01/引言
空調水的變一次流量控制系統(tǒng)（vpf：variable-primary-flow，也稱為：冷凍水一次泵變頻調速控制系統(tǒng)）配置變頻調速冷凍水泵，可以對冷凍水流量進行調節(jié)。雖然在負荷側都是變水量控制，但變頻調速的一次側控制和傳統(tǒng)固定轉速的一次泵系統(tǒng)不同，它比傳統(tǒng)方式控制要求高得多。本文結合某大型建筑的變一次流量控制工程方案，對這種解決方案進行討論。
這里所討論的某大型建筑冷凍水系統(tǒng)共有3臺等容量離心式冷凍機組，單臺容量500冷噸。變一次流量的空調冷凍水系統(tǒng)的控制方案和冷凍機組設備的選型、布局密切相關，為了實現預定的控制目標，對于相關設備的技術要素應提出一定的要求，總而言之就是對系統(tǒng)設計方案作優(yōu)化。這是建筑設計和樓宇自控系統(tǒng)設計者應該承擔的責任。
02/冷凍機組監(jiān)控方案
按照該建筑空調冷凍水系統(tǒng)的設備配置，其監(jiān)測、控制系統(tǒng)可以分為幾個方面，下面分別描述如下：
1 對所有設備工況的監(jiān)測和控制
1）冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風機的一般監(jiān)控內容
監(jiān)測運行狀態(tài)、故障狀態(tài)和手/自動狀；累計運行時間，統(tǒng)計運行次數；bas能夠對這些設備進行啟?？刂?。
2）冷凍水泵的變頻調速控制
監(jiān)測供、回水總管之間某最不利負荷處的壓力差值；以上述壓力差值作為過程變量對冷凍水泵進行變頻調速控制。
3）冷卻塔風機的控制
監(jiān)測冷卻塔供、回水總管溫度；以冷卻塔供水溫度設定值為目標，對冷卻塔風機進行變頻調速控制。
4）電動蝶閥監(jiān)控內容
相應的連鎖開關控制。
5）控制系統(tǒng)還應該監(jiān)測
冷凍水供、回水總管溫度；冷凍水供水總管流量；
6）對冷凍機組設置數據通訊接口
通過該接口在bas和冷凍機組之間傳送(或接收)下列冷凍機的工藝參數：
主機運行狀態(tài)
主機故障報警狀態(tài)(能夠以編碼方式代表多種故障信息)
主機負荷水平絕對值或百分率，或者主機電流或電流百分率
當前供水溫度設定值
蒸發(fā)器進水和出水溫度實測值
冷凝器進水和出水溫度實測值
蒸發(fā)器(冷凍)水流量實測值
蒸發(fā)器冷媒管路壓力測量值
冷凝器(冷卻)水流量實測值
本次運行時間和累計運行時間
累計啟動次數
潤滑油溫度和供給水平
接收bas給出的冷凍水供水溫度再設定值 接受bas發(fā)出的啟?？刂泼?br>
經過通訊使控制系統(tǒng)獲得相應的關鍵工況參數，是優(yōu)選的方案。但是bas和冷凍機主機可以交換哪些數據，還需要視冷凍機的牌子、型號和規(guī)格來定，故有必要對冷凍機主機的控制器作進一步的了解，對可以傳送的信號進行確認。以上列舉的參數，是bas完成控制所需要的參數，并不意味著任何冷凍機主機都會提供這些工藝參數。所以從系統(tǒng)構成及系統(tǒng)集成的要求看，bas的監(jiān)測點必須對數據通訊得到的參數作添平補齊。
特別因為本系統(tǒng)是變一次流量控制，對蒸發(fā)器管路水流量的監(jiān)測等是必不可少的，需要高度重視。同樣，對于可以經過通訊取得的參數，bas不必配置監(jiān)測元件，以避免重復設置監(jiān)測點，造成浪費。
2 冷凍機組的啟動和停止連鎖控制
主機的啟停與相關設備的連鎖控制是保障設備正常、安全運轉的重要條件。
1）連鎖啟動順序
冷卻水塔風機→冷卻水塔電動蝶閥→冷凍機的冷凝器電動蝶閥→冷卻水泵→冷凝器水流開關信號指示(作為連鎖條件的返回信號)→冷凍機蒸發(fā)器電動蝶閥→冷凍水泵→冷凍水流開關信號指示(作為連鎖條件的返回信號)→冷凍機主機
2）連鎖停止順序
