Как поставщик винтовых чиллеров с водяным охлаждением, я рад поговорить о том, как логика управления этими чиллерами может оптимизировать использование энергии. Знаете, в наши дни энергоэффективность имеет огромное значение не только для экономии денег, но и для внесения нашей лепты в защиту окружающей среды.
1. Основные цели логики управления
Логика управления винтовым чиллером с водяным охлаждением обычно направлена на достижение следующих целей:
Соответствие требованиям к охлаждающей нагрузке: Поддержание температуры охлажденной воды на подаче или температуры обратки в пределах установленного диапазона.
Обеспечить безопасность эксплуатации: Избегайте частых циклов запуска и остановки компрессора, пробок жидкости, аномального давления масла, чрезмерной температуры нагнетания, перегрузки двигателя и других проблем.
Оптимизация температур испарения и конденсации: Соблюдая технологические требования и требования к комфорту, повышайте температуру испарения и снижайте температуру конденсации, насколько это возможно, чтобы улучшить КПД.
Достичь соответствия нагрузки: Отрегулируйте производительность компрессора в соответствии с фактической нагрузкой на охлаждение, чтобы избежать «завышения мощности для небольшой нагрузки».
Координация работы оборудования на водной и воздушной стороне: Насосы охлажденной воды, насосы конденсаторной воды, вентиляторы градирни, клапаны и другие компоненты должны управляться скоординировано.
Поддержка группового контроля и удаленного управления: Несколько чиллеров должны иметь возможность ротации, каскадирования, переключения при неисправности, загрузки данных и удаленной диагностики.
2. Согласование нагрузки и контроль производительности компрессора
Холодильная нагрузка чиллера непостоянна. На нагрузку влияют температура наружного воздуха, количество людей в помещении, тепловыделение оборудования, ритм производственного процесса, ориентация здания и условия затенения. Логика управления должна отслеживать изменения нагрузки в реальном времени и регулировать мощность компрессора.
Общие методы регулирования производительности винтовых компрессоров с водяным охлаждением включают:
Бесступенчатое управление золотниковым клапаном: золотниковый клапан изменяет эффективную длину сжатия ротора, обеспечивая бесступенчатое регулирование производительности в пределах примерно 25–100%. Это наиболее часто используемый метод в традиционных винтовых чиллерах.
Регулируемый привод (VSD): Производительность компрессора регулируется путем изменения скорости компрессора. Эффективность при частичной нагрузке выше, что особенно подходит для применений с большими колебаниями нагрузки.
Гибридное управление: Сочетание переменной частоты и управления золотниковым клапаном для достижения широкого диапазона нагрузок и хорошей эффективности при частичной нагрузке.
Следует отметить, чтоне все винтовые чиллеры с водяным охлаждением оснащены преобразователем частоты. Использование преобразователя частоты зависит от позиционирования модели, характеристик нагрузки, инвестиционного бюджета и требований к энергоэффективности. Таким образом, более точная формулировка такова: логика управления регулирует производительность компрессора с помощью золотникового клапана, переменной частоты или гибридных методов на основе отклонения температуры охлажденной воды и скорости ее изменения.
Логика управления также должна устанавливать разумные зоны нечувствительности нагрузки/разгрузки, временные задержки и ограничения скорости, чтобы избежать частых циклов загрузки/разгрузки компрессора или частых циклов пуска/останова. Для винтовых чиллеров с несколькими компрессорами также необходимо оптимизировать последовательность пуска и остановки и распределение нагрузки между головками.
3. Управление контуром охлажденной воды
Контур охлажденной воды передает холодопроизводительность, вырабатываемую в испарителе, к терминалам кондиционирования воздуха или технологическому оборудованию. Логика управления обычно контролирует температуру подачи охлажденной воды, температуру обратки, скорость потока и перепад давления.
Общие стратегии контроля включают в себя:
Контроль температуры приточной воды: Используйте температуру подачи охлажденной воды в качестве основной регулируемой переменной и поддерживайте ее близкой к заданному значению. Если температура подачи ниже заданного значения, уменьшите производительность компрессора; если оно выше заданного значения, увеличьте мощность.
Контроль температуры обратной воды: Используйте температуру обратной воды или разницу температур подачи и обратки в качестве ориентира для определения изменений нагрузки на клеммы.
Контроль разницы температур и регулировка расхода: В системах с переменным расходом отрегулируйте частоту насоса охлажденной воды на основе разницы температур подачи и обратки и перепада давления в наиболее неблагоприятном контуре.
Контроль перепада давления: Поддерживайте перепад давления, необходимый для самого неблагоприятного терминала, чтобы избежать чрезмерного дросселирования клапана.
