冷水机房控制的节能解决方案教学内容.ppt

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1、京东方项目京东方项目(xingm)(xingm)冷冻机房冷冻机房-节能群控原理、效果分析、验证节能群控原理、效果分析、验证第一页，共35页。Johnson Controls2汇报汇报(hubo)(hubo)目录目录第一部分第一部分(b fen)(b fen)：本项目节能控制策略：本项目节能控制策略第二部分第二部分(b fen)(b fen)：节能量估算：节能量估算第三部分第三部分(b fen)(b fen)：节能量验证方法：节能量验证方法第二页，共35页。本项目的一些具体本项目的一些具体(jt)(jt)前提前提本项目冷水机组出水本项目冷水机组出水(ch shu)(ch shu)温度均为了满足工

2、艺要求，因此冷冻水温温度均为了满足工艺要求，因此冷冻水温设定值假定不能改变。设定值假定不能改变。冷冻水侧：由于本项目是电子厂房类建筑，因此空调冷负荷主要来源于生冷冻水侧：由于本项目是电子厂房类建筑，因此空调冷负荷主要来源于生产线，与天气参数的关系不大，主要受生产线的量影响，可以认为是较为产线，与天气参数的关系不大，主要受生产线的量影响，可以认为是较为稳定的。稳定的。冷却水侧：冷却水的温度是影响冷机效率的关键因素，这部分与天气状况冷却水侧：冷却水的温度是影响冷机效率的关键因素，这部分与天气状况关联性很大，因此冷却塔的台数及变频控制是很重要的调节手段，假定在关联性很大，因此冷却塔的台数及变频控制是

3、很重要的调节手段，假定在自控系统的调配范围内。自控系统的调配范围内。Johnson Controls3 3第三页，共35页。本项目控制需要解决本项目控制需要解决(jiju)(jiju)的问题的问题冷水机组冷水机组在一定的末端负荷在一定的末端负荷(fh)(fh)下，冷水机组该开几台？下，冷水机组该开几台？开哪几台最节能？开哪几台最节能？运行在热回收模式下的机组控制有何特殊性？运行在热回收模式下的机组控制有何特殊性？冷冻水泵变频冷冻水泵变频一次泵和二次泵频率控制依据是什么？一次泵和二次泵频率控制依据是什么？冷却水泵变频冷却水泵变频冷却水泵频率控制依据是什么？冷却水泵频率控制依据是什么？冷却塔变频冷

4、却塔变频频率控制依据是什么？频率控制依据是什么？Johnson Controls第四页，共35页。目前常规目前常规(chnggu)(chnggu)控制方法控制方法n冷机冷机n常见策略常见策略1 1：如果机组出水温度长时间达不到设定温度值，且系统负荷高于冷机额：如果机组出水温度长时间达不到设定温度值，且系统负荷高于冷机额定制冷量的定制冷量的70%70%，那么加开冷机；如果出水温度达到设定值，负载率低于，那么加开冷机；如果出水温度达到设定值，负载率低于50%50%，则，则减开冷机（多台冷机时）减开冷机（多台冷机时）n常见策略常见策略2 2：计算：计算(j sun)(j sun)出的实际冷负荷与当前

5、运行机组的额定冷量比较，当实出的实际冷负荷与当前运行机组的额定冷量比较，当实际负荷小于当前机组的额定总负荷一定量时，减少相应的机组运行；当实际负荷际负荷小于当前机组的额定总负荷一定量时，减少相应的机组运行；当实际负荷大于当前机组的额定总负荷一定量时，增加相应的机组运行。大于当前机组的额定总负荷一定量时，增加相应的机组运行。n水泵水泵n定频：与冷机连锁（一次泵），二次泵根据末端压力控制台数定频：与冷机连锁（一次泵），二次泵根据末端压力控制台数n变频：设一个固定压差，变频：设一个固定压差，PIDPID控制控制n冷却塔冷却塔n变频：设一个固定冷却水回水温度，变频：设一个固定冷却水回水温度，PIDPI

