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1、广州地铁某线供冷空调系统控制策略方案设计 (版本A01)编制单位：编 制 ：审 核 ：批 准 ：编制时间： 年 月 日广州地铁XX号线供冷空调系统的控制策略方案设计本方案设计讨论稿由AA嘻嘻提出，经业主和设计院讨论修改通过，共同遵照执行。1 前言1.1 概述地铁XX号线供冷空调系统不同于一般的商用系统，而是具有工业系统的特性。现按工业标准和方式考虑其工艺要求和控制方法。供冷空调系统由包括冷源、空气处理设备、空气和水的管路系统、冷量的分配系统等组成。按用途特点分类，又可分为车站大系统、小系统，车站水系统，冷站系统等。监控系统负责对上述全系统进行监视，并对各类工艺设备进行监控和对工艺参数进行调节控
2、制。其中集中供冷系统的控制和调节是难点。本设计以温度调节控制为主要内容，工况和模式控制按相关环控工艺图纸要求进行。1.2 设计依据1.2.1 广州市轨道交通XX号线大学城专线段机电设备监控系统设备采购项目招标文件第四部分用户需求书1.2.2 广州市轨道交通XX号线某段机电设备监控系统设备采购项目合同书1.2.3 广州市地下铁道设计研究院会议纪要穗铁院机电会字2011第号（2011年4月3日）地铁XX号线环控系统控制策略讨论会会议纪要1.2.4 有关设计院的有关图纸2 车站大系统2.1 监控对象：组合式空调机、新风机、回、排风机、排烟风机、相关风阀等。2.2 监控策略：2.2.1 正常运行工况2
3、.2.1.1 对每一个车站的同一个空调对象空间，作为一个监控对象进行环境温度控制，即对车站大系统按照同时控制车站两端的空调系统处理，作为一个控制对象，见图所示。2.2.1.2 控制回路基本按串级控制方式对车站大厅和站台的室温进行PID调节，使室温稳定在舒适水平上。调节系统基本方框图如下：将回风温度作为外环的反馈，与设定值比较经PID1输出，作为内环的设定，与空调机的出风温度比较后，由PID2输出，作用于执行器（电动二通调节阀），调节冷水量，从而及时控制站厅（台）的室温达到规定值。上述方案对干扰响应速度快，又能反映室内外的较多干扰因素，是比较先进的控制方式。2.2.1.3 温度调节控制目标在空调
4、季节，车站的大厅和站台都能稳定地实现需要的温度与相对湿度。1) 确定与上述温度对应的回风温度设定值待计算和调试后确定。2) 设定温度可在上位机上修改。2.2.1.4 传感器的配置1) 为完成温度调节控制的任务，每个车站大系统必须配置如下传感器以供调节使用：l 新风温湿度传感器l 每一台组合式空调机的送风温湿度传感器l 每一台组合式空调机的回风温湿度传感器。2) 另外在车站大厅和站台空间内配置若干温度传感器，以便监视其实际温度控制效果（并用来判断是否要对设定值进行修正。）2.2.1.5 工况转换1) 空调季节（TwTo）a， 小新风工况当iriw进入小新风空调运行工况。采用小新风空调工况运行，用
5、小新风加一次回风运行。b， 全新风工况当iriw 进入全新风空调运行工况。采用全新风空调运行，空调器处理室外新风后送至站厅和站台，回风则全部排至车站外。2) 非空调季节（Tw To）工况进入全新风非空调运行工况，冷机停运、冷冻水系统停运。上述式中：iw 车站室外空气焓值ir车站回风空气焓值To车站空调送风温度Tw车站室外空气温度。小新风/全新风工况的自由模式下的切换由监控系统根据焓值参数判定并控制相应的风机、风阀进行。为防止工况在一天内频繁转换，每0.5小时对焓值进行平均值计算，并依据此平均值进行模式控制和工况转换控制。空调季节与非空调季节转换在自由模式下，每0.5小时对Tw的平均值计算并与T
