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成烟中央空调多工况控制工艺 [2007-1-17]来源:正岛电器技术应用开发部
       
提要:国务院总理温家宝强调,加快建设节约型社会,事关现代化建设进程和国家安全,事关人民群众福祉和根本利益,事关中华民族生存和长远发展。
  由于外界温度和内部负荷的动态变化,中央空调系统普遍存在着30%以上的无效能耗,有些中央空调系统的无效能耗甚至可以高达50%以上。
  成都五牛环控工程有限公司与成都卷烟厂通过长期对中央空调系统的研究、探索,总结归纳出一套中央空调全年多工况控制工艺。在实际运行中收到了奇迹般的节能效果。成都卷烟厂中央空调系统在经自控改造以来,短短3个月已节约能耗100余万。无论从经济效益或社会效益都取得了巨大的成功。并且减少无效能耗,减少热量排放,也极大的降低对环境的影响。
  一、概述
  在刚结束的“中国发展高层论坛2005—建设节约型社会国际研讨会”上,专家学者一致认为,要实现经济总量四倍于今天的发展目标,中国就必须迈过节能降耗这道坎。
  中国国家发展和改革委员会秘书长张晓强说,目前中国的能源综合利用总效率约为33%,比发达国家低大约10个百分点,还有较大差距。电力、钢铁、有色、石化、建材、化工、轻工、纺织八个行业主要产品单位能耗平均比国际先进水平高出40%。钢、水泥、纸和纸板的单产综合能耗比国际先进水平分别高21%、45%和120%。机动车油耗水平比欧洲高25%,比日本高20%。单位建筑面积采暖能耗相当于气候条件相近发达国家的2-3倍。
  传统的中央空调系统是基于定流量运行和传输能量的原理、基于传统的工程设计方法进行冷热负荷计算和设备选型的。这种设计原理和工程方法经过工程界多年的实践证明是正确的,完全可以保证建筑物内的冷热能量交换并造就舒适的空气环境。但由于建筑物的外部环境温度随季节和昼夜的变化是动态的,建筑物内部对冷热负荷的需求变化将导致对中央空调能量负荷需求的动态变化。长期的试验结果表明,由于外界温度和内部负荷的动态变化,中央空调系统普遍存在着30%以上的无效能耗,有些中央空调系统的无效能耗甚至可以高达50%以上。特别对于一些温湿度精度及工艺要求高的工矿企业,如果自控策略针对性不强,就很容易出现系统高位平衡的现象,即冷热源相互抵消达到平衡,造成能源的极度浪费。一些企业为了克服这一浪费,不得不牺牲系统的控制精度,采用人工干预方式对其进行手动控制。
  通过长期对中央空调系统的研究、探索,总结归纳出一套中央空调全年多工况控制工艺。有效的解决了系统高位平衡和降低了系统无效功耗,在成都卷烟厂实际运行中收到了奇迹般的节能效果。现通过成都卷烟厂这一典型实例,对此控制工艺进行一个简单的介绍:
  成都卷烟厂新厂区位于成都市锦江区三圣乡,总建筑面积约8万平米,其中包括卷接包车间、制丝车间、高架仓库、储丝车间等。整个中央空调系统由3台 495kW制冷主机及2台锅炉构成动力源,由16台组合式空调机柜构成末端机组。16台空调机组分布于A、B、C三个空调机房,由它们分别向卷接包车间、制丝车间、高架仓库、储丝车间送风。
  从暖通、机械自控多工种,多学科、多部门组成一个节能分析小组经深入了解及调查,重点对中央空调系统进行分析。确定主攻方向,先从其自控策略入手。
 
措施1:卷包风柜使用变风量控制节能
  现状:
  
