大型制冷系統(tǒng)自動(dòng)控制及節(jié)能探討

＊徐希愛 宋明剛 張晶

（山東神舟制冷設(shè)備有限公司 山東 250200）

隨著制冷行業(yè)的不斷發(fā)展，追求整個(gè)制冷系統(tǒng)能效比達(dá)到最佳狀態(tài)是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)控制模式的精準(zhǔn)性并不高，不僅無(wú)法實(shí)現(xiàn)制冷設(shè)備的集中管理，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。對(duì)此，需要對(duì)現(xiàn)有的制冷系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，增加自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)，借助自動(dòng)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部設(shè)備的集中、有序的控制，可保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

1.某制冷控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)紹

(1)系統(tǒng)概況

某大型超市制冷系統(tǒng)中裝設(shè)有EMS集中控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)具有較復(fù)雜的控制邏輯，可實(shí)現(xiàn)多級(jí)并聯(lián)控制，也可有序控制設(shè)備的啟停。除此之外，在現(xiàn)場(chǎng)冷庫(kù)管控中，可通過(guò)通訊方式讀取冷柜等設(shè)備的數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的修改和管理，因此將該控制系統(tǒng)應(yīng)用于制冷系統(tǒng)中，可真正實(shí)現(xiàn)集中控制。

(2)系統(tǒng)構(gòu)成

EMS集中控制系統(tǒng)主要由主控制器、壓縮機(jī)控制器、電表等設(shè)備構(gòu)成，具體可見圖1，將這些設(shè)備放在大小相當(dāng)?shù)碾娍叵渲?，并在電控箱門板上安裝人機(jī)界面，可將相關(guān)參數(shù)、報(bào)警信息傳輸至服務(wù)器中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化在線監(jiān)測(cè)，且方便技術(shù)人員調(diào)試維護(hù)。

圖1 EMS集中控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

①主控制器。在EMS集中控制系統(tǒng)中，主控器是作為系統(tǒng)的核心設(shè)備存在，其功能主要體現(xiàn)在對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行查看、設(shè)定、修改及與遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器連接。②壓縮機(jī)控制器。壓縮機(jī)控制器作為系統(tǒng)重要的組成部分，主要由電源、DI、AI、DO、RS485等接口構(gòu)成，各自發(fā)揮的作用不同，其中DI主要作用是對(duì)單臺(tái)壓縮機(jī)存在的低液位、機(jī)組缺相等問題進(jìn)行信息警報(bào)；AI主要發(fā)揮監(jiān)測(cè)作用，對(duì)整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)；DO主要負(fù)責(zé)相關(guān)設(shè)備的輸出；RS485則負(fù)責(zé)通訊連接、參數(shù)信息上傳等。③數(shù)字式電度表。對(duì)于超市中制冷設(shè)備用電設(shè)備的電量統(tǒng)計(jì)，主要是通過(guò)數(shù)字式電度表進(jìn)行采集，并通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸傳至主服務(wù)器中。④溫濕度計(jì)。溫濕度計(jì)以串聯(lián)的方式在冷庫(kù)、冷柜控制器通訊組中安裝，能對(duì)超市賣場(chǎng)中的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，然后將采集的數(shù)據(jù)反饋至主控器中，進(jìn)而對(duì)冷庫(kù)、冷控制器進(jìn)行防露功能開啟的控制。

2.制冷系統(tǒng)自動(dòng)控制及節(jié)能改造

（1）電氣控制回路改造。為保證制冷系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行，需要對(duì)電氣控制回路進(jìn)行改造。通常每臺(tái)壓縮機(jī)都會(huì)配備自己的保護(hù)裝置，主要有機(jī)頭溫度過(guò)高保護(hù)、電機(jī)過(guò)熱過(guò)載保護(hù)及油壓差保護(hù)等，運(yùn)行原理是通過(guò)設(shè)定壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的閉合和斷開，具體通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)的壓力開關(guān)進(jìn)行控制，一旦壓力出現(xiàn)異常升高情況時(shí)，壓力開關(guān)閉合，啟動(dòng)壓縮機(jī)，直到壓力值降至設(shè)定值為止。雖然這樣的控制方式可保障系統(tǒng)的運(yùn)行，但因?yàn)樾枰l繁啟停壓縮機(jī)，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)使得設(shè)備使用壽命縮短，也不利于降低能耗，無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。針對(duì)這一情況，現(xiàn)通過(guò)中間繼電器通斷方式將EMS計(jì)重控制其切換至控制系統(tǒng)中，以此實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)手/自動(dòng)控制切換，且有較高的邏輯數(shù)據(jù)控制的精確性，進(jìn)而使得整個(gè)系統(tǒng)能夠達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

