施分階段變水溫運(yùn)行，可提升制冷效率，降低能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。
中央空調(diào)冷凍水變流量控制技術(shù)概覽
當(dāng)前，中央空調(diào)冷凍水變流量控制主要分為恒壓差與恒溫差兩類技術(shù)。
1.恒壓差控制機(jī)制
恒壓差控制策略依據(jù)冷凍水供回水管路間的恒定壓差來調(diào)節(jié)冷凍水流量。系統(tǒng)通過壓差傳感器監(jiān)測實(shí)際壓差，并與預(yù)設(shè)值對比，利用PID控制技術(shù)調(diào)整變頻冷凍水泵的頻率，進(jìn)而調(diào)控流量。
由于壓差對流量變化的響應(yīng)較為迅速，當(dāng)負(fù)荷側(cè)流量頻繁波動(dòng)時(shí)，壓差能迅速調(diào)整，調(diào)節(jié)周期短。然而，由于負(fù)荷與壓差間缺乏直接關(guān)聯(lián)，空調(diào)負(fù)荷的變動(dòng)無法精確通過壓差反映；反之亦然。因此，以壓差為控制變量來調(diào)節(jié)流量，難以確保流量隨負(fù)荷精確變化。在流量未顯著變化時(shí)，水流阻力及壓差保持穩(wěn)定；但若負(fù)荷變化而流量不變，冷凍水溫度會(huì)改變，而壓差不變，此時(shí)恒壓差控制失效。故恒壓差控制僅適用于負(fù)荷變化伴隨明顯流量及壓差變化的場景。
恒溫差控制則是通過維持冷凍水供回水溫差恒定來調(diào)節(jié)流量。溫度傳感器檢測實(shí)際溫差，并與設(shè)定值對比，通過PID控制技術(shù)調(diào)整水泵頻率。
由于溫差能直接反映空調(diào)負(fù)荷變化，恒溫差控制效果較好。但溫度采集點(diǎn)遠(yuǎn)離末端，且管路長，溫度變化需一定時(shí)間才能顯現(xiàn)，導(dǎo)致控制存在時(shí)滯。因此，溫差作為控制變量也無法確保流量隨負(fù)荷精確變化。負(fù)荷突變時(shí)，由于時(shí)滯，流量調(diào)節(jié)滯后，影響控制的及時(shí)性和響應(yīng)速度。
兩種控制方法均采用PID控制，需整定比例系數(shù)Kp、積分時(shí)間常數(shù)Ti和微分時(shí)間常數(shù)Td。整定過程復(fù)雜，參數(shù)間相互影響，難以達(dá)到理想效果。PID控制難以平衡穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
2.變水量節(jié)能調(diào)控策略
變水量節(jié)能控制旨在使冷水量與末端負(fù)荷相匹配，節(jié)約水泵能耗。隨著環(huán)境條件變化，空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷及所需水量隨之變化。
冷水機(jī)組常低負(fù)荷運(yùn)行，若水泵頻率不匹配，會(huì)導(dǎo)致大流量小溫差現(xiàn)象。變水量控制需確保設(shè)備在寬流量范圍內(nèi)運(yùn)行，同時(shí)控制出水溫度。在冷凍水泵變頻、冷卻水泵定頻的情況下，通過調(diào)節(jié)水泵頻率改變流量，減少能耗。為增強(qiáng)控制穩(wěn)定性，可結(jié)合末端空調(diào)機(jī)組水閥開度與溫差共同控制水泵頻率，確保滿足負(fù)荷需求的同時(shí)降低能耗。
3.基于負(fù)荷預(yù)測的冷凍水流量動(dòng)態(tài)調(diào)控
負(fù)荷預(yù)測控制基于對未來空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的預(yù)測來調(diào)節(jié)冷凍水流量。通過檢測供水溫度、回水溫度、流量、溫差及室外環(huán)境溫度等參數(shù)，采用先進(jìn)預(yù)測方法推斷未來負(fù)荷，提前調(diào)整水泵頻率，使系統(tǒng)提供的冷量與負(fù)荷需求匹配。
（1）模糊控制技術(shù)
系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先利用負(fù)荷預(yù)測技術(shù)結(jié)合當(dāng)前參數(shù)預(yù)測下一時(shí)刻負(fù)荷，將其傳遞給模糊控制器。模糊控制器比較預(yù)測負(fù)荷與實(shí)際負(fù)荷的偏差及變化率，根據(jù)模糊規(guī)則庫推理出優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)（如冷凍水流量）的模糊值，經(jīng)清晰化處理轉(zhuǎn)換為精確控制量，調(diào)節(jié)冷凍水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)和轉(zhuǎn)速，為下一時(shí)刻提供所需冷量。
將當(dāng)前的實(shí)際空調(diào)負(fù)荷與預(yù)測負(fù)荷進(jìn)行對比，依據(jù)兩者之間的差異來評判預(yù)測負(fù)荷控制的成效，并據(jù)此實(shí)時(shí)在線調(diào)整負(fù)荷：若實(shí)際負(fù)荷超出預(yù)測負(fù)荷，則提升冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，以增加冷凍水流量，確?？照{(diào)末端獲得充足的冷量；反之，若實(shí)際負(fù)荷低于預(yù)測負(fù)荷，則降低冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，減少冷凍水流量，以避免不必要的冷量輸送。
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