冷凍機→（延時數分鐘，視設備要求和工況判定延時時間）→冷凍水泵→蒸發(fā)器水流開關信號指示(作為連鎖條件的返回信號)→冷凍機的蒸發(fā)器電動蝶閥→冷卻水泵→冷凝器水流開關信號指示(作為連鎖條件的返回信號)→冷凍機的冷凝器電動蝶閥→冷卻水塔電動蝶閥→冷卻水塔風機
動態(tài)啟停控制需要特別注意的方面：電動蝶閥打開或者關閉的全行程時間大約在30秒以上，在啟、停切換過程中，應盡可能避免共用總管所引起的串水現象。本系統(tǒng)采用變頻調速水泵，如果電動閥門的開度和水泵的水量以及冷凍機的啟動能夠得到適當的協(xié)同控制，將可能較好地克服這一問題。這種同步控制和連鎖控制的時間間隔等需要在投運調試時按一定的調試方法確定。在實現這種精細化控制以前，這種有限時間段內的串水現象，一般也是可以容忍的。
3 冷凍機組的變一次水量控制
為了節(jié)約能源，根據冷源系統(tǒng)總負荷水平進行冷水機組運行臺數的控制，目的是使運行的冷凍機臺數能夠滿足系統(tǒng)負荷的需要，并使開出的冷凍機盡可能在其效率最高的工況區(qū)運行。下面結合變頻調速控制冷凍水泵，對這種控制方案作概要性介紹。
運行臺數控制的優(yōu)化策略是：首先，控制系統(tǒng)冷凍水的供應量(總流量)始終保持在剛好滿足系統(tǒng)負荷要求的水平，并確保系統(tǒng)供回總管之間最不利負荷處的壓力差穩(wěn)定于某個預設定值，這一點需要靠高品質的變頻調速控制冷凍水泵來完成；其次，根據系統(tǒng)負荷量和當前冷機的供應能力的差值，決定下一次啟或停的時機，原則是應該選擇能夠滿足負荷需要、并且最接近系統(tǒng)需求值的工作方式。這一個控制的關鍵在于調試中找出最佳的啟停切換點；還有就是運行臺數控制的程序中，應該使冷凍機處于最佳工作效率點周圍。冷凍機的工作效率分布曲線由供貨廠商提供。
系統(tǒng)配置不同容量冷機，可以降低臺數控制中系統(tǒng)負荷能力變化的臺階，使運行能力更接近系統(tǒng)需求，有更好的節(jié)能效果。但對控制的要求比并列等容量機組復雜得多?，F在采用全部變頻調速冷凍水泵以后，系統(tǒng)供水流量(供冷能力)可以連續(xù)地根據負荷需要調節(jié)，所以沒有必要配置不同規(guī)格容量的并列機組。
傳統(tǒng)的一次泵系統(tǒng)，僅在負荷側作變流量控制，而在冷源一次側是恒定流量(冷凍水泵固定轉速)，兩者之間的流量差值和系統(tǒng)壓力，靠壓差旁通控制來平衡，在正常運轉時旁通管內不可避免會有旁通水流，就是說全速運轉的冷凍水泵有一部分作功消耗于旁通循環(huán)中，同時水泵揚程所產生的供回總管之間的較高壓力，使大量的水流動能消耗在克服管路阻力上。空調冷凍水系統(tǒng)的變一次流量(冷凍水泵變頻調速)控制系統(tǒng)最有價值的作用，就是避免大部分無謂的旁通水流量，并能夠維持較低的系統(tǒng)壓力，從而大大地降低水泵的功耗。
變一次流量控制的一般方法：以系統(tǒng)供回總管之間的最不利條件點(一般應選在供回總管的遠端)處的設計壓差作為控制預設定值，以該點壓差測量值作為pid調節(jié)的過程變量，以變頻調速冷凍水泵作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構，對冷凍水供水進行調節(jié)控制，控制目標是使過程變量趨近于預設定值；當冷凍水的系統(tǒng)負荷流量大于一臺冷凍機蒸發(fā)器最低許可流量值時，流量旁通控制閥門是關閉的；當只有一臺機組在運行，且冷凍水的系統(tǒng)負荷流量低于一臺冷凍機蒸發(fā)器最低許可流量值時，需要啟動分、集水器之間的旁通流量控制，控制目標是使這臺正在運轉的冷凍機蒸發(fā)器的水流量大于等于最低許可流量值。這個旁通閥門和傳統(tǒng)的壓差旁通控制閥門不一樣，可以把它稱為低流量旁通控制閥。
