冷凍站系統(tǒng)的監(jiān)測和控制課件

5.2冷凍站系統(tǒng)的監(jiān)測和控制中央空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備布置示意圖

26/11/20231AI水感溫度傳感器旁通閥1AOor2DO4#水流開關(guān)1DI5#水流開關(guān)1DI冷卻泵：將冷凍機(jī)運(yùn)行發(fā)熱后的水打進(jìn)冷卻塔1#冷卻泵——1#冷凍機(jī)組2#冷卻泵——2#冷凍機(jī)組3#冷卻泵——備用水泵有：3DI：運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、手/自動1DO：冷卻塔水泵啟?？刂?#水流開關(guān)1DI2#水流開關(guān)1DI1#水流開關(guān)1DI電動蝶閥：控制冷卻塔或者是冷凍機(jī)組的選擇，如果對應(yīng)的電動閥關(guān)閉，則對應(yīng)的冷卻塔或冷凍機(jī)關(guān)閉。注：閥門必須裝在進(jìn)水管上1DI：啟停狀態(tài)反饋（可選用）

1DO：啟停控制冷卻塔：冷卻塔頂端有個(gè)風(fēng)機(jī)，負(fù)責(zé)讓塔內(nèi)

水降溫注：該風(fēng)機(jī)有1AO：冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻控制

冷卻塔有3DI：故障狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)

手/自動狀態(tài)1DO：冷卻塔啟?？刂?/p>

水流開關(guān)：判斷是否有水流經(jīng)過1#~3#水流開關(guān)判斷冷卻泵是否工作4#~5#水流開關(guān)為了保護(hù)冷凍機(jī)，保證

水流循環(huán)不間斷1DI：水流開關(guān)狀態(tài)冷卻系統(tǒng)1#冷凍機(jī)2DI1DO2#冷凍機(jī)2DI1DO旁通閥：出水總管上的水感溫度傳感器，若測得溫度>設(shè)定值（28℃），未達(dá)到預(yù)設(shè)要求，則關(guān)小旁通閥，使水流進(jìn)入冷卻塔制冷；若測得溫度<設(shè)定值（28℃），已達(dá)

到預(yù)設(shè)要求，則開大旁通閥，使水流

回入冷凍機(jī)。注:旁通閥通常有2種控制模式：1.模擬量（AO）控制2.三態(tài)浮點(diǎn)（2個(gè)DO）冷凍機(jī)：2DI冷凍機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)1DO冷凍機(jī)啟?？刂评鋮s塔1AO3DI1DO電動蝶閥1DI1DO電動蝶閥1DI1DO26/11/2023水流開關(guān)1DI水流開關(guān)1DI1#冷凍機(jī)2DI1DO2#冷凍機(jī)2DI1DO壓差傳感器1AI水流開關(guān)1DI水流開關(guān)1DI水流開關(guān)1DI水管溫度傳感器1AI壓力傳感器1AI水管溫度傳感器1AI旁通閥：起的是分壓作用，保持系統(tǒng)

的水平衡，注:旁通閥通常有2種控制模式：1.模擬量（AO）控制2.三態(tài)浮點(diǎn)（2個(gè)DO）流量計(jì)IAI冷凍水系統(tǒng)水流開關(guān)：判斷是否有水流經(jīng)過,判斷水泵

是否工作注意：

1DI：水流開關(guān)狀態(tài)冷凍泵：是將冷凍機(jī)組中的水打入分水器1#冷凍泵——1#冷凍機(jī)組2#冷凍泵——2#冷凍機(jī)組3#冷凍泵——備用水泵有：3DI：運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、

手/自動狀態(tài)1DO：冷卻塔水泵啟?？刂齐妱拥y：選擇使用哪臺冷凍機(jī)組注：1DI：啟停狀態(tài)反饋（可選用）

1DO：啟?？刂茐翰顐鞲衅?測量壓差（AI），水系統(tǒng)壓差基本在1.2KG，若壓差>1.2KG時(shí)，

則打開旁通閥，使系統(tǒng)達(dá)到

水平衡。壓力傳感器、水管溫度傳感器：（AI）監(jiān)測的作用流量計(jì)：（1AI）測量流量的大小，從而計(jì)算

冷凍機(jī)的功耗

冷凍機(jī)：2DI冷凍機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

冷凍機(jī)故障狀態(tài)1DO冷凍機(jī)啟?？刂婆酝ㄩy1AOor2DO電動蝶閥1DI1DO電動蝶閥1DI1DO26/11/2023空調(diào)水系統(tǒng)動畫示意圖26/11/2023中央空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備示意圖

