风冷冷(热)水机组自动控制及调试

风冷冷(热)水机组自动控制及调试

李玉权

李玉权

TCL空调器(中山)有限公司528427

摘要：本文主要以风冷冷水机制控制方法为研究对象，通过理论分析和试验验证，指出该方法可实现压缩式制冷、自然冷却与压缩式制冷混合制冷、纯自然冷却制冷3种冷源模式的自动切换和最大化利用自然冷源的目标。

关键词：风冷冷（热）水机组；控制方法

科学技术的进步，新式空调系统不断出现，推动了制冷压缩机制造技术的不断进步。从目前制冷压缩机的发展趋势来看，结构紧凑、高效节能以及微振低噪等特点是空调压缩机制造技术不断追求的目标。

1.风冷冷（热）水机组

1.1简介

风冷模块式冷热水机组是以空气为冷热源以水为供冷热介质的中央空调机组，作为冷热兼用型的一体化设备，风冷模块式冷热水机组按用途分类有单冷型和热泵型，是单冷型和热泵型的统称[1]。风冷模块式冷热水机组省略了冷却塔、水泵、锅炉及相应管道系统等许多辅件，系统结构简单，安装空间小，维护管理方便且节约能源，适用广泛，既能夏季降温和冬季供热结合为一体多用机组。因此，风冷模块式冷热水机组通常适用于既无供热锅炉，又无供热管网或其它稳定可靠热源，却又要求全年空调的暖通工程，是设计中优先选用的方案。风冷冷(热)水机组与风机盘管、柜式空气处理机、吊顶式空气处理机、组合式空气处理机、新风机组、空调箱等末端装置所组成的集中式、半集中式中央空调系统具有布置灵活、控制方式多样等特点，尤其适用于商场、医院、宾馆、工厂、办公大楼等场合使用。

1.2优点

风冷热泵机组是以电能作为能源，电能是中央空调能源利用效率最高的一种能源使用方式。主机加工简单、操作方便，制冷量调节范围大，可实现有级或无级调节。主机为全金属构件，技术成熟。风冷模块机组是以空气为冷(热)源，以水为供冷(热)介质的中央空调机组，作为冷热源兼用型一体化设备，省却了冷却塔、冷却水泵、锅炉及相应管道系统等庞大的附属设备或附件。系统结构简单、布置灵活、外形美观、节省建筑空间、调节方便，可以单独停开而不影响其他房间的制冷供热，避免了水质过差的地区所造成的冷凝器结垢、水管堵塞等情况，尤其适用于水源缺乏区域。同时省去了冷却塔冷却水泵和冷却水系统，从而节约了冷却水系统投资和运行费用。无须专用机房，可直接安装在屋顶或室外空间。主机集中控制，电脑自动调节每个模块的运行时间，机组的使用寿命长。室内空气通过水进行冷却，减小了送回风温差，使空气相对湿度保持在人体舒适性范围内。

2.风冷冷（热）水机组的工作原理

风冷冷（热）水机组即在常规风冷冷水机组的基础上，增加风冷式自然冷却盘管（通过三通阀及其相应水管路接入风冷冷水机组）[2]，通过调节三通阀的开度使得载冷剂不经过自然冷却盘管、部分或全部经过自然冷却盘管，从而实现纯压缩式制冷、自然冷却与压缩式制冷混合制冷、纯自然冷却制冷3种运行模式的自动切换（见图1）。风冷式自然冷却盘管安装于风冷冷凝器上部，两者紧贴在一起，与风冷冷凝器共用冷凝风系统。这使得设备结构更紧凑，系统更节能。考虑室外低温防冻，采用乙二醇作为载冷剂。

3.设计思路

3.1为解决进水温度波动和环境温度点设置不准确对自然冷源是否投入判断的影响，是否启用自然冷却制冷由进水温度与环境温度的差值决定。

3.2为解决自然冷源和压缩机冷源同时投入的冷量过调问题，以及自然冷源因时间或冷凝器清洁度较差所造成的衰减对被控水温控制的影响，在启用自然冷却制冷功能的情况下，优先利用自然冷却盘管的冷量。若自然冷源冷量不满足冷量需求，则启用压缩式制冷，以减少压缩机的误启动次数，同时达到设定水温的控制目标。

3.3为使自然冷却节能功能最大化，在启用自然冷却功能的情况下，若需要减少冷量，优先卸载压缩机。

4.自动控制及调试实现方法

风冷冷水机组控制原理如图2所示，风冷冷（热）水机组的控制方法如下：

若ｔ进水-ｔ环境≥2℃（可设，默认为2℃），启用自然冷却功能，否则禁用。

在禁用自然冷却功能的情况下，三通阀1路全开，2路全关，所有冷冻水不通过自然冷却盘管，只通过蒸发器，压缩机根据设定水温和精度加载或卸载。

3.在启用自然冷却功能的情况下，当被控水温≥（设定水温＋精度）时（精度默认为2℃），三通阀1路全关，2路全开，所有冷冻水全部通过自然冷却盘管；当（设定水温－精度）＜被控水温＜（设定水温＋精度）时，三通阀保持当前开度不变；当被控水温≤（设定水温－精度）时，调节三通阀１路慢慢开大，2路慢慢关小。

4.为避免压缩机冷源与自然冷源的温控区间重叠以及压缩式制冷的误启动，优先加载水阀和优先卸载压缩机，解决2个冷源同时投入运行可能引起的过调问题，在启用自然冷却功能的情况下，确保三通阀1路全关，2路全开，5min后（可设）允许压缩机运行，同时将各压缩机的加卸载控制启停点在纯压缩式制冷模式的基础上增加某一固定温度（该值可设，默认为2℃），解决压缩式制冷与自然冷却的温控区间重叠的问题。

5.试验验证

2台压缩机制冷量为130kw；进水温度设定值为17℃，精度为2℃；载冷剂是浓度为30％的乙二醇溶液；自然冷却盘管采用表冷器结构形式，2排，换热面积为368ｍ2；自然冷却盘管与板式换热器共用风冷冷凝器和风机。启用自然冷源时，压缩机加／卸载控制启停点在纯压缩机冷源模式的基础上增加2℃。采用笔者设计的控制方案，仅增加了三通阀和自然冷却盘管的成本，约3000元。

由试验数据可以推测，当环境温度介于12～15℃范围内时，自然冷源会被启用，但自然冷源的供冷量较小（小于61.52kw），2台压缩机均有可能投入运行。随着环境温度的降低（低于12℃），自然冷却盘管的供冷能力增强。在被控水温为进水温度且设定为17℃的条件下，需运行的压缩机数量≤1台。笔者设计的控制方法在最大可能地利用自然冷源冷量和确保被控水温相对恒定的同时，能够实现3种制冷模式的自动切换，有效避免混合制冷模式下压缩机的误投入和水温过调问题。

6.结束语

本文笔者设计以进水温度与环境温度的差值作为判断条件的控制方法，在简便有效的情况下实现了对风冷冷（热）机组的控制及调试，

参考文献

[1]谈俊.Fuzzy-PID控制器在涡旋式风冷冷水机组试验系统中的应用[D].上海交通大学,2013.

[2]周晋.风冷热泵机组的应用研究[D].西安建筑科技大学,2001.