1、Zhejiang Construction,Vol.40,No.1,Feb.2023大型机场建筑空调的用电能耗占建筑总用电能耗的25%左右，其中，冷热源系统的能耗又在整个空调系统中占40%50%，对机场能耗影响重大 1。本文基于杭州萧山国际机场新建能源中心空调冷热源系统，采用群控系统控制设备运行，通过对各个冷水机组、燃气锅炉、循环水泵、冷却塔等设备的性能曲线的分析，依靠模糊控制原理，选择最优的组合策略，使设备持续保持在高能效状态下运行，从而降低设备的能耗，充分实现冷热源群控系统的节能目标。1冷热源群控系统介绍冷热源群控系统是通过各类流量、压差、温度传感器采集空调系统运行变量，然后依靠模糊控制原
2、理，计算出该时刻系统所需冷（热）量并调整主机运行负载，调整水泵运行频率来调节转速及流量、扬程，保障空调冷热源系统的高效率运行，达到节能目标 2。模糊控制技术是通过采集各类压差传感器、温度传感器、流量传感器的各种参数，构建数据库对末端负荷的波动情况进行跟踪统计推算，依据末端负荷的变化趋向，结合建筑物空调负荷特性、环境温湿度等因素的影响，提前预测未来时间的末端负荷，提前调控主机、水泵运行参数，前置处理系统管控滞后缺陷，保障系统控制的稳定性 3。冷热源群控系统控制原理见图1。2冷热源群控系统的构成杭州萧山国际机场新建能源中心项目冷热源群控系统由管理中心（管理层）、群控制中心（控制层）、模组设备（模组
3、层）三部分组成。其中管理层包括冷热源系统管理平台；控制层包括离心机组群控中心、锅炉机组群控中心、冷却塔群控中心；模组层包括离心主机模组、冷冻二次泵模组、燃气锅炉模组、热水二次泵模组、冷却塔模组及相应阀门控制箱。2.1离心机组群控系统（锅炉机组群控系统）离心机组群控系统实现对冷源中心离心机组、冷冻水泵、冷冻二次泵、冷却水泵、冷却塔风机，及相关阀门的配电、监视、节能和管理。包括离心式冷水机组群控制中心、离心主机模组、冷冻二次泵模组、阀门控制箱等现场设备，以及温度、压差、流量、室外温湿度、主机能效分析仪等传感器数据采集分析器材。离心机组群控系统通过对冷冻（热）水管上温度传感器以及流量计对末端当前负荷
4、进行计算，结合预测的负荷需求量和离心机冷热源群控系统节能运行的组合策略以杭州萧山国际机场新建能源中心为例Energy-saving Operation Strategy of Cold and Heat Source Group Control System:A Case Study on Hangzhou Xiaoshan InternationalAirport New Energy Center王洪庭WANG Hongting杭州萧山国际机场有限公司，浙江 杭州 311200摘要基于杭州萧山国际机场新建能源中心空调冷热源系统，介绍了冷热源群控系统控制原理和组成结构，并通过分析能源中心冷热
5、源系统相关设备的性能曲线，依靠模糊控制原理，优化群控系统相关设备的组合，制订适宜的运行策略，提升空调冷热源的运转效率，从而达到节能目标。关键词冷热源群控；模糊控制；组合策略；节能运行中图分类号：TU111.4+8文献标志码：B文章编号：1008-3707(2023)01-0071-03AbstractBased on the Hangzhou Xiaoshan International Airport s new energycenter,the research takes the air conditioning group control system as astudy case.T
6、he study introduces control principle and compositionstructure of cold and heat source group control system.And the researchanalyses the performance curves of the related equipment of the energycenter cold and heat source system,by using fuzzy control theory,theresearch optimizes the combination of
