- PHAN QUÝ THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC LẠNH CHILLER ỨNG DỤNG CHO CÁC TÒA NHÀ CAO TẦNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. - Hà Nội, ngày 15 tháng 03 năm 2018 Học viên cao học Phan Quý Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 2/91 LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng tới thầy giáo hướng dẫn TS. - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 3/91 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. - HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA TRUNG TÂM. - Hệ thống điều hòa trung tâm VRV. - Hệ thống điều hòa trung tâm Chiller. - Hệ thống điều hòa trung tâm sử dụng Chiller giải nhiệt nước. - 21 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC LẠNH CHILLER. - NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC LẠNH. - 25 Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 4/91 2.2.1. - Hệ thống một vòng tuần hoàn. - Hệ thống hai vòng tuần hoàn. - GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC LẠNH CHILLER. - Điều khiển nhiệt độ nước lạnh cấp của Chiller. - Điều khiển bơm sơ cấp. - Điều khiển bơm thứ cấp. - Điều khiển bật tắt Chiller. - 39 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ LƯU ĐỒ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC LẠNH CHILLER. - KIẾN TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN. - Giới thiệu hệ thống điều khiển BMS. - Bộ điều khiển số DDC. - Thiết kế kiến trúc hệ thống điều khiển tối ưu. - THIẾT KẾ LƯU ĐỒ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC LẠNH CHILLER. - Lưu đồ điều khiển nhiệt độ nước lạnh đặt. - Lưu đồ điều khiển chương trình chính. - 63 Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 5/91 4.1. - KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CHILLER. - Sơ đồ hệ thống Chiller và nguyên lý hoạt động. - Ứng dụng giải pháp điều khiển tối ưu. - ỨNG DỤNG HỆ THỐNG BMS CỦA SIEMENS. - Cấu trúc phần cứng hệ thống. - Bộ điều khiển số PXC. - Kết quả ứng dụng hệ thống điều khiển. - 19 Bảng 2: Chỉ số tiêu thụ năng lượng hệ thống Chiller giải nhiệt gió. - 70 Bảng 5: Tổng năng lượng điện tiêu thụ của hệ thống theo tải. - 86 Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 8/91 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1: Biểu đồ suất tiêu thụ năng lượng EUI trung bình theo năm. - 16 Hình 3: Sơ đồ hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller giải nhiệt nước. - 41 Hình 16: Cấu trúc hệ thống điều khiển BMS. - 68 Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 9/91 Hình 27: Biểu đồ chỉ số suất tiêu thụ năng lượng điện kW/RT theo tải. - 79 Hình 32: Giao diện vận hành hệ thống Chiller. - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 11/91 Tại Việt Nam hiện nay theo quy định tại Thông tư số 09/2012/TT-BCT của Bộ Công thương, Quy định về việc “lập kế hoạch, báo cáo thực hiện kế hoạch sử dụng năng lượng hiệu quả và tiết kiệm. - Bùi Đăng Thảnh, học viên đã lựa chọn đề tài nghiên cứu tốt nghiệp của mình là: “Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng”. - Đây cũng là hệ số phổ biến dùng để đánh giá hiệu quả hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller hiện nay của các tòa nhà trên thế giới và các hãng sản xuất hệ thống thường sử dụng. - Chỉ số hiệu quả sử dụng năng lượng của Hệ thống sản xuất nước lạnh được đánh giá bằng chỉ số kWh/Btu (hoặc tương đương quy đổi là kW/RT, kW/kW trong một số tài liệu nghiên cứu), hoặc được hiểu là năng lượng kWh điện tiêu thụ của hệ thống để sản xuất ra được 1 Btu lạnh (hoặc công suất kW điện để sản xuất ra 1 đơn vị công suất nhiệt lạnh RT). - Hệ thống điều hòa trung tâm Chiller Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 21/91 Hệ thống điều hòa chiller gồm một hay nhiều máy trung tâm kết hợp thành một hệ thống tổng thể phân phối lạnh cho toàn bộ khu vực trong nhà xưởng, tòa nhà. - Hình 3: Sơ đồ hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller giải nhiệt nước Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 22/91 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC LẠNH CHILLER 2.1. - Phân loại theo