1、京东方项目冷冻机房京东方项目冷冻机房-节能群控原理、效果分析、验证节能群控原理、效果分析、验证Johnson Controls2汇报目录汇报目录 第一部分：本项目节能控制策略第一部分：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 第三部分：节能量验证方法第三部分：节能量验证方法本项目的一些具体前提本项目的一些具体前提本项目冷水机组出水温度均为了满足工艺要求，因此冷冻水温设定值本项目冷水机组出水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。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
2、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，可以认为是较为稳定的。为是较为稳定的。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，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，假定在自控系统的调配范围内。假定在自控系统的调配范围内。Johnson Controls3 3本项目控制需要解决的问题本项目控制需要解决的问题 冷水机组冷水机组 在一定的末端负荷下，冷水机组该开几台？在
3、一定的末端负荷下，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？冷却塔变频冷却塔变频 频率控制依据是什么？频率控制依据是什么？Johnson Controls目前常规控制方法目前常规控制方法n 冷机冷机常见策略常见策略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
4、机额定制冷量的定制冷量的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%，则，则减开冷机（多台冷机时）减开冷机（多台冷机时）常见策略常见策略2：计算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：计算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；当实际负荷大于当前机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。组的额定总负荷一定量时，增加相应的机组运行。n 水泵水泵定频：与冷机连锁（一次泵）
5、，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变频：设一个固定压差，变频：设一个固定压差，PID控制控制n 冷却塔冷却塔变频：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，PID控制控制n 阀门阀门自控联锁控制自控联锁控制Johnson Controls5 5目前常规控制方法的弊端目前常规控制方法的弊端1.冷机的问题冷机的问题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、负荷率均冷机的效率与
6、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，目前大多数控制系统并不有关，如何调节到最优点？而每台冷机又是各不相同的，目前大多数控制系统并不事先掌握冷机的特性事先掌握冷机的特性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2.系统的问题系统的问题各自独立各自独立3.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影响，并不考虑！因此水泵的变频节能控制是狭义
7、的，率会产生影响，并不考虑！因此水泵的变频节能控制是狭义的，“自自私私”的的4.冷却塔台数及变频控制的问题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解决之道解决之道 冷机的特性是核心！冷机的特性是核心！冷站系统中每个控制量都会对冷机的特性产生影冷站系统中每个控制量都会对冷机的特性产生影响，如果事先不知道这种影响的程度，仅仅依靠响，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，并不能达到整的控制，并不能达到整体节能的
8、目的。体节能的目的。因此，节能控制首先必须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，冷机，而且是本项目中所采用冷机的特性。而且是本项目中所采用冷机的特性。Johnson Controls7 7冷机特性（工厂数据）冷机特性（工厂数据）-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、冷冻水出水温度设置改变如何变化？冷机效率随负荷率、冷冻水出水温度设置改变如何变化？Johnson Controls9 9图5 机组效率随负荷率的变化曲线（冷却水进水温度改变时）冷机特性（工厂数据）
9、冷机特性（工厂数据）-冷机效率随冷冻、冷却水流量改变如何变化？冷机效率随冷冻、冷却水流量改变如何变化？Johnson Controls1010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变化？冷机效率随冷冻、冷却水流量改变如何变化？Johnson Controls1111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变化？冷机效率随冷冻、冷却水流量改变如何变化？Johnson Controls1212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、冷却水流量改变如何变
10、化？冷机效率随冷冻、冷却水流量改变如何变化？Johnson Controls1313冷机型号不同，其特性规律一样吗？冷机型号不同，其特性规律一样吗？Johnson Controls1414机房机房COPCOP 根据以上这些数据，建立本项目所用冷机的实际特性数据根据以上这些数据，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。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，因此不但冷机需要优化，还要考所有设备的总能效最高，因此不
11、但冷机需要优化，还要考虑冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的最优化。虑冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的最优化。Johnson Controls1515coolingChillerChilledpumpCoolingpumpCoolingTowerQChillerPlantEfficiencyWWWW机房机房COPCOPJohnson Controls1616机房整体机房整体COPCOP 机房整体COP的实例Johnson Controls1717冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的能效特性冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的能效特性 相比冷机，要简单很多，因为其可变参数往往只相比冷机，要简单很多，因为其可变参数往往只有有
12、1-2个。个。Johnson Controls1818根据目前设计的参数，按照多家水泵曲线样本的经验特性流量扬程流量效率冷却水泵特性冷却水泵特性Johnson Controls1919流量扬程流量扬程流量效率流量效率冷却塔特性冷却塔特性Johnson Controls2020控制策略的最终目的控制策略的最终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：就是为了确定：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）冷机的冷冻水流量为多少？（即一次冷冻水泵怎样变频？）才能既降低冷冻水泵能耗，