7、related equipment of the groupcontrol system,formulates appropriate operation strategies,and improvesthe operating efficiency of the air-conditioning cold and heat sourcesystem.In all perspectives,the optimization achieves the goal of energysaving.Keywordsgroup control system;fuzzy control;portfolio
8、 strategy;energy-saving operation71DOI:10.15874/33-1102/tu.2023.01.018浙江建筑第40卷第1期2023年2月组的能效比（COP）性能曲线，并通过系统中的条件设置和历史数据库中的数据综合考虑进行增机/减机，完成系统的优化运行控制。根据当前负荷与设定启停机负荷进行比较，以及当前回水温度与设置回水温度比较或是主机出水温度与设置出水温度比较，判断是否需要启停主机，三个判断条件可设置优先级别，也可只用其中一个条件或两个条件。对比当前空调系统的运行参数：当前冷负荷、当前负载功率、当前主机进口温度、当前主机出口温度、当前总管流量、当前水系统
9、最不利阻力等，寻找历史数据库中主机能效最高、运行工况最佳的主机组合，接着根据模糊推理启动主机运行台数，然后判断启机运行时间相对较短的主机启动。每日对负荷数据进行统一集成处理后自动对历史负荷特性数据库进行加权更新。2.2冷冻（热）水二次泵群控系统冷冻（热）水二次泵多台水泵并联工作时，通过群控系统调节水泵频率及开启台数以匹配水系统流量、压力的变化，在满足流量、扬程的情况下，筛选出多个并联泵组运行方案。在调试运行过程中，群控系统将建立各类工况下的水泵能效特性数据库，以输送能耗最低为目标，通过系统建立的水泵能效特性历史数据库，选出能效最高并满足流量、扬程要求的水泵组合，实现泵组节能。2.3冷却塔群控系
10、统冷却塔群控制系统实现对冷却塔风机及相关阀门的配电、监视、节能和管理。包括冷却塔群控制中心、冷却塔模组等现场设备，以及温度、流量等传感器数据采集分析器材。一般情况下，当蒸发温度在某一点时，冷凝温度和系统COP成抛物线关系，必然存在一个最佳冷凝温度点，使系统COP最高。通过建立自适应模糊优化模型来查找此最佳冷凝温度点，实现冷却塔组节能。当蒸发温度在某一点时，离心主机冷凝温度与其能效比（COP）成抛物线关系。当离心主机冷凝器温度降低时，冷却水泵及冷却塔能耗升高，主机能耗降低。当离心机组冷凝器温度上升时，冷却水泵及冷却塔能耗降低，主机能耗升高。那么必然存在一个最佳的冷凝温度点，使离心主机模组和冷却塔
11、模组的总能耗最低，可通过群控系统中建立的自适应模糊优化模型来查找此最佳冷凝温度点，该状态点下空调系统整体能效最高 4。3节能运行组合策略分析杭州萧山国际机场新建能源中心项目总建筑面积17 474 m2，地下1层，地上3层，局部夹层。其中1层为三联供机房，2层为冷冻机房，3层为锅炉房，3层屋面布置冷却塔。能源中心为新建T4航站楼及陆侧交通中心等区域提供空调冷热源，系统总冷负荷92 889 kW，总热负荷45 391 kW。本项目空调冷热源采用群控系统，对空调冷热源节能运行组合策略进行探索研究，项目主要冷热源设备见表1。3.1离心主机组合策略分析离心主机模组主要包括离心式冷水机组10台、冷冻水一次