（2）節(jié)能改造。在制冷系統(tǒng)節(jié)能改造上，通過(guò)增加一個(gè)簡(jiǎn)單的切換回路來(lái)降低能耗。這一設(shè)置的邏輯為：在原系統(tǒng)中增設(shè)節(jié)能控制切換系統(tǒng)，一旦切換回路空開閉合后，繼電器接收信號(hào)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的觸發(fā)動(dòng)作，同時(shí)跳到控制器回路上，如此可避開高低壓力開關(guān)控制壓縮機(jī)和冷凝器回路。之后接著進(jìn)行節(jié)能控制的調(diào)整，具體為以下：

①冷凍機(jī)低壓控制。所謂冷凍機(jī)低壓控制，主要指的是對(duì)各冷卻設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)及冷卻能力進(jìn)行控制，包括冷柜、冷凍箱等，通過(guò)冷凍機(jī)低壓設(shè)定值的合理化，能保證這些冷卻設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和冷卻能力更加平衡，進(jìn)而減少電量的消耗。假若低壓值設(shè)定過(guò)高，壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)間就會(huì)越晚，運(yùn)轉(zhuǎn)頻率就會(huì)少，雖然能夠在一定時(shí)間內(nèi)降低冷凍機(jī)的耗電量，但是也會(huì)降低其冷卻能力，進(jìn)而容易導(dǎo)致冷柜等冷卻設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)癱瘓。針對(duì)這樣的情況，應(yīng)在冷柜等機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，將低壓設(shè)定值設(shè)定至當(dāng)時(shí)最合理的設(shè)定值，以此減少耗電量，同時(shí)考慮外部環(huán)境條件等因素的影響，也應(yīng)對(duì)不同環(huán)境條件下設(shè)定相應(yīng)的低壓值，當(dāng)外部環(huán)境條件有變化時(shí)，可迅速將低壓設(shè)定值切換至最合理的值。

②溫度智能控制。實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)的節(jié)能改造，也需要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的職能控制，應(yīng)當(dāng)根據(jù)一定范圍時(shí)間的溫度變化情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)柜溫的有效控制，確保其在允許的范圍內(nèi)變動(dòng)，如若不在允許范圍內(nèi)，則通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)其溫度調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

③夜間降低控制。所謂夜間低溫控制，就是要在超市閉店時(shí)通過(guò)設(shè)定一個(gè)高于開店時(shí)的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

（3）節(jié)能效果分析。在運(yùn)用EMS集中控制系統(tǒng)后，可實(shí)現(xiàn)冷卻設(shè)備的手動(dòng)和自動(dòng)切換控制，且根據(jù)采集的電量情況顯示，該控制系統(tǒng)可降低制冷系統(tǒng)的能耗，且效果較明顯，可大幅降低企業(yè)耗電費(fèi)用，也能保障壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)扇等設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

3.大型制冷系統(tǒng)自動(dòng)控制與節(jié)能的措施

上述只是針對(duì)大型超市制冷系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行針對(duì)性的改造和優(yōu)化，通過(guò)運(yùn)用集中控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備集中控制的同時(shí)，降低能耗。但目前我國(guó)許多大型商場(chǎng)等公共建筑中的制冷系統(tǒng)仍然存在電耗較大的問題，尤其是中央空調(diào)系統(tǒng)，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，商場(chǎng)等大型公共建筑中的中央空調(diào)系統(tǒng)能耗占年度總能耗的34%，因此對(duì)于商場(chǎng)而言，中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造尤其必要?；谶@些情況，以下針對(duì)大型制冷系統(tǒng)存在的能耗問題，具體提出幾點(diǎn)節(jié)能優(yōu)化的措施。

(1)選用低碳節(jié)能的輔助材料

隨著綠色可持續(xù)發(fā)展理念的提出，在對(duì)大型制冷系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，應(yīng)重視對(duì)氯氟烴類的制冷劑、發(fā)泡劑等污染材料的有效控制，盡量選用一些低碳節(jié)能的輔助材料，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

(2)充分利用變頻技術(shù)