6、D控制控制n阀门阀门n自控联锁控制自控联锁控制Johnson Controls5 5第五页，共35页。目前常规控制方法目前常规控制方法(fngf)(fngf)的弊端的弊端1.1.冷机的问题冷机的问题2.2.冷机的加减机的控制策略，并未掌握冷机的最大制冷量和最大效率点冷机的加减机的控制策略，并未掌握冷机的最大制冷量和最大效率点这两个关键这两个关键3.3.冷机的效率与其冷冻水流量、冷却水流量、设定温度、冷却水回水温冷机的效率与其冷冻水流量、冷却水流量、设定温度、冷却水回水温度、负荷率均有关，如何调节到最优点？而每台冷机又是各不相同的，度、负荷率均有关，如何调节到最优点？而每台冷机又是各不相同的，目

7、前大多数控制系统并不事先掌握冷机的特性目前大多数控制系统并不事先掌握冷机的特性4.4.出水温度可调节以提高冷机效率，目前普遍为人为设置出水温度可调节以提高冷机效率，目前普遍为人为设置5.5.系统的问题系统的问题各自独立各自独立6.6.水泵台数及变频控制的问题水泵台数及变频控制的问题用压差或温差控制，设定值是多少？没有依据。水量变化后对冷机效用压差或温差控制，设定值是多少？没有依据。水量变化后对冷机效率会产生率会产生(chnshng)(chnshng)影响，并不考虑！因此水泵的变频节能控制是狭影响，并不考虑！因此水泵的变频节能控制是狭义的，义的，“自私自私”的的7.7.冷却塔台数及变频控制的问题

8、冷却塔台数及变频控制的问题保持回水温度，回水温度究竟设置在哪里？底限是多少？并不知道？保持回水温度，回水温度究竟设置在哪里？底限是多少？并不知道？Johnson Controls6 6第六页，共35页。解决之道解决之道冷机的特性冷机的特性(txng)(txng)是核心！是核心！冷站系统中每个控制量都会对冷机的特性冷站系统中每个控制量都会对冷机的特性(txng)(txng)产产生影响，如果事先不知道这种影响的程度，仅仅依靠生影响，如果事先不知道这种影响的程度，仅仅依靠各自分散独立的各自分散独立的“自私自私”的控制，并不能达到整体节的控制，并不能达到整体节能的目的。能的目的。因此，节能控制首先必须

9、把握住核心部件因此，节能控制首先必须把握住核心部件-冷机，而且冷机，而且是本项目中所采用冷机的特性是本项目中所采用冷机的特性(txng)(txng)。Johnson Controls7 7第七页，共35页。冷机特性（工厂冷机特性（工厂(gngchng)(gngchng)数据）数据）-冷机制冷量是否是固定不变的？冷机制冷量是否是固定不变的？Johnson Controls8 8第八页，共35页。冷机特性（工厂数据）冷机特性（工厂数据）-冷机效率随负荷率、冷冻水出水冷机效率随负荷率、冷冻水出水(ch shu)(ch shu)温度设置改变如何变化？温度设置改变如何变化？Johnson Control

10、s9 9图5 机组效率随负荷率的变化(binhu)曲线（冷却水进水温度改变时）第九页，共35页。冷机特性（工厂数据）冷机特性（工厂数据）-冷机效率冷机效率(xio l)(xio l)随冷冻、冷却水流量改变如何变化？随冷冻、冷却水流量改变如何变化？Johnson Controls1010第十页，共35页。冷机特性（工厂数据）冷机特性（工厂数据）-冷机效率随冷冻、冷却水流量改变如何冷机效率随冷冻、冷却水流量改变如何(rh)(rh)变化？变化？Johnson Controls1111第十一页，共35页。冷机特性冷机特性(txng)(txng)（工厂数据）（工厂数据）-冷机效率随冷冻、冷却水流量改变如

