冷水机组群控策略

    

1 冷水机组群控的意义  

1.1 节能  

- 按负荷大小精准决定开机台数，直接降低电耗与运行费。  

- 同步停泵或变频降速，把输配能耗压到最低。  

1.2 长寿命运转  

合理的启停逻辑可减少压缩机启停次数，降低机械磨损，整体设备寿命随之拉长，资产利用效率同步上升。  

1.3 设备保护  

避免过冷或流量过低导致蒸发器结冰，末端舒适度更易落在设计区间，报警边界也更清晰。

2 常见群控模式拆解  

以下七种方法在工程现场均有案例，但表现差异显著。

2.1 回水温度控制法  

原理：在空调水系统回水总管上布置温度传感器，以回水温度的高低作为增减机组的主要判据。  

流程：图1所示，温度信号送入DDC，与设定阈值比较，再驱动继电器或通讯指令启停机组。  

分析：  

- 系统简单，硬件成本低；  

- 当供回水温差偏小时，温度变化迟钝，误差放大，节能收益被稀释；  

- 可兼任“低温报警”功能；  

- 由于判据单一，容易出现“多机同开”或“反复启停”现象，逻辑边界模糊。

2.2 流量控制法  

原理：用电磁或超声波流量计测得冷冻水实时流量，将该值与单台冷水机组的额定流量比对，进而决定机组台数。  

隐含假设：  

① 负荷与流量成正比；  

② 供回水温差恒定；  

③ 系统始终运行在设计工况。  

分析：  

- 三大假设在真实建筑中无一成立，更不可能同时成立；  

- 盘管侧换热量与流量呈对数关系，且受冷冻水入口温度、盘管结构、迎面风速、表面积等多因素耦合，呈非线性曲面；  

- 可确保最低流量，防止蒸发器结冰，但无法追踪负荷漂移，节能效果有限；  

- 在部分负荷区间易出现“流量够但冷量过剩”或“冷量够但流量不足”的尴尬。

2.3 热量控制法  

原理：同步测得供回水温度差及流量，按Q = c·m·ΔT 计算实时需冷量，再与在线机组额定制冷量比较，决定启停。  

流程：温度与流量信号接入DDC，运算后输出增减机指令。  

分析：  

- 直接追踪“冷量”这一终极目标，节能效果显著；  

- 无法保证最低流量，若无附加防冻逻辑，蒸发器仍有结冰风险；  

- 需额外配置高精度流量计，初投资高于回水温度法。

2.4 流量/热量联合控制法  

原理：把“流量下限”与“冷量需求”同时纳入判据，取长补短。该思路在不少商业楼宇BAS中被直接采用。  

控制流程：  

- 采集冷冻水总管流量、供回水温差、机组实时功率；  

- 以“双阈值”算法判断增机或减机时机。  

判据1（增机）：  

a) 当前实际负荷 > 在线机组总制冷量；  

b) 当前流量需求 > 在线机组可提供的最大流量；  

满足a或b即可触发增机。  

判据2（减机）：  

a) N-1台机组的额定制冷量 ≥ 当前负荷；  

b) N-1台机组可提供的流量 ≥ 当前流量需求；  

a与b同时满足方可减机。  

机组排序：  

- 增机时，可选“停运时间最长者优先”“累计运行最少者优先”或“轮询”；  

- 减机时，可选“运行时间最长者优先”“累计运行最长者优先”或“轮询”；  

目的：让每台机组尽量在40 %–100 %的高效区段运行。

2.5 压差控制法  

原理：在分水器与集水器之间的旁通管上安装压差传感器，当用户侧负荷下降、流量减少，供回水压差上升，旁通阀开大；反之则关小。  

分析：  

- 压差信号可来自两只压力传感器计算，也可直接用压差变送器；  

- 每个项目的水系统拓扑、管径、末端阻力各异，导致压差设定值无法统一；  

- 国内外部分论文指出：仅凭压差进行台数控制“判据不清”，容易误判，已逐渐被边缘化。

2.6 压差/流量联合控制法  

原理：在压差法基础上，于旁通管增设流量计及水流开关，形成“压差+流量”双信号。  

流程：  

- 压差信号负责粗调旁通阀；  

- 流量计及水流开关提供明确启停边界：当旁通流量超过单台机组额定流量一定比例且持续若干分钟，即可减机；反之则增机。  

分析：  

- 判据清晰，现场调试相对容易；  

- 要求空调水系统水力设计合理，水泵流量、扬程选型恰当，否则易出现“假流量”或“震荡启停”。

2.7 与冷冻机数据接口相结合的群控  

背景：Carrier、Trane、York 等主流厂商均提供专用数据端口，如Carrier DATAPORT。BAS 供应商（如KMC）会开发协议转换模块（如KMD-5540系列），实现双向通讯。  

注意事项：  

- 厂家级控制系统仅对自家机组负责，若将其直接当作系统级群控，极易忽视水泵、冷却塔、末端阀门的协同，导致整体能耗上升；  

- 合理利用机组原生数据接口，可减少BAS硬件点数，降低初投资，同时让BAS获得蒸发器/冷凝器趋近温度、油压、电流百分比等深层信息，为后续诊断与优化提供数据。

2.8 若干特殊控制方法  

- 基于机器学习的历史负荷预测法；  

- 结合天气预报的“前馈-反馈”混合算法；  

- 利用蓄冷罐放冷曲线的“削峰填谷”策略。  

因篇幅所限，本文不展开，但可作为未来升级方向。

3 总结与提高  

1) “一套图纸包打天下”不可行，必须针对具体水系统拓扑、末端形式、负荷特性进行个性化乃至艺术化设计。  

2) 更优的策略需借助专家支持系统：将设计经验、运行日志、故障案例沉淀为知识库，再通过算法实时给出推荐。  

3) 理论模型必须与现场数据持续闭环——前期仿真、中期调试、后期运维三个阶段反复校正，才能让群控策略真正落地并持续节能。

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