冷冻机房控制系统
冷冻机房控制系统
目录
一、 单制冷机系统
1.1基本运行
1.2基本组成
1.3单制冷机的运行顺序
二、 并联机组系统
2.1基本运行
2.2基本组成
2.3并联机组的操作顺序
三、 串联机组
3.1基本运行
3.2基本组成
3.3串联机组的运行顺序
一、 单制冷机系统
单制冷机系统最容易设计和安装，但是对建筑来说这也是效率最差的系统设计，而且这种设计不提供机组备用。如果这台机组出现故障，会丧失所有的冷量。单制冷机系统需要的机房最小，尤其是当机组为风冷或蒸发式冷却时。
图中显示了一个定流量的单水冷机组的系统，并且冷负荷差异为80%。冷冻水利用冷冻水泵或一级泵循环，从机组流向负荷再流回机组。冷冻水环路可以是定流量也可以是变流量。变流量系统比较复杂，但是可以节省很多水泵功率。水冷机组需要一个冷却水环路，这包括一个冷却水泵、管道以及一个冷却塔或闭合回路冷却器。机组运行时，冷却水环路就要运行。
对定流量系统来说，冷冻水温差直接随负荷的变化而变化。根据负荷的差异，机组设计温差会比每个负荷处的温差要小。在这种情况下，机组的温差是8°F，而冷却盘管的温差是10°F。总的结果就是增加了冷冻水泵和管道的成本以及每年更高的运行费用。
1.2基本组成
制冷机
制冷机是根据满足建筑的工艺负荷来选型的。对建筑负荷来说，制冷机满负荷运行的时间占的比例很小。制冷机运行时间的平衡点是在50%到60%设计负荷下(根据建筑负荷特征)。大部分机组是在接近满负荷的时候运行最效率。可以使用水冷、风冷或蒸发式冷却的机组。风冷和蒸发冷式冷却机组不需要冷却水环路，包括管道，冷却塔和水泵。
水泵
水泵可以是定流量或变流量的。冷冻水泵和冷却水泵都必须根据设计流量选型。机组运行的全部时间，水泵必须运行。这样的结果就是机组运行的任何时候，水泵必须输送设计的冷冻水流量和冷却水流量。
冷却塔
水冷机组需要冷却塔。
1.3单制冷机的运行顺序
单制冷机系统运行最简单，确定需要的冷冻水量是第一个目标。这和手工启动机组一样简单。运行可以由一个楼宇自动控制系统(BAS)来自动操作，这个系统可以识别什么时候需要机械冷量。
所有机组必须在运行前让冷冻水(和冷却水，如果有的话)流动起来。最简单的方法是在启动机组前，手动将水泵打开。机组的控制器在很多情况下有一个用来运行冷冻和冷却水泵的信号。在这种情况下，水泵启动器可以和冷冻水泵及冷却水泵联锁来启动水泵。在不需要的时候将水泵关闭以节省能量。BAS也可以在启动机组前启动水泵。
变流量系统增加了复杂程度，但是也节省了很多水泵的功率。
除了运行水泵，还必须证明有水流的产生。可以使用压差型或水流型开关，并通常将其直接连接到制冷机控制器上，也可以用通用的传感器。在没有水流量的时候运行机组会导致严重损坏。建议严格按照生产商的安装说明以保证机组正常地运行，并避免报警冲突。 装有冷却塔的系统也需要对它进行控制。
二、 并联机组系统
为了在暖通空调设计中提供机组备用，大部分设计者将需要两台或更多的机组。多机组也提供了提高整个系统部分负荷性能和减少能耗的机会。并联机组系统易于设计，并且容易改为变流量系统。
2.1基本运行
图中显示了一个并联水冷制冷机系统。冷冻水利用冷冻水泵或一级泵循环，从机组流向各负荷，然后再流回来。冷冻水环路可以是定流量的，也可以是变流量的。变流量系统更复杂，但是节省很多水泵的功率，而且解决了定流量并联机组产生的机组排列的问题
水冷机组需要冷却水环路。这包括一台冷却水泵，管道和一个冷却塔或闭合回路冷却器。冷却水环路在机组运行的全部时间内都得运行。
对定流量系统来说，冷冻水温差直接随负荷变化。根据负荷的差异，机组的设计温差会小于每个负荷处的温差。在这种情况下，机组的温差是8°F而冷却盘管的的温差是10°F。总的结果增加了冷冻水泵和管道的成本以及年度的水泵运行费用。
2.2基本组成
制冷机
