摘要：水蓄冷空调系统是一种新型空调形式，它的主要特点是夜间蓄水白天制冷，蓄冷和放冷环节的增加决定了这种形式的空调系统比，一般空调系统的控制比较复杂，具有特殊性，水蓄冷空调系统应该配什么样的自动控制，自动控制应该如何运行才能使系统更加安全稳定，这是急需解决的问题。文章以水蓄冷空调经济、安全、可靠为出发点，根据运行的特点，对水蓄冷空调自动控制系统的设计进行研究。
前言
水蓄冷是利用水的温度变化，将空调系统中的冷量储存起来，水蓄冷是利用水的温度变化完成的，通常称这种过程为显热蓄能。水蓄冷以空调用冷水机组为制冷设备，以保温的蓄冷水为蓄冷设备，水经过冷水机冷却储存在蓄水槽中。空调水蓄冷系统是一种削峰填谷方式的供冷系统，目的就是在保证舒适度的前提下，优化空调系统各设备间的能耗配比，减少冷量输配的能耗，或者减少冷却塔和末端空调箱的能耗，同时降低系统的初投资。白天用电高峰时，往往电力供应比较紧张。而晚上用电谷底时，发电厂必须保证部分机组正常运行，这时的电力又是富余的，且不能储存。通过水蓄冷项目，把可能浪费的电力资源利用起来，在白天用电高峰时尽量减少用电，形成节能效应；晚上环境温度比较低，冷却温度也相对较低，冷水机组运行效率较白天要高；同时电力部门为错开用电高峰和谷底，对谷底用电电价给予适当优惠，从而达到降低用电费用的效果。下对水蓄冷空调自动控制系统的设计进行研究。
1、水蓄冷空调系统运行控制策略
某工程水蓄冷空调采用双罐并联系统，该工程水蓄冷空调系统设计实现系统的自动监控，在系统安全可靠运行前提下，以满足末端用户供冷需求为根本。系统从冷站制冷、蓄冷罐充放冷和末端用户稳定供冷三个环节进行控制，在满足用户舒适性要求下，对系统进行优化，使蓄冷系统运行于最佳工况，实现经济运行。
由于工程空调系统的冷负荷是随室外气温的变化而变化的，也就是说，室外温度的变化，决定蓄冷量的多少，进而确定蓄冷冷水机组的运行数量。
水蓄冷制冷空调系统的运行由冷水机组与水蓄冷罐共同配合完成。冷水机组与水蓄冷群控系统可分为五种运行方式：冷水机组单独供冷、冷水机组单独蓄冷、蓄冷罐单独放冷、冷水机组供冷同时为蓄冷罐蓄冷、冷水机组与蓄冷罐联合供冷。
运行之初，各种运行方式的选择以及5种工况的切换采取人工方式进行，5 种工况的转换，均考虑步级调节，每台冷水机组的开、关均需3s～5s。
冷水机组与水蓄冷群控系统可自动记录所有操作当日的气候条件以及逐时的冷量负荷，在积累到一定程度以后，冷水机组与水蓄冷群控系统可对之前的气候条件、负荷情况以及系统运行数据的经验数据进行分析，取得一定规律，并逐渐实现对冷水机组与水蓄冷群控系统运行控制进行优化。
1.1冷水机组单独供冷
这种方式主要用于平时段，偶尔出现在夏季峰时段，冷冻水不经过水蓄冷罐，直接流向系统管道。冷水机组与水蓄冷群控系统控制系统设定给主机的出口温度为6℃。
1.2 冷水机组单独蓄冷
由于电价政策影响，冷水机组单独蓄冷的运行时间为 23：00-7：00，通过水蓄冷群控系统控制冷水机组及相关设备，进入蓄冷模式。冷水机组与水蓄冷群控系统的控制程序会跟踪并显示蓄冷水池的温度。在出现下列两种情况时，蓄冷模式将停止。
①水罐液位温度传感器指示已存储额定冷量。
②当开启的冷水机组出口温度低于设定值 6℃（可调）时，水蓄冷罐装置的回水温度低于设定值 6℃（可调）。
1.3 蓄冷罐单独放冷
用于日间峰时段和平时段，根据实际运行情况及全天负荷情况判断。全天负荷小于水蓄冷罐的蓄冷量时，由系统设定冷水机组停机，蓄冷罐进行单独放冷。
1.4 冷水机组供冷同时为蓄冷罐蓄冷
此工况运行时间为23：00-7：00，主要是在这一时段有供冷需求时使用该工况。
1.5 冷水机组与蓄冷罐联合供冷此种工况运行模式比较复杂。
夏季负荷高峰时期，系统根据末端负荷情况调节供水流量，通过开启的冷水机组台数，调节水蓄冷罐的放冷速度，在保障制冷系统的出水温度、回水温度基本稳定的基础上，保证冷源系统提供末端负荷所需的冷量。
通过分析总供冷量和水蓄冷罐的蓄存冷量，在保障放冷节能效益最大化的基础上，控制冷水机组开机台数，冷量的不足部分由水蓄冷罐自动补充。