11、何变化？冷机效率随冷冻、冷却水流量改变如何变化？Johnson Controls1212第十二页，共35页。冷机特性（冷机特性（YKWFVBJ45DGFSYKWFVBJ45DGFS的工厂数据）的工厂数据）-冷机效率随冷冻、冷却冷机效率随冷冻、冷却(lngqu)(lngqu)水流量改变如何变化？水流量改变如何变化？Johnson Controls1313第十三页，共35页。冷机型号不同，其特性冷机型号不同，其特性(txng)(txng)规律一样规律一样吗？吗？Johnson Controls1414第十四页，共35页。机房机房(j fn)COP(j fn)COP根据以上这些数据，建立本项目所用冷

12、机的实际特性数据库，实际根据以上这些数据，建立本项目所用冷机的实际特性数据库，实际控制上需要根据冷机的特性来计算冷机运行的最优点。控制上需要根据冷机的特性来计算冷机运行的最优点。而仅把冷机做到最优还不够，控制节能的最终目标是机房所有设备而仅把冷机做到最优还不够，控制节能的最终目标是机房所有设备的总能效最高，因此不但的总能效最高，因此不但(bdn)(bdn)冷机需要优化，还要考虑冷冻水冷机需要优化，还要考虑冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的最优化。泵、冷却水泵、冷却塔的最优化。Johnson Controls1515第十五页，共35页。机房机房(j fn)COP(j fn)COPJohnson Con

13、trols1616第十六页，共35页。机房机房(j fn)(j fn)整体整体COPCOP机房(j fn)整体COP的实例Johnson Controls1717第十七页，共35页。冷冻水泵冷冻水泵(shubng)(shubng)、冷却水泵、冷却水泵(shubng)(shubng)、冷却塔的能效特性冷却塔的能效特性相比冷机，要简单很多，因为相比冷机，要简单很多，因为(yn wi)(yn wi)其可变参数其可变参数往往只有往往只有1-21-2个。个。Johnson Controls1818根据目前设计的参数(cnsh)，按照多家水泵曲线样本的经验特性流量扬程流量效率第十八页，共35页。冷却冷却(

14、lngqu)(lngqu)水泵特性水泵特性Johnson Controls1919流量流量(liling)扬程扬程流量流量(liling)效率效率第十九页，共35页。冷却塔特性冷却塔特性(txng)(txng)Johnson Controls2020第二十页，共35页。控制策略的最终控制策略的最终(zu zhn)(zu zhn)目的目的区别于常规控制的开篇所述的缺点，有了上述特性数据，控制的目的就是为了确区别于常规控制的开篇所述的缺点，有了上述特性数据，控制的目的就是为了确定：定：1 1）冷机的冷冻水流量为多少？（即一次冷冻水泵怎样变频？）才能既降低冷冻水）冷机的冷冻水流量为多少？（即一次冷冻

15、水泵怎样变频？）才能既降低冷冻水泵能耗，又能让冷机能效优化（因为冷冻水量会影响冷机效率泵能耗，又能让冷机能效优化（因为冷冻水量会影响冷机效率(xio l)(xio l)），保证），保证系统能效最高？系统能效最高？2 2）二次泵系统与一次泵如何协调？）二次泵系统与一次泵如何协调？3 3）冷机的冷却水流量为多少？（即冷却水泵怎样变频？）才能既降低冷却水泵能）冷机的冷却水流量为多少？（即冷却水泵怎样变频？）才能既降低冷却水泵能耗，又能让冷机能效优化（因为冷却水量会影响冷机效率耗，又能让冷机能效优化（因为冷却水量会影响冷机效率(xio l)(xio l)），又能让冷），又能让冷却塔能效优化？（因为冷却

16、水量会影响冷却塔效率却塔能效优化？（因为冷却水量会影响冷却塔效率(xio l)(xio l)），保证系统能效最），保证系统能效最高？高？4 4）冷机的冷却水回水温度为多少？（即冷却塔该怎样变频？）保持回水温度为多）冷机的冷却水回水温度为多少？（即冷却塔该怎样变频？）保持回水温度为多少？才能既降低冷却塔能耗，又能让冷机的工作点效率少？才能既降低冷却塔能耗，又能让冷机的工作点效率(xio l)(xio l)高，保证系统能高，保证系统能效最高？效最高？5 5）冷机的负荷率控制在多少？（即负荷分配在多少台？每台多少？）以保证冷机）冷机的负荷率控制在多少？（即负荷分配在多少台？每台多少？）以保证冷机效率