26/11/2023冷凍站監(jiān)控系統(tǒng)作用:通過對冷水機(jī)組、冷卻水泵、冷卻水塔及風(fēng)機(jī)、冷凍水循環(huán)泵臺數(shù)的控制，在滿足室內(nèi)舒適度或工藝溫濕度等參數(shù)的條件下，有效地、大幅度地降低冷源設(shè)備的能量消耗，并且保護(hù)設(shè)備安全運(yùn)行。26/11/20235.2.1冷凍站的監(jiān)控內(nèi)容監(jiān)控設(shè)備包括：冷水機(jī)組、冷卻水循環(huán)泵、冷凍水循環(huán)泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)、自動補(bǔ)水泵、電動調(diào)節(jié)閥等。（1）設(shè)備啟停的連鎖控制：根據(jù)事先排定的工作時(shí)間表，定時(shí)啟停冷水機(jī)組及相關(guān)設(shè)備。小知識:空調(diào)冷凍水供回水溫度為7/12oC，冷卻水出回水溫度為32/37oC26/11/2023（2）冷卻水系統(tǒng)的控制：測量冷卻水供、回水溫度，以冷卻水供水溫度控制冷卻塔的開啟臺數(shù)和冷卻塔風(fēng)機(jī)的啟停數(shù)量，維持冷卻水回水溫度，使制冷機(jī)組能在更高效率下運(yùn)行。（3）冷凍水系統(tǒng)的控制：監(jiān)測冷凍水總供回水溫度、壓差、流量等參數(shù)，以調(diào)節(jié)旁通閥門開度或水泵轉(zhuǎn)速，保證末端水流控制能在壓差穩(wěn)定情況下正常運(yùn)行，并控制制冷機(jī)組的運(yùn)行臺數(shù)。

（4）補(bǔ)水泵的控制：根據(jù)膨脹水箱的液位或管道壓力，自動啟停補(bǔ)水泵；26/11/2023（5）中央站彩色動態(tài)圖形顯示、記錄各種參數(shù)、狀態(tài)、報(bào)警，記錄累計(jì)運(yùn)行時(shí)間及其他的歷史數(shù)據(jù)等。（6）水泵保護(hù)控制：在每臺水泵的出水端管道上安裝水流開關(guān)，水泵啟動后，水流開關(guān)檢測水流狀態(tài)，如故障則自動停機(jī)，備用泵自動投入運(yùn)行。小知識：水流開關(guān)作用用時(shí)間繼電器延時(shí)來控制水泵啟動，會引起啟動制冷機(jī)組的誤動作。在冷凍水、冷卻水出水口總管上裝設(shè)水流開關(guān)，當(dāng)水泵啟動后水流速度達(dá)到一定值后，輸出節(jié)點(diǎn)閉合，作為制冷機(jī)啟動控制的一個(gè)外部保護(hù)聯(lián)鎖條件。26/11/2023水流開關(guān)連鎖控制示意圖26/11/20235.2.2空調(diào)閉式冷凍水系統(tǒng)的控制1基本概念（1）閉式冷凍水系統(tǒng)：系統(tǒng)內(nèi)的冷凍水（除膨脹水箱外）基本不與空氣相接觸，對管路、設(shè)備的腐蝕性較?。凰萘勘乳_式系統(tǒng)??；系統(tǒng)中水泵只需克服系統(tǒng)的流動阻力。（2）空調(diào)冷凍水監(jiān)測與控制系統(tǒng)的核心任務(wù)是:1）保證冷水機(jī)蒸發(fā)器通過足夠的水量防止其凍壞；2）向用戶提供足夠的冷凍水量；3）盡可能減少循環(huán)水泵電耗。26/11/2023（3）空調(diào)閉式冷凍水系統(tǒng)分類：按水系統(tǒng)的循環(huán)水量是否變化分為：1）定流量系統(tǒng)：循環(huán)水流量保持定值。定流量系統(tǒng)總的冷凍水流量不變，末端盤管采用三通閥調(diào)節(jié)（溫度不合適則旁路掉一部分水量），水泵大部分時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行，效率低，耗能嚴(yán)重。2）變流量系統(tǒng)：供、回水溫度保持不變，負(fù)荷變化時(shí)，可通過改變供水量進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。變流量系統(tǒng)末端盤管采用二通閥調(diào)節(jié)，依據(jù)室內(nèi)溫度值控制二通閥門的開度，改變用戶的水流量，達(dá)到變流量的目的。注意：冷水機(jī)組蒸發(fā)器水流量變小會影響機(jī)組的性能，而且有結(jié)冰的危險(xiǎn)，因此制冷機(jī)組循環(huán)水要采用定流量運(yùn)行。26/11/2023單級泵定流量水系統(tǒng)示意圖單級泵變流量水系統(tǒng)示意圖26/11/2023根據(jù)循環(huán)泵的設(shè)置分為：（1）單級泵（一級泵，一次泵）（2）復(fù)式泵（二級泵，二次泵）小知識:《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50019—2003）第6.4.4條對二次泵系統(tǒng)的選用條件作出了規(guī)定“中小型工程宜采用一次泵系統(tǒng)，系統(tǒng)較大、阻力較高且各環(huán)路負(fù)荷特性或阻力相差懸殊時(shí)，宜在空氣調(diào)節(jié)水的冷熱源側(cè)和負(fù)荷側(cè)分別設(shè)一次泵和二次泵。26/11/20232.一級泵冷凍水系統(tǒng)的控制一級泵水系統(tǒng)特點(diǎn)：1）優(yōu)點(diǎn)：只用一組循環(huán)水泵，系統(tǒng)簡單、初投資省2）缺點(diǎn)：為了保證冷水機(jī)組的流量恒定，不能在用戶負(fù)荷減少時(shí)，通過降低水流量來降低能耗。26/11/2023（1）一級泵系統(tǒng)壓差控制法1）控制系統(tǒng)組成：控制元件由壓差傳感器pdT、壓差控制器和旁通電動兩通閥V組成。2）壓差控制的基本原理一級泵系統(tǒng)要保證負(fù)荷側(cè)變流量運(yùn)行，冷源側(cè)定流量運(yùn)行。在供、回水管之間加一個(gè)電動旁通閥。用戶側(cè)負(fù)荷變化時(shí)，供、回水干管間壓差發(fā)生變化，通過壓差信號調(diào)節(jié)旁通閥開度，改變旁通水量，一方面恒定壓差，同時(shí)也保證了冷源側(cè)是定水量。26/11/20233）壓差控制器工作原理：系統(tǒng)設(shè)定值：用戶設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行，壓差旁通閥開度為零，壓差傳感器兩端接口處的壓差為控制器的設(shè)定值；用戶負(fù)荷減小時(shí)，壓差提高而超過設(shè)定值，壓差控制器控制電動旁通閥增大開度，使總供、回水壓差減小至設(shè)定值。關(guān)泵條件：當(dāng)旁通水流量超過了單臺冷水循環(huán)泵流量時(shí)，則自動關(guān)閉一臺冷水循環(huán)泵。小知識：壓差傳感器的兩端接管應(yīng)靠近旁通閥兩端，并設(shè)于壓力較穩(wěn)定的地點(diǎn)，以減少水流量的波動，提高控制的精確性。26/11/2023（2）制冷機(jī)組的運(yùn)行臺數(shù)控制