phương pháp giải nhiệt Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 23/91 Các tòa nhà cao tầng hiện nay có sử dụng hệ thống điều hòa trung tâm công suất lớn chủ yếu sử dụng điều hòa trung tâm Chiller, được chia thành loại gồm Chiller giải nhiệt gió và Chiller giải nhiệt nước như đã đề cập ở phần trước. - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 26/91 Hình 7: Hệ thống một vòng tuần hoàn có ống gom bơm sơ cấp P Hình 8: Hệ thống một vòng tuần hoàn riêng biệt bơm sơ cấp Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang . - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 28/91 Hình 9: Hệ thống hai vòng tuần hoàn có ống gom bơm sơ cấp Hình 10: Hệ thống hai vòng tuần hoàn riêng biệt bơm sơ cấp 2.2.3. - Vòng tuần hoàn nước giải nhiệt Chiller Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 29/91 Thành phần khu vực giải nhiệt Chiller bao gồm bơm giải nhiệt và tháp giải nhiệt, vòng tuần hoàn này độc lập với vòng tuần hoàn nước lạnh đã đề cập ở phần trên, về mặt điều khiển sẽ như sau. - Hệ thống tuần hoàn giải nhiệt bơm giải nhiệt riêng biệt, trong Hình 12. - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 30/91 Hình 11: Hệ thống tuần hoàn giải nhiệt chung ống gom bơm giải nhiệt Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 31/91 Hình 12: Hệ thống tuần hoàn giải nhiệt bơm giải nhiệt riêng biệt 2.3. - Một hệ thống sẽ vận hành tối ưu về tổng chỉ nếu khi. - Giải pháp phần mềm điều khiển tối ưu trong đề tài nghiên cứu này là sử dụng chung cho các cấu trúc hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller đã được đề cập và phân loại riêng, tuy nhiên với mỗi cấu trúc thì phương pháp điều khiển sẽ thay đổi cụ thể. - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 33/91 Độ nâng của máy nén Chiller phụ thuộc vào công nghệ, chủng loại và cấu tạo thiết kế của máy Chiller. - Hệ thống điều khiển tối ưu cần điều khiển công suất bơm thứ cấp đủ công suất để cấp nước lạnh cho các phụ tải xa nhất (yếu nhất) [10,13], điều đó có nghĩa là mọi phụ tải của hệ thống sản xuất nước lạnh AHU/FCU đáp ứng được các điểm đặt trong khoảng từ 18˚C trở lên (quy định chung với các tòa nhà văn phòng, khách sạn). - Bơm thừa công suất gây tổn thất gấp 2 lần về năng lượng Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 39/91 Trong các phần phân tích giải pháp điều khiển vận hành tự động trên đã đề cập việc điều khiển các bơm để giảm tối đa công suất bơm dư thừa trong hệ thống. - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 40/91 PPlant = n x PChiller (6) Trong đó: PPlant là tổng công suất điện đầu vào tiêu thụ của toàn bộ hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller. - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 42/91 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ LƯU ĐỒ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC LẠNH CHILLER 3.1. - Hiện có nhiều bộ điều khiển kỹ thuật số của các nhà sản xuất khác nhau như của Siemens, Honeywell, Johnson Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 44/91 Control, Schneider, Emerson...Các nhà phát triển sử dụng các ngôn ngữ lập trình điều khiển khác nhau nhưng chủ yếu là dạng lập trình câu lệnh (structural text) và lập trình kết hợp theo khối chức năng (function block) như PPCL (Powers process control language), DeltaNet pascal, JC-Basic. - Tuy nhiên với ứng dụng cho tòa nhà cao tầng đô thị, sử dụng bộ điều khiển kỹ thuật số DDC và hệ thống BMS như đã giới thiệu ở trên để triển khai giải pháp điều khiển cho hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller. - Các module này đảm bảo tại mọi thời điểm bất cứ một cụm thiết bị Chiller nào khởi động lên là Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 47/91 tự điều chỉnh các tham số tối ưu tiết kiệm năng lượng mà vẫn đáp ứng được yêu cầu về điều khiển. - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 48/91 Hình 17: Lưu đồ điều khiển khởi động một Chiller Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang . - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 50/91 Hình 18: Lưu đồ điều khiển tắt một