  成都烟厂所有风柜总装机容量为1074KW,其中卷包风柜(KB1至KB8)装机容量为776KW,设计为变风量系统,由于空调控制策略上的不完善,导致从新厂建立至今风柜一直处于工频运转,没有使用变频,起到节能降耗的作用。
  分析:
  按照2005年能源管理系统统计数据,风柜在工频运转下,实际运行电流为:送风机:120A ,回风机:40A,功率因数取0.95,则实际有功功率为:1.732×160A×380×0.95×8台=800.32KW,全年卷包风柜运行时间按300天计算,24小时运行,电价按0.5元/小时,则全年卷包风柜运行费用:300×24×800.32×0.5=288.12万元
  效益分析估计:
  卷包风柜采用变频控制,风柜实际运行平均电流下降35A,其余条件不变,则变频后实际有功功率为:1.732×130A×380×0.95×8台=625.25KW ,全年卷包风柜变频后运行费用为:300×24×600.24×0.5=225.09万元,全年节约费用为:288.12-225.09=63.03万元,节电率为:63.03/288.12=21.88%
  措施2:运用完善的控制策略,在冬天不开制冷机对卷包车间进行制冷,从而达到节能目的。
  现状:
  卷包车间常年分布冷负荷,需要制冷,在冬天仍然需要开启制冷机进行制冷,能耗是巨大的。
  分析:
  在冬天,当室外温度低于一定值时,如果利用最大新风对室内进行降温,不开制冷机,节能效果是非常明显的。
  根据能源管理系统统计数据分析,当室外温度低于10℃,完全可以利用低温新风来抵消卷包冷负荷,根据2005 2006年室外温度统计,2006年月 1月 2月 以及2005年11月、12月绝大部分室外温度在10℃以下。
  效益分析估计:
  按冬天开1台制冷机计算,装机功率为525KW,实际运行的功率根据能源管理系统统计为490KW,冷冻水泵为90KW、冷却水泵为90KW,冷却塔为11KW,冬天不开制冷机时间根据上述统计为90天。则冬天不开制冷机能节电:
  (490+90+90+11)×24×90=1470960KWH
  电价按0.5元/度,则节省费用:1470960×0.5=73.548万元
  根据现场观察,现有空调自控系统大量存在三阀同时开启的现象,且同开幅度甚至高达50%以上,造成冷、热能量互相抵消,能源大幅度浪费。通过我们对现象分析和对烟厂空调控制的经验,认为主要应从多工况分区入手,并最大限度的利用自然能源,让各控制手段有机结合达到最佳节能控制。
  卷烟厂各车间的生产工艺对温湿度环境提出了严格的精度要求,空调系统为满足车间全年的温湿度精度指标,配备了众多的热湿处理手段,表冷器(降温降湿)、加热器(升温)、加湿器、新风/回风/排风阀、风机变频等。可以有很多种控制策略,选择不同的手段来达到温湿度指标,而控制策略的优劣就在于是否能对这些处理手段进行有机结合,让车间内空气在全年各种气候条件都能沿着一条最节能的路径达到温湿度要求。
  因此,在全年某一特定时刻的室外气象条件和车间热湿负荷条件下,能否选择最合理、最节能的热湿处理执行机构,是烟厂空调自控系统能否保证温湿度精度,并且不能出现冷热抵消的前提条件。我们根据多年烟厂空调的研究、维护、保养。集合本公司暖通、机械、自控各专业技术人员专门针对烟厂,总结归纳出一套全年多工况控制软件,从资阳烟厂、什邡烟厂、到成都烟厂,不断实践、总结、提高,并通过多次验证,证明其合理性及实用性。
二、全年多工况温湿度控制软件简介
  多工况控制软件策略根据被控车间的热湿负荷特性和当地室外气象条件,自动将全年分成若干个工况区域,每个工况区域内制订出一个最合理、最节能的温湿度控制模型,找准各区温湿度控制回路的执行机构,保证全年各时刻的温湿度控制精度,寻求空调系统的最佳节能运行方案。
  1、多工况控制策略
  根据长期从事空调自动控制的经验和烟厂实际空调运行情况,制订出一套针对烟厂的控制策略。
  分区工况按照理想工况制定,即不考虑室内热湿负荷变化,在实际控制中,控制器将根据实际情况与理想状况的偏差利用PID计算公式自动修正。
空调工况分区图
  图为空调系统全年运行工况分区图,图中四边形的阴影面积为室内空气温湿度的允许波动范围。其中黄色的阴影部分面积是全新风区。O为送风状态点;N为室内状态点;M点在NO延长线上,为m%(最小新风比)=NO/NM。tO、iN 线分别与气象包络线相交于a、b点; dO线和iN线相交于k点。这些等焓线、等温线、等含湿量线和OM线把室外气象区划分成五区域。见下表:
  其中Ⅰ区中:尽量通过新回风比将混风拉至tO温度线上,湿度控制在加湿能力线内,再等温加湿到送风状态点O;此区域控制执行器为新回风阀、加湿阀。
  Ⅱ区中:通过新回风比将混风状态拉至细线内,但需小比例开制冷阀将空气冷却至tO温度线上,再等温加湿到送风状态点O;其小比例开水阀保证表冷温度>露点温度。此区域控制执行器为新回风阀、制冷阀、加湿阀。
  Ⅲ区中,采用最小新风,满足车间卫生要求,经制冷、加湿至送风状态点O;此区域控制执行器为新回风阀、制冷阀、加湿阀。
  Ⅳ区:高温高湿工况,采用最小新风,制冷与除湿同时进行,将表冷器温度降至露点温度,此区域控制执行器为新回风阀、制冷阀。


  Ⅴ区,低温高湿,采用全新风,此时需大量除湿,将空气冷却至露点,由于温度低于送风温度,故需开启加热阀辅助加热;此区域控制执行器为新回风阀、制冷阀、加热阀。
  总上所述:在什么样的状态可以大量利用新风节能,应在tN线以下,加湿能力线与dO线之间,以及Ⅴ区域内,可大量应用新风。
  2、表冷、加热、加湿阀控制:
  采用统一的PID发生器产生统一的控制量,使表冷、加热、加湿控结合在一起,达到杜绝三阀同开的现象。
  三、综述
  建筑节能是节能应用的重要领域。据有关专家分析,如果大力开发和推广应用先进的建筑节能技术,可以使我国公共建筑和居住建筑节能50%以上。中央空调是现代建筑中不可缺少的能耗运行系统。中央空调系统在给人们提供舒适的生活和工作环境的同时,又消耗掉了大量的能源。据统计,我国建筑物能耗约占能源总消耗量的30%。在有中央空调的建筑物中,中央空调的能耗约占总能耗的70%,而且呈逐年增长的趋势。由此可见,对中央空调的能耗系统进行控制,可以减少无效能耗、减少热量排放,对于提高能源利用效率具有重要的经济效益和社会效益。
  四、持续改进
  节能工作涉及面广,需要多学科、多部门的配合。对已有系统,不同工况下的数据进行跟踪和对系统各设备的运行情况,操作维护等进行记录。通过数据的积累、整理,对系统能耗更深入的了解,不断改进完善,使节能工作继续细化、不断延伸。
 
 
 
 
 

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