1）操作指導(dǎo)控制2）壓差旁通閥位置控制3）恒定供回水壓差的流量旁通控制法4）回水溫度控制5）冷量控制。

26/11/20231）操作指導(dǎo)控制控制過程：由操作人員根據(jù)實(shí)測冷負(fù)荷，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷，控制冷凍機(jī)運(yùn)行臺數(shù)及相應(yīng)聯(lián)動設(shè)備的啟停。特點(diǎn)：開環(huán)控制結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活，特別適合對于冷負(fù)荷變化規(guī)律尚不清楚和對大型冷機(jī)的起、停要求嚴(yán)格的場合。缺點(diǎn)是人工操作，控制過程慢、實(shí)時(shí)性差，節(jié)能效果受到限制。26/11/20232）壓差旁通閥位置控制旁通閥的流量為一臺冷水機(jī)組的流量。在旁通閥開度的10%和90%各設(shè)置一個(gè)限位開關(guān)?？刂圃恚贺?fù)荷減少，壓差增大，旁通閥趨向打開，達(dá)到90%開度時(shí)，關(guān)閉一臺冷水機(jī)組，其相應(yīng)的水泵同時(shí)關(guān)閉。負(fù)荷增加，壓差降低，旁通閥趨向關(guān)閉。降到10%開度時(shí)，自動啟動一臺水泵和相應(yīng)的冷水機(jī)組。26/11/20233）恒定供回水壓差的流量旁通控制法控制原理：在旁通管上再增設(shè)流量計(jì)，以旁通流量控制冷水機(jī)組和水泵的啟停。例如：某冷凍站安裝有三臺機(jī)組，當(dāng)由滿負(fù)荷降至66.6%負(fù)荷時(shí)（旁通閥全開），停掉一組冷水機(jī)組和水泵；當(dāng)由滿負(fù)荷降至33.3%（旁通閥全開），停掉兩組冷水機(jī)組和水泵負(fù)荷。一級泵旁通流量控制如圖所示。26/11/2023圖中：VFD變頻器例子附圖，點(diǎn)擊運(yùn)行flash26/11/20234）回水溫度控制控制原理：將回水溫度傳感器信號，送至溫度控制器，控制器根據(jù)回水溫度信號控制冷水機(jī)組及冷凍水泵的起停。注意：回水溫度控制法受水溫傳感器自身的精度影響，控制精度不可能很高。該方法僅利用了回水溫度，而沒有考慮回水流量，故沒有跟蹤實(shí)際空調(diào)負(fù)荷，但造價(jià)低。存在冷水機(jī)組起停過于頻繁問題，起停機(jī)組而應(yīng)采用自動監(jiān)測與人工手動起停的方式。用于舒適性空調(diào)，節(jié)能效果不好。

