直接蒸发冷却机组与综合监控系统联动控制

2022-09-11

1 直接蒸发冷却概述

蒸发冷却技术就是利用干空气能来获得空调所需的制冷量, 在不同类型的蒸发制冷装置中, 利用水和干空气的热湿交换获得低温的冷风或 (和) 冷水。按照热湿交换过程中水和空气是否直接接触, 蒸发冷却技术分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却两种方式。按照空调载冷介质的不同, 蒸发冷却空调设备可分为蒸发冷却空气处理机、间接蒸发冷水机和间接蒸发冷风冷水机三大类型。

直接蒸发冷却是使空气和水直接接触, 通过水的蒸发而使空气温度下降, 使用加湿后冷却的空气对房间进行空调或降温, 湿度增加。

1.1 直接蒸发冷却原理

直接蒸发冷却是使空气和水直接接触, 通过水的蒸发而使空气温度下降, 使用加湿后冷却的空气对房间进行空调或降温。

特点:对空气实现等焓加湿降温过程, 送风降温的极限温度为进风的湿球温度。

1.2 地铁应用技术关键点

由于地铁通风工程的特殊要求、机组体型较大、室内外参数及负荷计算、气流组织、人体热舒适性的不确定性因素较多, 提出如下技术关键点:

1、地铁高大机组填料内部的均匀布水 (热湿交换效率保证) ;

2、填料阻力优化及风机配合 (系统安全性和机组送风量可靠性保证) ;

3、填料防堵塞;

4、空气过滤及循环水质控制 (人体健康和安全保证) 。

1.2.1 地铁高大机组的均匀布水

直接蒸发制冷填料布水的均匀性直接影响制冷的效率, 而制冷效率又直接影响机组的送风状态参数;

常规直接蒸发冷却的上部喷淋重力布水, 对高大机组并不适用, 会造成填料下部大面积干斑区, 严重影响热湿交换效率;

1.2.2 填料阻力优化及风机配合

地铁送风机多选用专用轴流风机, 其特点是压头小, 流量大;填料本身阻力较高, 或在运行堵塞造成压力变化时, 会造成风机风量急剧降低, 电机电流上升, 严重时会造成电机损毁, 影响稳定运行。

由于常规填料波纹角度为水平方向交错45度, 阻力较大, 根据工程应用调整交错角度;阻力小, 减少干斑, 提高热湿交换效率, 保证系统稳定运行。

1.2.3 填料防堵塞

空气内含有许多的悬浮物, 空气通过填料时, 空气中的悬浮物就会附着到填料上, 附着在填料上的一部分悬浮物随着填料上的水流到了水箱内, 另一部分悬浮物粘附在填料上, 严重时造成填料堵塞, 影响填料的制冷效率, 并且由于循环水蒸发浓缩, 矿物质大量析出, 会使水箱内的循环水越来越脏, 影响空气的洁净度。

循环水体中不可避免的存在藻类、细菌等微生物, 在空气尘埃和矿物质在水体中大量存在时, 作为微生物的孳生繁殖的温床, 其对送风空气的二次污染不容忽视。

1.2.4 空气过滤及循环水质控制

通过在填料的进风面前设置雨区对空气进行过滤, 空气的悬浮物粘在水珠上落到水箱, 通过定时的排污排走, 不会粘在填料上影响填料的换热效率。

通过自清洗、防堵塞、自动排污、水汽分离等方案保证空气过滤、水质控制。

自清洗:将填料以优化的角度朝向进风面倾斜安装, 并分段设置喷淋布水, 使得在填料进风面形成雨区, 不仅可以提高蒸发制冷效率, 根据当地地区空气质量状况, 可对通过雨区的进风进行清洗, 并协同填料的湿式过滤效应, 将进入机组大部分悬浮颗粒物通过水流带到机组水箱中, 通过排污口排出机组;

防堵塞:通过将填料倾斜安装在填料进风面形成水流, 将粘在填料进风面的悬浮物冲到水箱中, 通过排污排出机组, 防止填料进风面悬浮物的堆积, 避免造成填料进风面堵塞, 切实保障机组的制冷效果和正常运行;

自动排污:在机组的水箱上安装自动或连续排污, 可以通过检测水箱中的水质情况, 通过自动的方式将水箱中的水进行置换, 使得喷淋循环水达到标准要求。

汽水分离:使用填料作为气水分离器, 不仅可以有效的挡住空气中的小水珠, 并且在可以形成二次汽化, 增加效率, 另外填料的阻力较小, 可以有效的降低机组的整体装机功率。

1.3 实验结论

针对兰州轨道交通所用的地铁高大直接蒸发冷却机组进行了填料效率及阻力的测试和填料均匀布水的测试, 得出如下结论:

填料效率及阻力的测试结论:

1、45°*45°的不锈钢填料的阻力明显的高于45°*25°的不锈钢的填料阻力, 大约为1.4倍。

2、当喷淋水全部开启时, 风速对填料的蒸发效率基本不会影响; (通常当风速在2.5-3.8m/s) 当迎面风速为1.67m/s时蒸发效率为98%, 因此当风速较小时, 蒸发效率也不会降低;