在大多数情况下，制冷机容量之和满足建筑或过程的设计要求。如果需要，可以通过选择型号更大的机组来增加额外的容量。并联机组通常是同一型号和类型的，虽然这不作要求。水冷、风冷或蒸发式冷却的机组都可以使用。风冷和蒸发式冷却的机组不需要冷却水环路，包括管道、冷却塔和水泵。
注：并联的机组承担相同百分比的负荷。例如，假定一个机组系统中有一台100冷吨的机组和一台1000冷吨的机组。但两台机组都在50%的容量下运行的时候，100冷吨的机组会承担50冷吨，而1000冷吨的机组会承担500冷吨。只要流量不改变(如，变流量)，就会发生这种情况。并且每台机组都会得到相同的回水温度。
水泵
水泵可以是定流量或变流量。冷冻水泵根据设计流量选型。上图显示了一台给两台机组供水的主冷冻水泵。另一个办法是用两台水泵，每台机组配备一台。上图还显示了为每台机组专门配备的冷却水泵和冷却塔，水泵和管道的选型根据每台机组的设计冷却水流量确定。机组运行的全部时间内，冷却水泵必须运行。
冷却塔
水冷机组需要冷却塔。图上显示了为每台机组配备的冷却塔。也可以使用一个共用的冷却塔，但是在并联系统中不常使用。
2.3并联机组的操作顺序
并联机组系统使用定流量系统的时候会产生一个独特的现象。假定系统在50%负荷下运行。从机组性能的方面来看，希望关闭一台机组并使另一台机组满负荷运行，但是这无法实现。在50%的容量下，回水温度为49°F。水会从关闭的那台机组流过，而不发生任何变化。运行的机组要承担50%的负荷(49°F)，而且会将水冷却到设定值44°F。然后这两部分冷冻水混合后达到46.5°F。
如果系统以这种方式运行，温度较高的冷冻水会使控制阀打开(增加流量)来满足空间的需要。这个过程会反复出现并且系统最终可能稳定。问题是在冷冻水水温这么高的情况下，风机盘管是否能满足局部的负荷。根据实际设计工况，建筑的显热负荷可以满足，但是由于冷冻水温度较高，无法满足潜热负荷。由于这种情况可能出现在过度季节，所以不存在除湿的问题。在有除湿问题的地方，这种布置会导致空间的高湿度。
一种解决办法就是在全部的时间运行所有的机组。这很管用，而且是一个简单的解决办法，但是这种方法很不效率，并会导致不必要的设备磨损。
另一种可能就是降低机组的设定值来抵消混合后的水温。这也是可行的，但是有些困难。降低冷冻水的设定值会使机组在运行增加耗功，降低自身的效率。极端的情况就是会造成机组的运行不稳定。
采用给机组加截止阀以防止在其不运行的时候水从中流过的做法，建议不要用于定流量系统。如果所有的冷冻水全通过一台机组的时候，水泵未必能提供设计的流量。水泵会改变特征曲线上的运行点并且会造成水泵的流量损失。如果不能提供设计流量，那么每个单独的负荷处不可能获得需要的流量。如果水泵可以向一台机组提供系统需要的流量，那么可能会超过机组允许的最大流量，这会导致机组的严重损坏。
安全的解决办法是在需要冷冻水的所有时间里，两台机组全部运行。但是，这和运行一个单制冷机系统一样昂贵。分级启动水泵和冷却塔与单制冷机系统相似。
三、 串联机组
串联机组是在一个系统中运行一台以上机组的另一种方式。这个设计解决了并联机组设计中的混合流量的问题。而且机组可以择优使用，这就使设计者可以充分发挥机组的性能。串联机组系统易于设计和运行。
3.1基本运行
图中显示了串联的两台机组。全部的系统流量流经这两台机组。结果增加了由于流经蒸发器造成的压降。冷冻水环路可以是定流量也可以是变流量的。变流量系统更复杂，但是可以节省很多水泵功率。水冷机组需要冷却水环路。这包括冷却水泵、管道和冷却塔或闭合回路冷却器。机组运行的全部时间冷却水环路都要运行。
如果机组相同，而冷凝器并联，主机就会承担大约45%的系统负荷，而后一台机组会承担约55%的系统负荷。这是由于为主机(下游)输送的冷冻水是在系统的设定值(通常44°F)。副机(上游)向主机的供水温度大约在48.5°F。这个降低的压力提升允许它提供更多的制冷容量。