隨著自動(dòng)化控制技術(shù)更新迭代，目前變頻技術(shù)也在制冷系統(tǒng)中得以有效運(yùn)用。變頻技術(shù)的利用，可提升中央系統(tǒng)集中控制與數(shù)據(jù)的可獲取性，有利于后臺(tái)管理人員制定良好的節(jié)能方案，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。為此，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品設(shè)備的實(shí)際情況及結(jié)構(gòu)模式，對(duì)變頻技術(shù)進(jìn)行利用并予以調(diào)整，充分發(fā)揮出變頻技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行調(diào)速控制、頻度調(diào)整等控制的同時(shí)，降低系統(tǒng)中各設(shè)備的損耗。

(3)充分利用建筑通風(fēng)結(jié)構(gòu)

在對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，也應(yīng)充分利用建筑通風(fēng)結(jié)構(gòu)來(lái)降低能耗。如針對(duì)大型購(gòu)物商場(chǎng)，其中央空調(diào)系統(tǒng)幾乎全年運(yùn)行，尤其是在夏季，在營(yíng)業(yè)時(shí)間段基本不停歇。為了達(dá)到節(jié)能的目的，應(yīng)在對(duì)空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)室外氣溫、客流量變化等進(jìn)行溫度的實(shí)時(shí)調(diào)整。另外，建議搭建智能云服務(wù)平臺(tái)，并借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，之后再根據(jù)商場(chǎng)商業(yè)布局及空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)，選擇使用一些高性能且節(jié)能的產(chǎn)品設(shè)備，以此進(jìn)行綠色建筑改造，進(jìn)而降低電能的消耗。

(4)制冷系統(tǒng)自動(dòng)參數(shù)調(diào)節(jié)

制冷系統(tǒng)的自動(dòng)控制屬于封閉系統(tǒng)，其運(yùn)行情況主要取決于系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定。為了能更好地發(fā)揮控制系統(tǒng)的作用，也需要對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，建議采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)算法設(shè)計(jì)，保證控制系統(tǒng)反應(yīng)出的溫度變化、冷卻溫度變化、冷卻容量等數(shù)據(jù)能夠真實(shí)地反映出制冷系統(tǒng)運(yùn)行的情況，然后合理進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)制冷效果及能耗的控制，保證制冷系統(tǒng)的安全有效運(yùn)行。

(5)加強(qiáng)制冷系統(tǒng)的維護(hù)管理

實(shí)現(xiàn)對(duì)大型制冷系統(tǒng)自動(dòng)化控制的同時(shí)，也要加強(qiáng)系統(tǒng)的維護(hù)管理。首先，應(yīng)定期清除冷凝器管壁上的水垢，冷凝器在運(yùn)行一段時(shí)間后可能會(huì)形成水垢，所形成的水垢會(huì)增加管壁的厚度，使得冷凝器壁管熱阻增加，進(jìn)而使得冷凝效果惡化，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)堵塞冷凝器管道。因此為了避免水垢對(duì)冷凝器產(chǎn)生負(fù)面影響，需要定期進(jìn)行水垢的清除，與此同時(shí)也要對(duì)冷卻水的水質(zhì)進(jìn)行離子交換、磁化、靜電等處理。其次，定期放油，由于壓縮機(jī)排放出的潤(rùn)滑油一部分可能會(huì)進(jìn)入到冷凝器及其他裝置的管道中，使得設(shè)備底部有油漬沉淀，這樣會(huì)對(duì)整個(gè)制冷裝置運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，所以不僅需要選擇良好的油分離器，還需要對(duì)潤(rùn)滑油的滲出量進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，避免油漬堆積而使得電耗增加。最后，及時(shí)將不凝氣體排放，由于操作不規(guī)范或系統(tǒng)負(fù)壓運(yùn)行等，使得大型制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，有空氣進(jìn)入到冷凝器中，空氣屬于不凝氣體，其會(huì)降低系統(tǒng)的制冷能力，并增加能耗，因此不僅需要規(guī)范進(jìn)行制冷系統(tǒng)的操作，避免不凝氣體進(jìn)入到制冷系統(tǒng)中，也要及時(shí)排放不凝性氣體，從而保證制冷系統(tǒng)正常節(jié)能的運(yùn)行。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上，本文結(jié)合某大型超市制冷系統(tǒng)，對(duì)其應(yīng)用的EMS集中控制系統(tǒng)進(jìn)行具體的分析，在滿足智能控制的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，從而實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)的自動(dòng)控制及節(jié)能降耗。另外，還就目前國(guó)內(nèi)大型制冷系統(tǒng)運(yùn)行的情況，提出了幾點(diǎn)自動(dòng)化控制及節(jié)能的建議，希望能為相關(guān)人員提供有效的參考。