確保冷凍機蒸發(fā)器最低水流量是一項非常重要的技術措施，否則有可能破壞冷凍機的正常工作狀態(tài)，甚至損壞冷凍機。變一次流量控制的旁通控制實際上是專為這個保護而設置的。對變一次流量系統(tǒng)工作模式來說，這個旁通閥門不需要很大，它的流通能力只要保證大機組冷凍機蒸發(fā)器的最低水流量即可。但是，目前設計變一次流量系統(tǒng)，往往還要保留以傳統(tǒng)模式(冷凍水泵全部恒定轉速)工作的可能性，考慮到這一點，這個流量旁通閥門還可能擔負傳統(tǒng)壓差旁通控制的作用，故其口徑宜滿足這樣的需要。基于這一原因，本方案的旁通閥門，沒有選擇較小的流通能力。這種設計配置是為了加強冷凍水系統(tǒng)的容錯能力，提高系統(tǒng)運轉可靠性采取的必要措施。
控制邏輯應該保證：任何時刻，確保運轉冷凍機的蒸發(fā)器最低水流量(這個最低水流量載明在冷凍機的使用說明上)；并列運行機組同步變頻調速控制是最常用的控制方式；啟動冷凍機組的冷凍水泵宜采用軟啟動方式，以避免對水泵電機的大電流沖擊；冷凍水調節(jié)控制從一臺切換至另一臺時應確保平滑無縫地過渡。
4 冷卻水和冷卻塔控制
對冷卻水控制的基本要求是保證經過冷卻塔處理的冷卻水溫度(即進入冷凍機冷凝器的冷卻水溫度，也可以稱為冷卻塔供水溫度)符合冷凍機的要求，這個溫度要求由冷凍機的使用說明書提供。
按冷卻水供水溫度進行冷卻塔風機運轉臺數的控制，當冷卻水供水水溫高于要求值時加大風量(或增加冷卻塔風機運行臺數)，反之則減少風量，以便降低能耗。
對于多風機(或多轉速)的冷卻塔，如果在所有風機全開啟(或者最高速)后，冷卻水供水溫度仍不能滿足工藝要求，這時應通過bas程序開啟另外一臺冷卻塔來增加冷卻效果。
所以冷卻塔控制的必要條件是：對冷卻塔供水溫度的監(jiān)測；對冷卻塔風機和相應電動蝶閥的控制。
冷卻水的變頻調速控制，也是以節(jié)約能源為目標。當系統(tǒng)對冷凍水量的需求降低時，與之相應，對冷卻水的需求也會減少。這種負荷變化反映在冷卻水時，其表現是冷凝器出水溫度比額定值低，冷卻塔進水溫度低了，可以減少冷卻塔運轉風機數量，與此同時還可以降低冷卻水泵的運轉水平，以節(jié)約冷卻水泵耗電。
冷卻水的變頻調速和冷凍水的變頻調速，在控制上沒有直接邏輯關系，只有間接影響。但和蒸發(fā)器的最低水流量限制一樣，冷凝器也有最低水流量限制，所以對冷卻泵轉速的調整，也有最低值限位的要求。
03/提高系統(tǒng)容錯能力和可靠性的技術措施
空調冷凍水控制系統(tǒng)，包含冷源側和負荷側，涉及的設備多，控制復雜；空調裝置的正常與否，直接影響建筑物設備的綜合功能，關系重大。控制方案采用變一次流量，更有嚴格的技術要求。所以，控制系統(tǒng)設計應該具有提高系統(tǒng)容錯能力和可靠性的技術措施。
1）除了主要工作模式以外，還考慮后備工作模式
系統(tǒng)的主要工作模式以變一次流量控制作為設計目標，同時也保留了以傳統(tǒng)模式工作的可能性(作為備用模式)。在設備全部正常時，變頻調速冷凍水泵閉環(huán)控制投運，系統(tǒng)作變一次流量控制；萬一變頻調速閉環(huán)控制不能投運時，系統(tǒng)也可非常方便地切換成傳統(tǒng)工作模式，即冷凍水泵恒定轉速，同時投入壓差旁通控制，系統(tǒng)仍能正常運行，只是后者的節(jié)能效果比前者差。
為了實現這一后備運轉能力，只需把低流量旁通閥門的規(guī)格仍選擇為能夠作壓差旁通控制的規(guī)格。在相應控制器中設置這兩種控制模式的程序，并使操作員能夠作模式選擇。由于兩種工作模式在設備配置上差異不大，控制元件的配置和選擇能滿足這兩種工況的需要。
2）系統(tǒng)運轉可以不完全依賴bas和冷凍機的通訊
前面已經介紹，冷卻水供回水溫度(即：冷凝器進出口溫度)可以通過冷凍機的數據通訊獲得，表面上似乎不必測量冷卻水供、回總管的溫度。其實不然，增加設置冷卻水供、回總管的溫度，可以使冷卻水系統(tǒng)的監(jiān)控不依賴于bas和冷凍機的數據通訊，bas照常能夠進行冷卻水供水溫度控制，使系統(tǒng)運轉的容錯能力大為提高。所化代價不高，但帶來的靈活性和可靠性是長期可以起作用的。不依賴bas和冷凍機通訊時，系統(tǒng)只能以備用模式工作，且對冷凍機組的啟?？刂朴扇斯げ僮?。