17、效率(xio l)(xio l)高，保证系统能效最高？高，保证系统能效最高？Johnson Controls2121第二十一页，共35页。为满足以上目的所制定为满足以上目的所制定(zhdng)(zhdng)的控制的控制流程流程Johnson Controls2222控制器内嵌数据库第二十二页，共35页。专家专家(zhunji)(zhunji)数据库的内容数据库的内容给定负荷、室外气象参数，便能查到这个条件下系统最优的给定负荷、室外气象参数，便能查到这个条件下系统最优的运行点：运行点：1 1）冷机的冷冻水供回水温差设置多少？）冷机的冷冻水供回水温差设置多少？2 2）冷机的冷却水供回水温差设置多少

18、？）冷机的冷却水供回水温差设置多少？3 3）冷机的冷却水回水温度设置多少？）冷机的冷却水回水温度设置多少？4 4）冷机开几台？各冷机的负荷率为多少？冷冻水泵开几台？）冷机开几台？各冷机的负荷率为多少？冷冻水泵开几台？冷却水泵开几台？冷却塔开几台？冷却水泵开几台？冷却塔开几台？本项目二次泵控制的独立性本项目二次泵控制的独立性本项目中采用了二次泵设计本项目中采用了二次泵设计(shj)(shj)，因此二次泵的主要控制，因此二次泵的主要控制目标是末端的压差和温差，这个和上述的冷机侧控制将是互目标是末端的压差和温差，这个和上述的冷机侧控制将是互不影响的，具有独立性。不影响的，具有独立性。本项目热回收机组

19、的控制本项目热回收机组的控制由于热回收机组在冬季将运行在全热回收模式下，因此冬季由于热回收机组在冬季将运行在全热回收模式下，因此冬季控制提高能效时冷却侧水温控制模式与冷却塔不同，此时冷控制提高能效时冷却侧水温控制模式与冷却塔不同，此时冷却水温将不存在最优点却水温将不存在最优点Johnson Controls2323第二十三页，共35页。现场控制系统现场控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)界面效界面效果果Johnson Controls2424第二十四页，共35页。Johnson Controls25汇报汇报(hubo)(hubo)目录目录第一部分：本项目节能控制策略第一部分

20、：本项目节能控制策略第二部分：节能量估算第二部分：节能量估算(sun)(sun)第三部分：节能量验证方法第三部分：节能量验证方法第二十五页，共35页。基准基准(jzhn)(jzhn)能耗计算能耗计算比较基准：系统没有任何(rnh)自动控制主机开启策略是：每台机组80%负荷，从大到小搭配水泵工频运转，一次冷冻泵一对一，冷却泵一对一冷却塔工频运转，冷却塔与冷机一对一Johnson Controls2626第二十六页，共35页。基准基准(jzhn)(jzhn)能耗计算能耗计算分系统分月计算(j sun)Johnson Controls2727第二十七页，共35页。节能节能(ji nn)(ji nn)

21、率模拟计算率模拟计算根据冷机、水泵、冷却塔的性能参数进行控制模拟分析，根据冷机、水泵、冷却塔的性能参数进行控制模拟分析，寻找寻找(xnzho)(xnzho)系统的最优点。系统的最优点。采用约克冷冻机房能效模拟软件采用约克冷冻机房能效模拟软件Johnson Controls2828第二十八页，共35页。模拟计算的原理模拟计算的原理(yunl)(yunl)遍历满足当前负荷遍历满足当前负荷(fh)(fh)要求的所有工况点，看哪要求的所有工况点，看哪个组合下系统能耗最低，也就是能效最高个组合下系统能耗最低，也就是能效最高Johnson Controls2929第二十九页，共35页。冷机能效对比冷机能效