26/11/2023一級泵溫度控制法示意圖26/11/20235）冷量控制控制原理：冷量控制的原理是通過測量用戶側(cè)的供回水溫度及冷凍水流量，按下式計(jì)算實(shí)際所需冷量，由此決定冷水機(jī)組的運(yùn)行臺數(shù)。式中:qm—回水流量，㎏/s；c—水的比熱，4.1868kJ/㎏；t1，t2—冷凍水供、回水溫度℃。注意：這種控制方式要采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；回水溫度傳感器應(yīng)該是測量負(fù)荷側(cè)來的總回水溫度，不應(yīng)是回水與旁通水的混合溫度。該方法是工程中常用的一種方法。26/11/2023小知識：流量傳感器的安裝要求例如：IFM4080（F）電磁流量計(jì)，當(dāng)精度為0.3級時(shí)，要求前10DN，后2DN；如果要求測量精度低于0.3級，則可放寬到前5DN，后2DN的要求。當(dāng)測量系統(tǒng)不滿足測量條件時(shí)，輕者測量誤差大，重者讀數(shù)無意義。26/11/20235.2.3二級泵冷凍水系統(tǒng)的監(jiān)控二級泵水系統(tǒng)適用于大型建筑物（或建筑群）和各空調(diào)分區(qū)的供水作用半徑相差懸殊的場合（1）二級泵系統(tǒng)監(jiān)控的內(nèi)容包括：初級泵及冷水機(jī)組臺數(shù)控制；次級泵控制。（2）二級泵系統(tǒng)中，冷水機(jī)組、初級冷凍水泵、冷卻泵、冷卻塔及有關(guān)電動閥的電氣聯(lián)鎖起停程序與一級泵系統(tǒng)完全相同。26/11/2023小知識：（1）初級泵克服蒸發(fā)器及周圍管件的阻力。（2）次級泵克服用戶回路及相應(yīng)管道阻力。（3）初級泵隨冷水機(jī)組聯(lián)鎖起停，次級泵則根據(jù)用戶側(cè)需水量進(jìn)行臺數(shù)啟?？刂苹虿捎米兯俦煤投ㄋ俦孟嘟Y(jié)合的運(yùn)行方式。26/11/20231.初級泵及冷水機(jī)組臺數(shù)控制一般采用冷量控制法控制冷凍機(jī)臺數(shù)傳感器的設(shè)置和控制方法同一級泵。二級泵變水量系統(tǒng)示意圖26/11/20232.次級泵控制次級泵控制可分為臺數(shù)控制、變速控制和聯(lián)合控制

3種。（1）次級泵臺數(shù)控制采用這種方式時(shí)，次級泵全部為定速泵，同時(shí)還應(yīng)對壓差進(jìn)行控制，因此設(shè)有壓差旁通電動閥?？刂品椒ㄍ跫壉玫目刂品椒?。26/11/2023（2）變速控制變速控制是針對次級泵為全變速泵而設(shè)置的，其被控參數(shù)既可是次級泵出口壓力又可是供、回水管的壓差。通過測量被控參數(shù)并與給定值相比較，改變水泵電機(jī)工作頻率，控制水泵轉(zhuǎn)速。26/11/2023（3）聯(lián)合控制聯(lián)合控制是針對定-變速泵系統(tǒng)而設(shè)的?？照{(diào)水系統(tǒng)中是采用一臺變速泵與多臺定速泵組合，其被控參數(shù)管道壓差或壓力。聯(lián)合控制，既要控制變速泵轉(zhuǎn)速，又要控制定速泵的運(yùn)行臺數(shù)，因此相對來說此方式比上述兩種更為復(fù)雜。任何時(shí)候變速泵都應(yīng)保持運(yùn)行狀態(tài)。26/11/20235.2.4冷卻水系統(tǒng)的監(jiān)測控制1.監(jiān)控系統(tǒng)的作用:1）保證冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷卻水泵安全運(yùn)行；2）確保制冷機(jī)冷凝器側(cè)有足夠的冷卻水通過；3）