当全天负荷大于水蓄冷罐的最大蓄冷量，尖峰负荷小于2台冷水机组所能提供的最大冷量时，根据气象预报气候条件下的逐时日负荷，预测出电峰值时段的总耗冷量及各小时的耗冷量，选择相应的运行策略，将所有蓄冷量优先用于电峰值时段，不足部分由冷水机组进行补充。若水蓄冷罐仍有多余冷量可用于平时段。水蓄冷量应先保证尖峰负荷情况下冷水机组不够的部分，多余蓄冷量在 8：00-11：00，13：00-15：00，18：00-21：00这3个电费较高的时段中使用。
当日负荷为设计日最大负荷时，冷水机组优先满冷负荷运行，不足的冷量由水蓄冷罐进行补充，冷水机组及水蓄冷罐群控系统将通过流量传感器来调节电动阀，以调节水蓄冷罐的水流量供系统使用。
当日负荷减小时，通过分析运行时间、总供冷量、负荷情况、水蓄冷罐的蓄存冷量，调整水蓄冷罐供冷与冷水机组供冷的比例，直至转换到水蓄冷罐优先模式。
2、水蓄冷空调控制
DCS系统冷热源中心水蓄冷空调的控制采用DCS集散系统，由操作管理层、过程控制层、现场检测及控制层三层网络结构组成。
2.1 操作管理层
本层主要实现系统的操作及监控、数据的存储及分析等功能。设置5台操作站及一套 DLP大屏幕，作为用户操作访问接口终端；设置2台历史数据库服务器，用于存储控制系统的过程参数、设备信息、事件、故障、报警等历史数据；设置20kV•A UPS 电源1台，作为5台操作站、2台历史数据服务器、2台过程控制器的后备电源。5台操作站均可通过权限认证，获得操作权限或工程师权限；其中1台用于工程师调试系统运行、2台用于监控三台电冷水机组、1台用于监控能源中心其他过程工艺及设备、1台用于连接LED大屏幕。每台操作站均采用双网卡连接。2台历史数据库服务器实时存储过程控制器上的数据，所有历史数据记录全部存储在历史数据服务器上，过程控制器或者操作站对历史数据记录的访问都必须从历史数据服务器上访问，避免因为客户端频繁访问模糊控制器而产生的资源负担。每台历史数据库服务器均采用双网卡连接。
2.2 过程控制层
本层主要实现系统的顺序控制、节能控制的算法实现等功能。设置两台互为冗余的过程控制器，采用双网卡连接。由现场控制器、电源和各种 I/O卡件组成。主要完成各种信号的综合处理（物理转换和报警检查等）、回路的计算和处理、逻辑回路的处理、先进控制算法的执行等。过程控制器只存储实时数据及节能控制运算所必须的历史数据，不作其他任何历史数据的存储。过程控制器上数据的刷新周期不大于1s。
2.3现场检测及控制层
本层主要实现数据采集、指令执行、现场关联保护等功能，由安装在受控机电设备上的各类传感器和执行机构组成。采集到的信号如冷机和蓄冷罐出入口的温度、压力等参数通过过程控制层上传至操作管理层，实现对现场设备的监控功能。
3、水蓄冷设备的监控
3.1冷水机组联锁控制
该项目采用的冷水机组自带控制器，DCS 系统通过通讯方式控制冷机的启停，同时监测冷机的冷冻水和冷却水的供回水温度、蒸发器和冷凝器水路的水流开关状态等相关参数。
设备开启顺序：冷却泵→冷却塔→二次泵→一次泵→冷水机组。停机时顺序相反。
3.2水泵的变频控制
本冷热源供应中心冷冻水采用二次泵系统，其中一次泵为定流量系统，二次泵为变流量系统。二次泵依据系统末端压差变频。放冷泵依据二次泵供回水母管压差变频，就是根据负荷情况调整放冷量。
3.3蓄冷罐的监测
对2台蓄冷罐的进出水温、流量及液位进行监测，同时在垂直方向每隔500mm设置一个一体化温度变送器对蓄冷罐内部温度梯度进行监视。由于2台蓄冷罐同时工作，所以需比较每个罐内的温度梯度调节蓄冷罐的斜温层。
4、结束语
水蓄冷空调系统已经在国内多个工程项目中应用，并取得了良好的节能效果。但是不同的项目，控制手段上各有不同。针对每个项目各自的特点，先确定一个水蓄冷的初始运行策略，并根据实际运行情况（考虑室外气候变化及室内负荷的变化）进行优化调整。运行一段时间后，可根据累积的数据，采用模糊理论和神经网络预测手段，更精准的控制水蓄冷空调系统的运行，节能收益会更加显著。
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