冷水机组群控策略

本文讨论的范围
本文讨论的冷机群控策略适用于离心式或多机头、多级螺杆式冷水机组。且冷机之压缩机使用工频供电，冷冻、冷却水是定流量工作。变频冷机、变冷冻水、变冷却水控制不在讨论之列。
本文仅限于对多台冷机台数控制策略的讨论，而不涉及冷水机组相关外围设备的控制策略（如：冷冻、冷却泵、冷却塔等控制）。
正文
冷机群控的控制策略是什么？“监测冷冻水的流量，再根据供回水温差，计算空调系统的冷负荷。............根据计算得出的实际冷负荷来决定冷水机的启停台数，以达到最佳的节能状态。”① 的语言或相似言语②③是很多楼宇自控公司甚至设计单位的答案。没有冷机群控工程经验的人从表面上理解认为应该是对的；有冷机群控工程经验的人认为：该策略虽然在实践工程中没用上或效果不好，但可能是设备有故障或使用人员操作有误造成，所以也很少怀疑这个策略。

这个控制策略是否正确呢？是否在实践工程中可以采用呢？这个控制策略在许多楼宇自控公司的控制方案中没有详述（认为太难，或许认为太简单）。查找了一些资料，发现主要有2种有关上述控制策略的较为详细的说明。

第一种“每30min 把计算出的实际冷负荷与当前运行机组的额定冷量比较，当实际负荷小于当前机组的额定总负荷一定量时，减少相应的机组运行；当实际负荷大于当前机组的额定总负荷一定量时，增加相应的机组运行。”④这种控制策略的采用其结果是可悲的。一幢建筑物中冷量的提供是冷水机组的话（大多数民用建筑中冷量的供应者也只是冷机），你会认为空调冷负荷的实测会大于目前正在运行的冷机所提供的冷量吗？打个比方：有一台电扇（在常规的环境和标准的供电下，其出厂的标注是）最大转速25转/秒，但你说在同样的环境、条件下，通过某种“科学”手段实测出的转速是30转/秒，大于25转/秒。这显然是滑稽的，有点本末倒置。

“实际运行中发现，机组根本无法实现根据实际冷负荷调整冷水机组的台数控制。例如，实际情况开启冷水机组的冷量负荷远不能满足空调末端需要，此时，冷冻水温由于制冷负荷的不足而水温升高，冷水机组出水温度超过设定值，冷水与风机盘管内空气的热交换效率不断下降，供回水温差却减小，供水流量未发生变化，而计算出的冷负荷却减小。这显然非真实所需的冷负荷。实际运行中发现，分水器的水温达16℃，集水器的水温为16.3℃，而冷却量计算的负荷却很小，不需增加冷水机组的台数。” ④这些言语是采用以上控制策略的某一物业使用者的经验教训。

第二种“测量每个环路进/回水温度差及水流量，计算各个环路之负荷。当负荷大于一台机组的80%(可根据实际情况修改)，则第二台机组运行。以此类推。” ⑤。我们假设有如下工况（这种情况也是常见的）：由于冷却水回路冷却效果不佳，使这台冷机的制冷量被限制在70%的最大制冷量。如果按这种控制策略，可能永远只能开一台冷机了。

这样看起来以上两种策略都不能做为冷机群控的控制策略，这是为什么呢？这是因为从冷冻水处实测的冷负荷应小于或近似等于运行冷机提供的冷量（如果忽略管路中的损耗），也即冷机的负荷。换句话说，测冷负荷实际上只是测知了目前运行冷机的负荷。如果只知道目前冷机的负荷又怎么能判断冷机应该加载还是卸载呢？这正是以上控制策略难以实用的原因。

那么，合理的冷机群控策略是什么呢？这里需要引入测量冷冻水供水或回水温度这个判断依据。

因为多数冷机生产厂商其冷机负荷（制冷量）的控制是根据冷冻水的供水或回水温度。当供水或回水温度大于（远离）本机设定温度时，其冷机压缩机作功就加大，使冷机负荷（制冷量）增大，直至100%。当供水或回水温度降低接近于本机设定温度时，其冷机压缩机作功就维持不变，使冷机负荷（制冷量）不变。当供水或回水温度小于本机设定温度时，其冷机压缩机作功就减小，使冷机负荷（制冷量）减小。

所以有一种冷机群控策略说明如下：

判断冷机是否要加载时，应根据冷冻水总管的供水或回水温度。
A. 当供水或回水温度接近或等于设定温度时，冷机不应加载。而该设定温度应等于单台冷机的本体控制设定值（温度），并且参与群控的所有冷机的本体控制设定温度应该一致。

B. 当供水或回水温度远离（高于）设定温度时，冷机应加载。当然还应受其它一些条件的约束，如：加载延时判断时间，冷源系统运行时间段，是否有待命的可加载冷机等。

判断冷机是否要卸载时，应根据冷冻水总管的供水或回水温度及目前冷机的负荷。
A. 当供水或回水温度远离（高于）设定温度时，冷机不应卸载。

B. 当供水或回水温度低于或接近于设定温度时，表明已运行的冷机已提供了足够的冷量来满足建筑物的需求。但能否卸载一台冷机还必须检查当前冷机的负荷（制冷量）。例如：有3台1000美国冷吨的冷机运行的负荷都是70%，那么，即使冷冻水供水或回水温度已接近于设定温度，但仍不能卸载。因为如果只运行2台冷机，其最大的制冷量只有2000冷吨。如果这3台冷机的运行负荷都是65%，那么就可以卸载一台冷机。

以上控制策略中是测量供水温度还是回水温度应跟随单台冷机的本体控制逻辑。如冷机本体的控制逻辑是比较冷冻水的供水温度与设定温度来控制压缩机的做功，那么冷机群控策略中应根据冷冻水总管的供水温度；反之，应根据冷冻水总管的回水温度。

以上讨论的这种冷机群控策略仅是可行的，但是否是节能的，还需考察COP值。空调暖通设计单位根据建筑物当地的常用负荷段来对冷水机组选型。如某个地区的某个建筑80%满负荷运行时段是大多数的情况，那么冷机的选型应使在80%满负荷运行时的COP值最大。这样的话，就可能出现开5台运行在80%负荷的冷机比开4台运行在100%负荷的冷机更节能的情况。这就会造成在已满足建筑物冷量需求的情况下还需加载冷机。整个冷机群控的策略将会变得更加复杂。

幸运的是有些冷机生产厂商其冷机性能在75%~100%负荷时的COP值是相差不大的（在同样的冷却条件下），这就不必考虑不同负荷段的节能效果了。