6、o进行比较，作为进行模式的控制和工况的转换控制的依据。在空调季节内，不管是什么工况，都要按前述原则对回风温度进行定值控制，实现站厅和站台的温湿度满足人体舒适度的要求。2.2.2 其他运行工况火灾情况下转入相应的火灾模式。3 车站小系统3.1 监控对象：空调器、设备用户的送风机、排风机、排烟风机、相关风阀等。3.2 监控策略3.2.1 监控系统对风机盘管不监视、不控制。3.2.2 对柜式空调器的监控。一个柜式空调器及其风路就是一个控制回路。结其所供冷的各类房间，根据设计和调试情况，结合房间工作性质及重要程度，确定温度控制方案，未确定时默认为根据风路末端参数控制。3.2.3 传感器的配置对每个有要
7、求的房间配置温、湿度传感器或温度传感器。4 车站水系统水系统承担着将冷源制造的冷介质冷冻水输送分配至各处用户，平衡地满足各个末端的空调器对冷冻水量大小的不同需求。4.1 集中供冷方式广州地铁XX号线集中供冷水系统采用二次泵可调速系统。4.1.1 监控对象冷冻水二级泵、变频器、二通调节阀、相关阀门、传感器（压力、压差等。）广州地铁XX号线小谷围集中冷站的输水系统按泵组划分共有二条支路：1号支路：水泵：5台，其中调整泵4台（同型规格），定速泵1台用户：小谷围车站、官洲车站型式：二个车站的水管均从冷站接出。2号支路：水泵：3台，其中调整泵2台（同型规格），定速泵1台用户：大学城车站型式：异程。上述二
8、条支路分别由二组水泵供水，构成两个水管网系统。这二个管网系统根据用户车站的不同需求，完成冷冻水的输送任务。4.1.2 监控任务1) 在工艺条件允许的范围内，稳定管网压力场，防止压力波动大而影响末端空调的自动调节品质。2) 实施变流量配水，满足用户部分负荷下对冷冻水量需求的波动。3) 减少不必要的扬程损失，用调速节流实现节能。4) 保障安全供水4.1.3 工艺条件4.1.3.1 白天最大负荷（满负荷）条件1) 上述二个管网系统，在用户最大负荷时，其各个空调器管路的二端（含二通流量调节阀）、车站出入端、支路端口等重要节点的压差以及流量均能满足管网水力平差要求，满足用户对冷冻水最大水量的要求。2)
9、最大负荷时二通阀全开4.1.3.2 白天最小负荷条件上述二个管网系统的最小供水量不小于各自1台变速泵的最小供水量。4.1.3.3 一条支路内部运行泵组合数量不同时的参数。工艺上如果需要出现一条支路内投运的水泵增一台或减一台时，则前述重要节点的压力、流量也有相应的对应值：增（减）一台泵之前的满负荷值，增（减）一台泵之后的满负荷值。每条支路上的运行的变频泵运行频率要相同。4.1.3.4 夜间仅有定速泵向小系统供水时，定速泵运行，监控系统不调节流量。当定速泵故障不能运行时，监控系统控制变频泵按工艺要求运行。4.1.4 车站与集中冷站网络通信正常时的监控策略4.1.4.1 原则采用“恒压”控制原则对冷
10、冻水输配系统进行调节控制。下面叙述的监控策略是作为调节控制方案的基础，今后在具体实施中根据实际的多因素复杂情况加在充实丰富。4.1.4.2 1控制回路1) 控制基点：图中的A1点，即二个车站母管汇合点的压差。2) 控制范围：各个车站的压差在合理范围内变动3) 调节手段：压差变频器频率PID调节。4.1.4.3 2控制回路1) 控制基点：图中的A2点，即大学城站的沿供水管路的第一个组合空调器的按水点压差。其它组合空调器的压差点作辅助（如果已配置压差传感器）。2) 控制范围：车站内各组合空调器的各管路压差在合理范围内变动。3) 调节手段：压差变频器频率PID调节4.1.4.4 控制值的设定。1)