22、对比(dub)(dub)全年总机房平均能效对比（采用整体优化控制(kngzh)与常规控制(kngzh)相比）Johnson Controls3030第三十页，共35页。节能量节能量(nngling)(nngling)计算计算从约克专业模拟软件计算出控制策略相对于目前基准能耗，节从约克专业模拟软件计算出控制策略相对于目前基准能耗，节能比例计算值约能比例计算值约20.7%20.7%（节能承诺比例）（节能承诺比例）基准能耗可根据运行功率和运行时间逐月估算，累计为：基准能耗可根据运行功率和运行时间逐月估算，累计为：177,340,038 kWh177,340,038 kWh根据基础量和节能比例，年节能

23、量计算值为：根据基础量和节能比例，年节能量计算值为：36,709,388 kWh,36,709,388 kWh,投资投资(tu z)(tu z)回报期一年不到回报期一年不到Johnson Controls3131第三十一页，共35页。Johnson Controls32汇报汇报(hubo)(hubo)目录目录第一部分第一部分(b fen)(b fen)：本项目节能控制策：本项目节能控制策略略第二部分第二部分(b fen)(b fen)：节能量估算：节能量估算第三部分第三部分(b fen)(b fen)：节能量验证方法：节能量验证方法第三十二页，共35页。节能量节能量(nngling)(nngl

24、ing)验证方法验证方法效率效率(xio l)(xio l)比对法比对法Johnson Controls3333第三十三页，共35页。测试数据验证测试数据验证(ynzhng)(ynzhng)选取负荷差异不太大的两天，分别进行基础模式选取负荷差异不太大的两天，分别进行基础模式(msh)(msh)下的能耗、冷量测试和节能控制模式下的能耗、冷量测试和节能控制模式(msh)(msh)下的能耗、下的能耗、冷量测试冷量测试基础模式基础模式(msh)(msh)：将控制系统切换到非自控模式：将控制系统切换到非自控模式(msh)(msh)（自控系统必须支持这个功能），机组、水泵、（自控系统必须支持这个功能），机

25、组、水泵、塔均需人为开启，并统一运行在工频模式塔均需人为开启，并统一运行在工频模式(msh)(msh)下，机下，机组开启台数按台均组开启台数按台均80%80%，最小台数；二次泵按照负荷百分，最小台数；二次泵按照负荷百分比定台数比定台数计量全天计量全天2424小时的冷量小时的冷量Q1,Q2,Q1,Q2,机房总电量机房总电量E1,E2E1,E2，计量，计量仪表均在自控系统中纳入仪表均在自控系统中纳入计算出机房整体能效分别为计算出机房整体能效分别为TCOP1,TCOP2TCOP1,TCOP2TCOP1=Q1/E1,TCOP2=Q2/E2TCOP1=Q1/E1,TCOP2=Q2/E2节能率核算节能率核

26、算=(TCOP2-TCOP1)/TCOP1=(TCOP2-TCOP1)/TCOP1承诺节能率为：承诺节能率为：20.7%20.7%Johnson Controls3434第三十四页，共35页。Johnson Controls35结论结论(jiln)(jiln)1.1.传统的控制中水泵、冷却塔、冷机各自独立，忽视了传统的控制中水泵、冷却塔、冷机各自独立，忽视了水泵、冷却塔调节时对冷机性能的影响，原因是水泵、冷却塔调节时对冷机性能的影响，原因是“不不清楚对冷机会有多少影响清楚对冷机会有多少影响”，所以不得不将冷机视为，所以不得不将冷机视为一个黑匣子一个黑匣子2.2.最佳的控制必须是对冷机深刻理解基础上的控制，为最佳的控制必须是对冷机深刻理解基础上的控制，为此，我们基于本项目所用此，我们基于本项目所用(su yn)(su yn)冷机的工厂性能冷机的工厂性能数据，制定了机房效率最优控制策略。数据，制定了机房效率最优控制策略。3.3.控制策略相对于目前传统的控制策略基准能耗，节能控制策略相对于目前传统的控制策略基准能耗，节能比例约比例约20.7%20.7%第三十五页，共35页。