直供供冷系统流量和温度波动的控制①

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摘 要：本文对虹桥机场西区能源中心直供供冷系统中供水流量、回水温度的变化关系进行了思考，并通过运行数据、实验的验证，寻找回水电动阀的最佳开度范围，解决阀门频繁动作等问题，最终实现供水流量波动与回水温度之间的平衡，使得直供供冷系统供运行更稳定。

关键词：能源中心 直供供冷 板交机房 盈亏管

中图分类号：TU83 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0045-02

上海虹桥机场能源中心位于上海虹桥机场西航站楼北侧约300 m，主要为虹桥西航站楼、南侧酒店及预留部分（航站楼北侧指廊、北侧酒店）供冷和供热。能源中心内供冷、供热系统及配套电气10 kV配电系统、服务对象的建筑面积共47.3万m2，其中本期服务范围的总建筑面积为38.8万m2，规划预留的服务范围的总建筑面积为8.5万m2。能源中心内的主体建筑包括冷冻机房、锅炉房、蓄冷水罐以及地下储油罐、地下管线等配套构筑物及共同沟管网。

能源中心供冷系统主体设备包括8台约克冷水机组，8台ITT冷冻一次泵以及6台ITT变频冷冻二次泵；蓄冷系统包括2座蓄冷水罐，5台ITT蓄冷循环水泵；冷却系统包括8台组装式两联体BAC冷却塔，8台ITT冷却水泵。

能源中心主要是通过敷设于航站楼与能源中心之间地下共同沟内的供冷管网将低温水输送至末端航站楼的1～8号板交机房。

能源中心供冷系统简图如图1所示，供冷系统配有2座蓄冷水罐，能够在夜间低谷电价时段对其进行蓄冷，白天供冷时段则由蓄冷水罐直接向航站楼供冷，无需在电价高峰时段开启冷冻机，这种削峰填谷的运行模式能够大大减少电费成本，同时供冷系统采用直供模式，即不设置热交换器，直接通过能源中心内的一次水泵、二次水泵和末端三次水泵将冷冻水构成循环，能够减少热交换的能量损失。

1 回水控制方式

1.1 设计方案

常规的日间供冷模式是由蓄冷水罐、二次泵与末端三次泵构成水循环，末端共有8个热交换机房，供水流量由设在每个末端的回水电动阀控制，如图2所示，为保障设定的回水温度，回水电动阀会通过阀门开度大小调节旁通管的流量及走向，若回水高于设定温度，回水电动阀将开度打开，更多的冷水通过旁通管与末端高温水混合，降低混水温度；若回水低于设定温度，回水电动阀将开度减小，末端回水将通过旁通管与供水混合继续供向三次泵。

在实际运行中我们发现，由于末端负荷不断变化，为了满足回水温度的控制，各热力交换站的阀门波动次数非常频繁，如图3所示，圆圈内曲线代表了阀门波动情况。

阀门波动频繁导致阀门的使用寿命受到影响，运行至今已有阀门因为动作频繁导致故障发生，另一方面也使得整个供水流量不停波动，流量在2000～4000 m3/h之间变化，导致二次水泵频繁加减机，对系统的稳定运行不利。

1.2 流量波动控制

为了优化运行，我们设想通过控制每个热力交换站内的回水电动阀开度范围，减少阀门的波动次数，同时稳定供水流量，也就是将阀门的开度范围由原先的0～100调整成适当范围，由于阀门开度受到限制后，回水温度的控制将会有一定的波动，如何设置最佳的开度范围，使得回水温度与供水流量的波动达到相对的平衡是研究的难点，由于每个板交都是独立的一个控制系统，负责的供冷区域对温度的要求也不同，我们只能对各板交进行模糊调整，再根据温度反馈逐步进一步微调，总体目标是在保证各板交温度在一定范围内，回水总温度能满足运行的要求。详细如图4所示。

通过对8个板交机房回水电动阀开度的修改，经过一段时间的运行观察，8个热力交换站内的回水温度基本都能保持在11.0 ℃～14.0 ℃之间，根据实际运行经验结合冷冻机的运行效率，这样的回水总温度范围能够满足日常运行的要求，如图5所示，采集数据为连续运行时段的回水温度数据。

在满足回水温度要求的同时，供水流量波动的情况，如图6所示，通过设置了各板交回水阀门的开度范围，供水流量现在2000～3500 m3/h之间波动，能够解决水泵频繁启停机的问题，增加了系统的稳定性，数据为连续运行时段内的供水流量数据。

2 运行效果检查

经过整个供冷季的运行，我们收集了完整的阀门开度的变化数据，以及相对应的板交回水温度及总回水温度的变化数据和供水流量数据，通过这些数据分析可以判断各板交的阀门开度设置的合理性。

我们以供冷量最大的5#板交为例，阀门波动及温度采集时间均为1 min，我们截取其中10天的数据作为分析之用，5#板交阀门的设置情况，如图7所示，阀门开度在33%～55%之间来回动作。

具体的变化情况如图8所示，根据负荷的变化引起回水温度的变化，从而阀门动作，调整最后的混水温度在一定范围内波动。从温度的变化情况可以看出，数据后期回水温度较低（小于10 ℃），此时阀门应当减小开度，增加高温回水参与总回水的混合，而由于阀门开度已到达下限，所以无法继续做出反应，导致混水温度不断降低，同时我们可以看到回水最高温度都没有超过13.5 ℃，说明阀门的上限控制能够很好的满足运行的需要，所以我们提出建议，将5#板交的阀门开度下限调小，可以尝试设置成25%后在运行过程中继续观察。

3 结语

我们希望通过改变回水控制方式，来实现供水流量波动与回水温度之间的平衡，在此次供冷季中的尝试摸索，初步解决了阀门动作频繁，故障率高的问题以及供水流量不稳定，水泵频繁启停机的问题，但是对各板交的回水温度控制上仍有所欠缺，这将作为下一阶段的深化研究，最终形成一套适合虹桥西区能源中心供冷系统实际运行的控制模式。

参考文献

[1]马仲元.供冷工程[M].中国电力出版社，2004.

[2]汤延庆.供冷工程[M].武汉：武汉理工大学出版社，2008，8.

[3]许居宛.机械工业采暖通风与空调设计手册[M].上海：同济大学出版社，2007，3.