3、当机组喷淋关闭一排后, 填料的蒸发效率大概在90%左右, 但是这时填料的阻力相对于喷淋全开时的阻力下降10%, 说明淋水密度也会对填料的阻力有较明显的影响, 控制合适的淋水密度, 对降低填料的阻力也比较重要。

4、当温度达到40℃左右时, 对填料的蒸发效率基本没有影响;当湿球温度较高时对填料的蒸发效率也基本没有影响;

填料均匀布水的测试结论:

分别针对迎面风速在2.4-3m/s的布水情况进行了测试, 分别将填料的倾斜角度调制15°、10°、7°, 进行了填料布水情况的观察, 最终确定为当填料的倾斜角度为7°时, 填料的布水最为均匀。

2 综合监控系统概述

兰州轨道交通项目综合监控系统以环调、电调为核心的集成方式, 集成的系统包括:BAS、FAS、PSCADA、PSD、FG、AFC, 互联的系统包括:PA、CCTV、PIS、ATC、CLK等。

本文主要讨论直接蒸发冷却机组和环境与设备监控系统 (BAS) 之间的接口及控制策略。

2.1 综合监控控制模式

ISCS控制模式可分为:模式控制、程序控制、时间表控制和点动控制等。

模式控制:通过监控工作站的模式控制画面实现模式手动控制功能 (正常模式、灾害模式) 。接收FAS主机发送的火灾报警信息, 经优先级和冲突判断, 自动触发火灾模式的运行。接收ATS发送的列车阻塞信息, 通过优先级判断, 自动触发列出阻塞模式的运行。

程序控制:系统根据预先设置触发条件及控制指令, 自动实现对设备运行控制。

时间表控制:系统根据预先设置的时间及控制指令, 自动实现对设备在正常工况下的运行控制。

点动控制:人为干预进行单设备手动控制。

2.2 焓值控制的缺点

环境与设备监控系统根据反馈的温度与给定温度的差值经过控制算法调节冷量, 由于环境与设备监控系统调节冷量的控制算法均基于闭环控制思想, 但由于温度和二氧化碳数据的大滞后性, 导致控制效果和节能效果也存在大滞后性。

2.3 联动控制

联动按触发形式分为3类:

全自动:收到接口系统触发点的报警/状态, ISCS对其处理并给接口系统发送相关控制命令。

半自动:由来自一个或多个接口系统的触发点或时间驱动事件触发。人为发送一系列控制命令给半自动联动功能的接口系统。当触发点恢复到正常状态时, 相关联动将停止。

手动:与报警/状态没有关联, 人为发送一系列控制命令给手动选择联动功能的接口系统。

3 机组控制策略

兰州轨道交通直接蒸发制冷空气处理机组的控制运行分为两部分, 一部分为保证机组安全运行的自控;另一部分为综合监控系统控制。

3.1 保证机组安全运行的自控

机组安全水位, 为防止水箱水位控制阀出现故障, 在水箱上加装由高水位控制器, 当出现高水位时, 机组补水管上的电动阀门将会自动关闭, 并且机组报警上传BAS;当高水位信号解除后, 电动阀门将会自动打开, 进行正常补水;为保证水泵出现空转, 机组水箱上设置有低水位保护, 当水箱出现低水位时, 水泵将会自动停止, 并发出报警信号, 这时需运营人员到现场查看原因, 排出故障后, BAS需重新给水泵的开启信号, 水泵才会启动;

为了保证机组喷淋系统的正常运行, 在每支喷淋水管支路上设置, 压力传感器将会报警, 并将报警信号上传到BAS, 这时需要维护人有压力传感器, 当3支支路同时运行时, 检测到压力传感器的压力值超过80Kpa时对喷嘴进行清洗;

水质监测, 当水质硬度超出设定值时, 自行自动排水; (注意:该排水是当BAS发出机组停止指令后在进行排水) 。

3.2 综合监控系统控制

机组与综合监控系统接口由环境与设备监控系统来实现。

环境与设备监控系统通过直接蒸发冷却机组控制器采集信号, 并监控该系统的运行状态。根据功能可分为模式控制、手动控制。

模式控制:根据工况表开启直接蒸发冷却机组, 通过站厅/站台温湿度控制计算, 调节风机频率, 达到站台、站厅舒适温湿度。

手动控制:直接开启直接蒸发冷却机组 (检修) 或变频开启风机通过控制计算开启直接蒸发冷却机组 (正常运行) 。

3.3 综合监控联动控制方案

通过上文描述对直接蒸发冷却机组的模式控制属于闭环控制, 传感器大滞后性无法实际满足乘客需求。需提出联动控制解决方案。

通过时间、AFC实时客流、PSD开关状态、室外温度都应作为控制参考依据。

通过综合监控系统与AFC系统的接口可获知当前时段的进闸人数和出闸人数等信息, 可以轻易地了解目前客流的实际状态, 如是否存在客流激增和突然减少的情况, 根据这些信息及事先估算的不同类型的乘客在站台和站厅逗留的平均时间可计算出当前人员负荷。综合监控系统与PSD系统也存在接口, 可以用来收集站台门的信息。中心调度下发今天天气温度, 通过综合监控系统计算出干扰对负荷的影响, 可将计算结果发送给BAS系统, 参与冷量、湿量的调节, 通过控制风机工作频率、机组喷淋实现机组节能控制。