11、原则：压差“恒定”的初始控制值为管网系统最大负荷条件下的相应压差设计值。在调试过程中对控制值进行修正。2) 如果遇到水泵台数增减情况，则以台数增减前的满负荷相应压差设计值和增减后的满负荷相应压差设计值为准。在调试过程中对控制值进行修正。3) 控制值的设定可以人工调整。4.1.5 传感器的配置4.1.5.1 为完成输水系统调速配流稳压任务，必须配置以下传感器供调节使用：l 上述控制基点的压差传感器l 每条支路的总流量传感器（可与各车站配的统筹考虑）。l 其中1支路可用控制基点A1代。l 管网中最远的组合空调器压差、流量传感器。4.1.5.2 另外，对管网各处的组合空调器，可以选择部分配置压差、流
12、量、温度传感器，以便监视系统运行状况。4.1.5.3 二级泵的压差、流量。4.1.6 车站与集中冷站网络通信故障时的监控策略（仅指1支路）4.1.6.1 原则压力控制基点全部采用每条支路泵出口母管的压差测点。4.1.6.2 调节手段：泵口压差定值控制，压差变频器频率PID调节。4.1.6.3 故障切换控制模式时，做到无扰衔接。4.1.7 发生爆管，监控系统根据人工确认的爆管信号，执行爆管模式。4.2 分站供冷方式广州地铁XX号线分站供冷的车站水系统采用一次泵旁路调节系统4.2.1 监控对象制冷、供冷系统以及传感器4.2.2 监控策略4.2.2.1 对冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔不做单独控制，而是
13、与相应的冷水机组联运联锁控制，此由主机供货商提供的控制设备根据开/关指令顺序完成。EMCS系统与其保持通讯及监视。4.2.2.2 冷水机组根据冷负荷需求进行群控，由EMCS完成开/停指令的发出，并监视开/停任务实施完成。群控策略见后文叙述。4.2.2.3 冷水机组的冷量调节是由冷水机组自身所携带的控制装置完成，冷冻水泵的流量不随机组负荷的变化而改变。4.2.2.4 经过空调器用户的水量是根据用户冷负荷的需求波动而通过二通阀进行调节的。水系统在进行输水分配过程中，由压差旁通控制器DPCV根据压差变化进行水量控制，EMCS对其不监控。5 冷源系统的监控冷源系统负责按照用户的需求，制造符合温度规范的
14、一定水量的冷冻水。本文重在对集中冷站的制冷输送设备群控进行方案设计。5.1 监控对象和任务如图所示，监控冷机和一、二级水泵及相关设备。任务：使得制冷与送冷之间互相协调，既要保证制冷侧（冷机侧）的定水量供应，又要满足用冷侧（送冷侧）的变水量需要，并且供应的冷冻水水温达到规定的值。同时最大可能地节约能源。广州地铁XX号线冷站主要设备有：冷机侧：3台冷水机组3台一次水泵（定速）送水侧：共8台水泵，其中变速泵6台（4用2备）（分二组：4+2）定速泵2台（分二组：1+2）5.2 工艺条件以分、集水器为界，两侧设备的容量是匹配的。5.2.1 白天设备满负荷条件白天系统负责向车站大、小系统供冷，其主设备冷水
15、机和二级水泵存在容量匹配关系，经过环控工艺专业设计，在水力平衡计算和设计基础上有：l 车站某日最大用冷需要3台冷机满负荷投运时则3台冷机4台变频水泵都满负荷时其产供水量平衡。l 车站某日最大用冷需要2台冷机满负荷投运时，则2台冷机3台变频水泵都满足负荷时其产供水量基本平衡。5.2.2 夜间设备负荷条件夜间一台冷机2台定速来满足夜间最大负荷需求。5.2.3 冷冻水水温条件：在正常使用时，冷冻水水温符合设计规范，在广州地铁XX号线的集中冷站系统中，为供水7，回水16。5.3 监控策略5.3.1 冷负荷原则1) 集中冷站供冷的所有车站，冷负荷小于总冷负荷的30%时，投运一台冷机；2) 集中冷站供冷的
