连载二十五 | “源牌自控”为中国楼控梦想而来
2021-06-04
按需节能，高效节能
说到底，就节能而言，既然我们不能停下机械的运作，那么就有两个方向可以去为节能做考虑。一个是按需，一个是高效。
高效
珠江城的制冷系统一共起用了离心式冷水机组6台，乙二醇溶液冷却螺杆式热泵机组2台，水泵24台，开式冷却塔6台，闭式冷却塔2台， 电动阀若干。这些机组中，主动制冷的核心部分就是离心式冷水机组和乙二醇溶液冷却螺杆式热泵机组。 它们的名字对于普通人也许过于绕口，要解释清楚它们也需要大费篇章。实际上我们只需要知道，为了满足珠江城的需求，设计师们结合了不同原理的压缩机被动散热的部件——也就是冷却塔和推送水流的水泵。 这些不同的组件来自于全球各大知名厂商，是各自领域的先进产品，比如美国特灵的离心式冷水机组，比如德国威乐的冷冻水泵。前者是与开利、约克等齐名的暖通系统与硬件制造商，后者是全球领先、专注水泵技术研发与生产的百年公司。 源牌的任务，就是管理整合这些设备，发挥所有人的脑力编写出最适合珠江城的控制系统，去统领协调所有的设备，让它们变得智能起来，在未来的使用中不再不必要地耗损管理者的体力与精力。
为了能实现生产的高效，源牌为冷水机组编写了大温差串联冷水机组群控的控制策略。空调高温回水经第一台制冷机降温后，再经第二台制冷机降温，温度较低的冷水向新风系统提供低温冷水处理空调潜热和除湿，经新风机组升温后的高温冷水向室内末端干式风机盘管及冷辐射制冷系统供冷。 1 这样做的好处，首先是对机组本身而言，高温和低温机组能量均衡控制方式兼顾了高/低温机组的综合运行效率，大温差串联流程既能提高系统整体效能，对机组进行优化后，分组运行控制又能保证系统高效运行。 2 其次，实现了按能量品位合理配置冷源、能量的阶梯利用，大大提高了空调制冷系统的制冷效率，也节省了空调系统的空气输送能耗。 但是光解决高效还不足够，就算机房利用率能达到100%的完全理想状态，如果不能按照实际需求来工作，则造得越多，浪费越多。这就涉及另一个重要的维度——按需。
按需 珠江城的工程制冷系统总装机冷负荷为15964KW，如果机组能够完全按需运作，末端反馈来的需求是多少， 就生产多少，绝不多浪费一滴水，一度电，把不必要的转换尽可能降到最低。甚至不用如此理想化，对于这个体量的机组来说，哪怕只是削减1%的额外产出，都意味着节约下了大量的能源。 这个理论看上去很美，但实践起来却相当有难度。因为它牵扯到一个非常严肃的前提：如何精准测量末端的需要。 传统的空调系统，是把温度和湿度混合控制，并不区分彼此，这样造成的毛病就是忽视了温度与湿度各自不同的制冷要求。打个比方来说，夏季一般要求室内温度低于25℃，相对湿度应该在55%左右。为了达到前者的目的，其实只需要20℃的冷媒水就已足够，但后者却需要7℃左右的冷媒水。但现在是统一用7℃的水来控制温度与湿度。对于温控部分来说，这7℃的水，无疑是拿高射炮打蚊子，既没有体感的升级，又白白造成了诸多浪费，可谓得不偿失。
珠江城实景图 所以珠江城空调系统打破常规的重要一步，就是将温、湿度独立，分别进行控制。温度由冷辐射系统控制，而湿度则交给新风系统管理，这也是珠江城空调系统最大特色：“冷辐射＋需求化置换送风”的空调系统。 基于水冷媒辐射的供冷系统，其主要作用是降温。我们曾经介绍过，它的原理是利用水是具有良好热交换性的流体。制好满足温度要求的冷媒水在流经金属天花板中预埋的铜管时，以冷辐射的形式降低房间的温度。同时，在靠近建筑玻璃幕墙的地方，由于受阳光等室外条件影响，温度相对较高，因此安装干式风机盘管来进一步降低室内温度，形成人工洞穴效应。其实就是冷辐射加风机盘管来降温。 需求化置换送风，也就是新风系统，其作用主要是除湿。根据最佳体验的湿度区间，通过置换送风口提供满足室内需求的新鲜干燥空气，控制室内湿度，避免金属天花板结露，并以高品质空气质量满足室内空气需求。 但这两个控制系统的前提都需要精准的监测数据。前者的温度自不必说，而湿度则更值得一谈。因为这个系统是通过变风量末端装置—— 也就是我们常说的VAV BOX中的风阀开合度来调节的送风量。风阀开合度又是取决于此刻房间内湿度的准确参数。
VAV新风系统控制原理图 为此，源牌专门定制了两个不同的传感装置，负责监控温度的安装在天花板上，而监控湿度的则靠近地板。温控装置产品是有现成的，但是面向工业而设计的温控器体积特别大，且造价也颇为不菲。源牌在总部的工厂发挥了作用。朱好仁，这位工厂的技术总负责人，是源牌一众年轻工程师中的长者，在他的主持下，很快就研制出了适合楼控的温控器。这个温控器，体型比巴掌还小，可以方便地安装在每一个房间，即节约了成本， 又适应了民用体积小的要求，更极大地方便了入驻的住户。 “冷辐射＋需求化置换送风”的空调系统是末端降温除湿的手段， 而温湿度独立控制解决了环境数值监测的精准度问题。 而真正要做到末端需求的完全掌控，重点在冷热源机房依照精准数据，并按需制冷。 为此源牌设计了不同的运行逻辑来满足这些要求，最有代表性的就是过渡季节冷却塔供冷控制设计……