Байпасное управление: Если расход на терминале ниже минимального расхода, необходимого для чиллера, откройте перепускной клапан, чтобы обеспечить минимальный поток со стороны воды через испаритель.
Сброс температуры охлажденной воды: Если позволяют требования к влажности, соответствующим образом повысьте температуру подачи охлажденной воды. Это может повысить температуру испарения и улучшить КПД чиллера. Конкретное увеличение зависит от модели, хладагента и условий эксплуатации.
Ключом к контролю охлажденной воды является:Соблюдая требования к осушению и комфорту терминала, максимально поднимите температуру подачи охлажденной воды и обеспечьте минимальный поток со стороны воды и стабильный перепад давления.
4. Управление водяным контуром конденсатора
Водяной контур конденсатора отводит тепло конденсатора. Качество управления напрямую влияет на температуру конденсации и эффективность чиллера. Чем ниже температура воды в конденсаторе, тем ниже обычно температура конденсации, тем ниже потребляемая мощность компрессора и тем выше КПД чиллера. Однако слишком низкая температура воды в конденсаторе может также вызвать изменения вязкости смазочного масла, миграцию хладагента и другие проблемы, поэтому необходим комплексный контроль.
Общие стратегии контроля включают в себя:
Регулирование температуры воды на подаче конденсатора: Поддерживайте температуру подаваемой воды в конденсатор в пределах заданного диапазона с помощью регулирования частоты вращения вентилятора градирни.
Подход к контролю температуры: Контролируйте соотношение между температурой воды на выходе градирни и температурой наружного воздуха по влажному термометру. Чем меньше подход, тем выше эффективность градирни, но тем больше энергопотребление вентилятора.
Управление переменной частотой вентилятора градирни: Отрегулируйте скорость вентилятора в зависимости от температуры воды в конденсаторе или давления конденсации. Это наиболее распространенный и безопасный метод энергосбережения на стороне воды конденсатора.
Регулирование переменного расхода воды в конденсаторе: При условии соблюдения минимального расхода и минимальной скорости конденсатора частота водяного насоса конденсатора может регулироваться в соответствии с тепловой нагрузкой и разницей температур. Однако следует отметить, чтоэнергию невозможно сэкономить, просто уменьшив расход воды в конденсаторе.. Если поток слишком мал, скорость потока в теплообменных трубках будет недостаточной, турбулентность ослабнет, риск загрязнения увеличится, а температура конденсации может даже повыситься, что приведет к увеличению энергопотребления компрессора.
Сброс температуры конденсации: Динамически корректируйте целевую температуру конденсации в зависимости от температуры наружного воздуха по влажному термометру и нагрузки охладителя.
Бесплатное охлаждение и естественное охлаждение: В сезон низких температур или в регионах с высокими широтами для непосредственного охлаждения можно использовать градирни или сухие охладители, сокращая время работы компрессора.
Таким образом, экономия энергии на стороне воды конденсатора должна быть приоритетной:управление переменной частотой вентилятора градирни, сброс температуры воды в конденсаторе, оптимизация давления конденсации, а также сочетание управления переменной частотой насоса с защитой минимального расхода.
5. Условия окружающей среды и прогнозирующий контроль
Условия окружающей среды оказывают существенное влияние на эффективность винтовых чиллеров с водяным охлаждением. Чем ниже температура по влажному термометру наружного воздуха, тем ниже температура воды на выходе градирни, тем ниже температура конденсации и тем выше эффективность чиллера. Логика управления должна динамически оптимизировать температуру воды в конденсаторе в зависимости от температуры и влажности наружного воздуха, производительности градирни и нагрузки чиллера.
Некоторые усовершенствованные системы управления также используют прогнозирующее управление или прогнозирующее управление моделью (MPC). Основная идея заключается в следующем:
Собирайте исторические операционные данные, прогнозы погоды, заполняемость зданий, производственные планы и другую информацию;
Создать модель прогнозирования нагрузки;
Заранее отрегулируйте загрузку/разгрузку чиллера, температуру охлажденной воды, температуру воды в конденсаторе и скорость вентилятора градирни;
Избегайте пиков энергопотребления и частых остановок оборудования, вызванных резкими изменениями нагрузки.
Однако прогнозирующее управление доступно не на всех чиллерах. Для этого требуются высококачественные датчики, стабильная связь, достаточное количество данных, разумные модели и системная интеграция. Для обычных проектов более практичным подходом является хорошая работа по ПИД-регулированию, сбросу температуры, управлению ступенями чиллера и взаимоблокировке оборудования.