13、又能让冷机能效优化（因为冷冻水量会影响冷机降低冷冻水泵能耗，又能让冷机能效优化（因为冷冻水量会影响冷机效率），保证系统能效最高？效率），保证系统能效最高？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）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），又能让冷却塔能效优化？（因为冷却水量会影响冷却塔效率），率），又能让冷却塔能效优化？（因为冷却水量会影响冷却塔效率），保证系统能效最高？保证
14、系统能效最高？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）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高，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高，保证系统能效最高？保证系统能效最高？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？）冷机的负荷率控制在多少？（即负荷分配在多少台？每台多少？）以保证冷机效率高，保证系统能效最高？以保证冷机效率高，保证系统能效最高？Johnson Controls2121为满足以上目的所制定的控制流程为满足以上目的所制定的控制流程Johnso
15、n Controls2222控制器内嵌控制器内嵌数据库数据库专家数据库的内容专家数据库的内容 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：的运行点：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）冷机的冷却水供回水温差设置多少？）冷机的冷却水供回水温差设置多少？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）冷机开几台？各冷机的负荷率为多少？冷冻水泵开几台？冷却）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？水泵开几台？冷却塔开几台？本项目二次泵控
16、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，因此二次泵的主要控制目标是末端的本项目中采用了二次泵设计，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不影响的，具有独立压差和温差，这个和上述的冷机侧控制将是互不影响的，具有独立性。性。本项目热回收机组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，因此冬季控制提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，此时冷却水温将不存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在最优点Johnson Control
17、s2323现场控制系统界面效果现场控制系统界面效果Johnson Controls2424Johnson Controls25汇报目录汇报目录 第一部分：本项目节能控制策略第一部分：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 第三部分：节能量验证方法第三部分：节能量验证方法基准能耗计算基准能耗计算 比较基准：系统没有任何自动控制 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基准能耗计算基准能耗计算 分系统分月计算Johnson Controls2727
18、节能率模拟计算节能率模拟计算 根据冷机、水泵、冷却塔的性能参数进行控制模根据冷机、水泵、冷却塔的性能参数进行控制模拟分析，寻找系统的最优点。拟分析，寻找系统的最优点。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模拟计算的原理模拟计算的原理 遍历满足当前负荷要求的所有工况点，看哪个组遍历满足当前负荷要求的所有工况点，看哪个组合下系统能耗最低，也就是能效最高合下系统能耗最低，也就是能效最高Johnson Controls2929冷机能效对比冷机能效对比 全年总机房平均能效对比（采用整体优化控制与常规控制相比）Johnson Controls303
19、0节能量计算节能量计算 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，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，节能比例计算值约节能比例计算值约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 kWh 根据基础量和节能比例，年节能量计算值为：根据基础量和节能比例，年节能量计算值为：36,709,388 kWh,投资回报期一年不到投资回报期一年不到Johnson Controls3131Johnson Controls32汇报目录汇报目录 第一部分：本项目节能控制策
20、略第一部分：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 第三部分：节能量验证方法第三部分：节能量验证方法节能量验证方法节能量验证方法效率比对法效率比对法Johnson Controls3333coolingChillerChilledpumpCoolingpumpCoolingTowerQChillerPlantEfficiencyWWWW测试数据验证测试数据验证选取负荷差异不太大的两天，分别进行基础模式下的能耗、选取负荷差异不太大的两天，分别进行基础模式下的能耗、冷量测试和节能控制模式下的能耗、冷量测试冷量测试和节能控制模式下的能耗、冷量测试基础模式：将控制系统切换到非自控
21、模式（自控系统必须支持这基础模式：将控制系统切换到非自控模式（自控系统必须支持这个功能），机组、水泵、塔均需人为开启，并统一运行在工频模个功能），机组、水泵、塔均需人为开启，并统一运行在工频模式下，机组开启台数按台均式下，机组开启台数按台均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24小时的冷量小时的冷量Q1,Q2,机房总电量机房总电量E1,E2，计量仪表均在，计量仪表均在自控系统中纳入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=Q1/E1,TCOP2=Q2/E2节能率核算节能率核算=(
22、TCOP2-TCOP1)/TCOP1承诺节能率为：承诺节能率为：20.7%Johnson Controls3434Johnson Controls35结论结论1.传统的控制中水泵、冷却塔、冷机各自独立，忽传统的控制中水泵、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，原视了水泵、冷却塔调节时对冷机性能的影响，原因是因是“不清楚对冷机会有多少影响不清楚对冷机会有多少影响”，所以不得，所以不得不将冷机视为一个黑匣子不将冷机视为一个黑匣子2.最佳的控制必须是对冷机深刻理解基础上的控制，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冷机的工厂性能数据，为此，我们基于本项目所用冷机的工厂性能数据，制定了机房效率最优控制策略。制定了机房效率最优控制策略。3.控制策略相对于目前传统的控制策略基准能耗，控制策略相对于目前传统的控制策略基准能耗，节能比例约节能比例约20.7%