12、泵10台、冷却水泵10台、电动阀门42个及配套流量传感器、温度传感器、压差传感器等。冷水主机能效比（COP）性能曲线图见图2。图1冷热源群控系统控制原理设备名称离心式冷水机组方形横流冷却塔冷冻水一级泵冷冻水二级泵冷却水泵燃气锅炉热水一级泵热水二级泵规格型号制冷量8 438 kW冷却水量2 000 m3/h流量1 000 m3/h，扬程18 m，功率75 kW流量1 750 m3/h，扬程30 m，功率355 kW流量1 850 m3/h，扬程60 m，功率200 kW供热量8 000 kW，耗气量780 Nm3/h流量760 m3/h，扬程14 m，功率45 kW流量800 m3/h，扬程29
13、 m，功率90 kW数量/台101110810557功率/kW14 7090753552004590总功率/kW14 7009007502 4852 000225540备注十用一备七用一备六用一备表1主要空调设备图2冷水主机能效比（COP）性能曲线72Zhejiang Construction,Vol.40,No.1,Feb.2023通过图2可以看出，当离心主机负载在40%90%负荷下运行时，冷水主机制冷性能良好，能效值基本大于6.3，达到1级能效指标，且在60%负荷时能效值达到最高为7.1；在30%负荷以下运行时设备制冷性能较低，在3.35.7之间，基本低于3级能效指标，且能效值随着负荷的降
14、低而降低；其他负荷区间设备能效值在5.76.3之间，达到2级能效指标。因此，在设置离心主机模组群控系统运行策略时，应根据系统总冷负荷变化，结合冷水机组能效比（COP）性能曲线，选择最优的冷水机组组合。1）当末端冷负荷大于40%时，10台离心式冷水机组全部启动，并自动调节到相应负荷；2）当末端冷负荷小于40%时，应优先将冷水机组负荷控制在60%负荷（冷水机组能效比最高）左右，其次再选择设备启用数量。不同系统总冷负荷状态下冷水主机组合策略分析结果见图3。3.2燃气锅炉组合策略分析燃气锅炉模组主要包括燃气锅炉5台、热水一次泵5台、电动阀门10个，及配套流量传感器、温度传感器、压差传感器等。燃气锅炉热
15、效率曲线图见图4。通过图4可以看出，燃气锅炉在不同负荷状态下均能达到较高的热效率，而且锅炉运行涉及安全，在使用过程中应避免对锅炉频繁启停控制。因此，在设置“燃气锅炉群控系统”运行策略时，只需监测热水总管的流量、温度及锅炉的运行、故障情况，按末端负荷率自动调节锅炉相应负荷。3.3冷冻（热）水二级泵组合策略分析冷冻水二级泵模组共有7台水泵并联运行，每台水泵均配置变频器控制，群控系统根据温度传感器、流量传感器反馈的数据，计算出末端空调负荷及循环水流量。并依据压差传感器反馈的压差信息，确定所需的水泵扬程。在确定流量、扬程的参数后，依靠模糊控制技术，利用水泵特性曲线（图5），选出效率最高点下的频率值反馈
16、给群控系统进行调整。热水二级泵组合策略与冷冻水二级泵组合策略类似，可参照执行，在此不赘述。3.4冷却塔风机组合策略分析本项目10组冷却塔有20台风机，每台风机均配置变频器控制，冷却塔的启停与离心主机联动。风机的开启组合策略根据冷水主机冷凝器进口温度来确定，可在群控系统中设置差值控制区间为1，当冷凝器进口温度持续超出设定值温度1时，增开1台风机；反之则关闭1台风机。图4燃气锅炉热效率曲线图3冷水主机组合策略分析柱状图图5冷冻水二级泵特性曲线4结语当前社会越来越注重能源的节约和有效利用，空调系统作为能耗大户，冷热源群控策略尤为重要。本文通过对杭州萧山国际机场新建能源中心项目空调设备性能曲线的具体分析，利用先进的控制技术，优化管控离心主机、冷却塔、冷冻水二次泵、燃气锅炉、热水二次泵等设备的组合策略，来实现节能目标。参考文献1清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2018 M.北京：中国建筑工业出版社，2018.2顾兴蓥.民用建筑暖通空调设计技术措施 M.2版.北京：中国建筑工业出版社，1996.3李玉街，蔡小兵，郭林.中央空调系统模糊控制节能技术及应用 M.北京：中国建筑工业