6. Энергосбережение на уровне системы и стратегии группового управления
Оптимизация управления одним чиллером – это только первый шаг. Для машинного помещения с несколькими винтовыми чиллерами с водяным охлаждением групповое управление на уровне системы часто обеспечивает больший потенциал энергосбережения.
Общие стратегии группового контроля включают в себя:
Ступенчатый контроль чиллера: Определите, сколько чиллеров следует запустить, исходя из общей охлаждающей нагрузки и эффективного рабочего диапазона каждого чиллера.
Операция вращения: Сбалансируйте время работы чиллеров, чтобы продлить общий срок их службы.
Распределение нагрузки: Отдавайте предпочтение высокоэффективным чиллерам для базовой нагрузки и низкоэффективным чиллерам для снижения пиковой нагрузки.
Сброс температуры охлажденной воды и воды в конденсаторе: Динамическая регулировка заданных значений температуры в зависимости от температуры наружного воздуха по влажному термометру и потребности терминала.
Блокировка насоса и градирни: Оптимизируйте насосы охлажденной воды, насосы конденсаторной воды и вентиляторы градирни в целом, а не управляйте ими по отдельности.
Переключение при неисправности и режим ожидания: Обеспечить надежность и непрерывность системы.
Мониторинг данных и анализ энергоэффективности: Постоянное отслеживание COP, IPLV, NPLV, температуры конденсации, температуры испарения, перегрева, температуры приближения и других показателей.
Оценивая энергоэффективность винтового чиллера с водяным охлаждением, не смотрите только на КПД при полной нагрузке. В реальных условиях чиллер большую часть времени работает с частичной нагрузкой. Поэтому следует сосредоточить внимание на:
КС: Коэффициент производительности при номинальных условиях;
IPLV: Интегрированное значение частичной нагрузки;
NPLV: Нестандартное значение частичной нагрузки;
Температура конденсации и температура испарения: Непосредственно влияет на фактическую эффективность работы;
Температура приближения: Отражает чистоту и производительность теплообменника.
7. Техническое обслуживание и надежность
Какой бы продвинутой ни была логика управления, она не сможет работать без хорошего обслуживания. Для длительной эффективной работы винтовых чиллеров с водяным охлаждением необходимы:
Регулярно проверяйте уровень и качество масла в компрессоре, давление и температуру масла;
Очистите конденсаторы и испарители, чтобы предотвратить образование накипи и загрязнения;
Выполните надлежащую водоподготовку конденсаторной и охлажденной воды;
Калибровка датчиков температуры, давления и расхода;
Осмотрите распределение воды, заполнение и вентиляторы градирни;
Проверьте работу клапана, байпаса и преобразователя частоты;
Анализируйте эксплуатационные данные и вовремя выявляйте аномальные тенденции.
8. Заключение
Логика управления винтовым чиллером с водяным охлаждением напрямую определяет его фактическую энергоэффективность, надежность и срок службы. Профессиональная стратегия контроля должна:
Регулируйте производительность компрессора с помощью золотникового клапана, переменной частоты или гибридных методов на основе отклонения температуры охлажденной воды и скорости ее изменения;
Оптимизируйте контуры охлажденной воды и воды конденсатора, обеспечивая при этом минимальный расход и перепад давления;
Приоритизировать снижение температуры конденсации посредством регулирования частоты вращения вентилятора градирни и сброса температуры конденсации;
Избегайте простого уменьшения расхода воды в конденсаторе, что может привести к ухудшению теплообмена и резкому увеличению энергопотребления;
Сочетайте условия окружающей среды, прогнозирование нагрузки и стратегии группового управления для достижения энергосбережения на уровне системы;
Постоянно отслеживайте ключевые показатели, такие как COP, IPLV, NPLV и температура приближения.
Если вы выбираете или оптимизируете винтовой чиллер с водяным охлаждением, рекомендуется ориентироваться не только на марку компрессора и параметры полной нагрузки, но также на логику управления, эффективность частичной нагрузки, стратегии блокировки на стороне воды и послепродажную поддержку. Как поставщик винтовых чиллеров с водяным охлаждением, мы можем предоставить индивидуальный выбор, оптимизацию схемы управления, а также рекомендации по эксплуатации и техническому обслуживанию, чтобы помочь вашей системе охлаждения оставаться эффективной, стабильной и надежной в течение всего года.
Приглашаем вас связаться с нами, чтобы обсудить винтовые чиллеры с водяным охлаждением и решения по энергосбережению, подходящие для вашего проекта.
Ссылки
Справочник ASHRAE. Системы и оборудование отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха.
Доссат, Р.Дж. Принципы охлаждения. Прентис-Холл, Инк.