对定流量系统来说，冷冻水温差直接随负荷变化。根据负荷的差异，机组的设计温差将会小于每个负荷处的温差。在这种情况下，机组的温差是8°F而冷却盘管的温差是10°F。总的结果是增加了冷冻水泵和管道的成本以及年度水泵运行费用。
串联机组的一个问题是流经机组的高流量和低温差。较高的流量会导致较高的水压降。由于机组是串联的，机组的压降必须加起来。如果维持通常采用的10°F温差，考虑采用单程的蒸发器，这会将压降降到一个可以接受的水平。
3.2基本组成
制冷机
串联使用的机组需要特殊的考虑。当使用小型机组如小型风冷或水冷机组时，需要特殊的维护。 在流量为2.4gpm/ton的时候，压降通常设计得可以接受。当在串联机组中，流量增加到4.8 gpm/ton的时候，压降大大地增加。在2.4 gpm/ton时10英尺的压降在4.8 gpm/ton时会变为40英尺。使用更大的机组，可以采用单回程来降低压降。 串联中的两个单回程的压降相当于一个常用双回程的水压降。
两台机组的任务不同，主机与副机有不同的提升力的要求。主机的承担更繁重的工作。必须对机组进行选择以使机组在具体的条件下运行，提供需要的容量。实际机组的输出和性能很有可能不同。将两台机组选为同样的，并使其都能满足主机的要求，这样当负荷小于一台机组的容量的时候，两台机组这两台机组就可以互换。当机组作为副机运行的时候，要损失一部分性能，因为实际的提升力不能最好的发挥机组的性能。也可能选择两台不同的机组。使每一台都在它的运行工况下最好地发挥性能。这种安排会获得较好的效率(2%)，但是两台机组不能互换。
注：对串联机组来说，蒸发器压降必须加起来。当采用有壳体限制的机组（如小型的风冷或水冷设备）时，要特别注意。压降(在正确的流量下)会非常高。对带有壳体可以调整的更大机组来说，考虑使用单回程来减少压降。
增大冷冻水温差对串联系统造成的影响与并联系统不同。当温差增加时，串联系统会比并联系统运行得好。这是因为串联系统的层叠的影响提高了机组的性能。
注：串联机组在增加的冷冻水温差下比并联机组运行得更加高效。当冷冻水温差增加时，可以预料到串联机组比并联机组运行的好。
水泵
水泵可以是定流量或变流量的。冷冻水泵根据设计流量选择。冷冻水泵的设计压头将会受到机组压降叠加的影响。上图显示了一台主冷冻水泵，它输送的水流经两台机组。图中还显示了为每台水泵装们配备的并联的冷却水泵和冷却塔。水泵和管道根据每台机组的设计流量选型。机组运行的全部时间，冷却水泵必须运行。 冷却塔
水冷机组需要冷却塔。每台机组配备冷却塔。也可以使用一个共用的冷却塔。
3.3串联机组的运行顺序
串联机组可以择优使用机组。当冷负荷增加时，主机(下游)会从0容量加载到100%容量来满足负荷要求。一旦主机满载(可能是大约45%的系统容量)的时候，副机启动。有三种启动副机的办法。
1. 给上游的机组设一个冷冻水设定值，在下游机组满载的时候用来启动上游机组。这会择优地先给下游的机组加载。在系统负荷从45%总容量上升到100%的过程中，下游的机组满负荷运行，上游机组启动。如果下游的机组由于一些原因没有连上，那么上游的机组则不能象上述那样运行，除非通过手动或遥控来改变冷冻水的设定值。
2. 将上游机组的传感器置于下游机组上，这就会择优地加载上游机组。一旦上游机组不能维持冷冻水供水温度，下游机组就会启动来平衡负荷。
3. 现代机组控制器，可以允许两台机组之间进行交流。在这种情况下，每一台机组都可以先启动(假定它们都是按照主机的标准选型)。一旦先启动的机组满载，第二台机组就会启动，而且负荷在两台机组之间平均分配。这可以使年度制冷机能量利用率提高2%。有条件的地方推荐使用这种方法。
分级启动水泵和冷却塔的与启动单制冷机相似。参考单制冷机的操作顺序。