16、所有车站，冷负荷大于等于总冷负荷30%且小于总冷负荷70%时，投运两台冷机；3) 集中冷站供冷的所有车站，冷负荷大于等于总冷负荷的70%时，投运三台冷机；4) 每台冷机两次启动的间隔时间不小于冷机的保护时间。5.3.2 旁通流量原则在制冷侧（冷机侧）与送冷侧（二级泵侧）容量匹配的条件下，分水器和集水器之间的连通管中水流动方向为：l 水流量为零，即水不流动，则冷机制造的冷冻水全部用于向用户供水。l 水流从分水器流向集水器，。则用户用冷量为部分工况，冷机自身带的控制装置会自动使冷机按部分负荷制冷。l 水流从集水器向分水器流动，则用户用冷量超出制冷机的最大制冷能力。结果造成冷冻水供水水温升高，使末端
17、空调器工作在非正常工况条件下，也使监控系统在非正常工况条件下，影响大、小系统的空调效果，则必须增加一台冷机的投运。判断旁通管的水流动方向，通过设在管段两端的压差传感器测量的压力差值实现。5.3.3 冷负荷测量与计算5.3.3.1 冷负荷的测量依靠车站或冷站出入口配置的流量、温度传感器来实现。5.3.3.2 每个车站的冷负荷为：Wi = 41.868Fi(CP Ti Ti-CP Ti Ti)则全部用户的总冷负荷为：Wii=1W= n5.3.3.3 从冷站角度统计的冷负荷计算公式类似于上。当车站与冷站之间的网络通讯发生故障时，则用冷站的参数计算总冷负荷。5.3.3.4 冷负荷日统计曲线中的时间因素
18、涉及流量测量的时间单位。暂以小时为单位。在调试系统时，根据调试分析需要可以若干“分”或“半小时”为单位。5.4 传感器的配置5.4.1 为完成负荷的监控任务，必须配置以下传感器：1) 每个车站出入口的温度、车站流量2) 分水器后每条支路的温度、流量（可与车站统筹考虑）3) 分、集水器之间旁通管二端压差4) 集水器前每条支路的温度5) 集水器后向冷机回水的温度。6) 分水器前冷机供水温度、流量。5.4.2 另外为观测系统运行状况，可配置以下传感器：1) 冷机出水温度、流量2) 一次泵的压差、流量。6 二通流量调节阀6.1 作用和流量特性二通流量调节阀是末端空调系统控制回路的调节执行器，用来调节冷
19、量的供应量与用户的冷负荷需求相平衡。同时它还是水系统控制回路的变量之一。采用等百分比的理想特性，以实现空调水系统的较好的调节品质。6.2 工艺条件6.2.1 在空调水管路中，二通阀的“阀开度”应大于0.36.2.2 当管网在额定水温下满负荷运行时，二通阀阀门全开，其流量满足空调器额定流量需要，在其上产生的压降符合阀开度要求。6.2.3 二通流量调节阀二端的压差在其运行过程中比较稳定6.3 二通流量调节阀的选型6.3.1 根据XX号线的用户需求书“1.6.4.3传感器和二通流量调节阀的要求”选型。6.3.2 同时还要考虑下述因素6.3.2.1 AA嘻嘻拟在地铁XX号线中采用Honeywell公司
20、的二通流量调节阀。6.3.2.2 该二通阀的选择需要的工艺参数：1) 该阀门全开时的最大流量F，（m3/h）。2) 该阀门全开，最大流量时的阀二端压差P1，（Pa）。3) 该阀门全关时的二端最大压差值P2，（MPa）。4) 该阀门全关时的静压力P，（MPa）。6.3.2.3 阀门流通能力计算公式及口径选择：1) Honeywell公司的二通流量调节阀，其产品样本上所用流通能力Kv的计算公式为：Kv=316 FP1式中：F该阀门全开时的最大流量，单位m3/h。P1该阀门全开，最大流量时的阀二端压差，单位Pa。2) 根据上述公式计算出Kv值，在产品样本上选择阀门口径时，应使产品的Kv值最接近并大于计算值。6.3.2.4 该阀门的关断压力不小于P2。6.3.2.5 该阀门工作压力不小于P。