Chiller Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang . - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 54/91 Chương trình chạy HT. - Có thời gian bật lâu nhất (first in first out).Khoảng cách lần bật/tắt gần nhất ≥ T2Khoảng cách lần bật/tắt gần nhất ≥ T2Bật Chiller tìm thấy Tắt Chiller tìm thấyChương trình cụm Chiller ở ManualCH.Mode = MANYNYYYYYN NN NN NYNYYN N Hình 20: Lưu đồ điều khiển bật tắt cụm Chiller Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang . - Chiller được cài đặt (enable) cho phép cài đặt nhiệt độ nước lạnh cấp từ xa Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 56/91 Hình 21: Lưu đồ điều khiển nước lạnh đặt Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang . - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 58/91 Chương trình chạy HT. - Có thời gian bật lâu nhất (first in first out).Khoảng cách lần bật/tắt gần nhất ≥ T2Khoảng cách lần bật/tắt gần nhất ≥ T2Bật CTower tìm thấy Tắt CTower tìm thấyChương trình cụm CTower ở ManualCT.Mode = MANYNYYYYYN NN NN NYNYYN N Hình 22: Lưu đồ điều khiển tháp giải nhiệt và nhiệt độ nước giải nhiệt Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang . - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 60/91 Hình 23: Lưu đồ điều khiển bơm thứ cấp Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang . - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 62/91 Hình 24: Lưu đồ điều khiển chương trình chính Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 63/91 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CHO TỔ HỢP CROWNE PLAZA WEST HÀ NỘI 4.1. - Thông qua các đồng hồ này, có thể thống kê và tính toán được điện năng tiêu thụ của các đối tượng trong hệ thống sản xuất nước lạnh. - Giai đoạn 3: Triển khai cài đặt, cấu hình phần mềm điều khiển tối ưu, căn chỉnh hệ thống để hệ thống hoạt động tối ưu. - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 65/91 4.2. - KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CHILLER 4.2.1. - Việc chia làm 2 vòng nước lạnh sẽ góp Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 66/91 phần tối ưu hiệu quả sử dụng cho 3 khối nhà có độ cao và công năng khác nhau. - Các thiết bị của Hệ thống bao gồm. - Chỉ số tiêu thụ năng lượng kW/tonTỷ lệ % tải sử dụng của ChillerTrane CVHG0780 Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 72/91 Đây là hàm mục tiêu tối ưu, học viên cần tìm giá trị n để công suất hệ thống máy Chiller là nhỏ nhất, với các yêu cầu ràng buộc: a) Số lượng Chiller bật (n) tối thiểu từ 1 máy đến tối đa 4 máy. - 400% 4 Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 74/91 Hình 28: Biểu đồ chỉ số kW/RT hệ thống Chiller theo tải lạnh sử dụng Chỉ số tiêu thụ năng lượng kW/RTTổng tải lạnh hệ thống Chiller. - ỨNG DỤNG HỆ THỐNG BMS CỦA SIEMENS 4.3.1. - Cấu trúc hệ thống sử dụng để tối ưu sử dụng cho công trình như Hình 29. - Bộ điều khiển số PXC Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 79/91 Bộ điều khiển của Siemens sử dụng bao gồm bộ điều khiển tích hợp MEC, trong Hình 30, chuyên để tích hợp mức cao và hỗ trợ sẵn giao thức (chỉ cần lựa chọn trong Option phần mềm) để có thể kết nối với máy Chiller bằng giao thức LonWorks. - Hình 31: Bộ điều khiển PXC36.EA của Siemens Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 80/91 Các bộ điều khiển trên hỗ trợ mạng cấp điều khiển BLN (Building level network) theo chuẩn công nghiệp 10Base-T/100Base/TX. - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 89/91 TÀI LIỆU THAM KHẢO A. - Mô tả đặc tính kỹ thuật và catalogue của Nhà sản xuất Hệ thống điều khiển tòa nhà Apogee Insight - Siemens Building Technology, Siemens. - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 90/91 11. - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 1 PHỤ LỤC 1. - OFF)) THEN GOTO 170 00140 C Chiller or Pump is tripped, then force to stop even though 00150 GOTO 320 00160 C Both Chiller & Pump is not tripped 00170 ON("PCHWP2.B2C.CM","%CDWP%.CM") 00180 C Verify pump is running and flow switch on, if not yet then check at next program pass Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 2 00190 IF ("%PCHWP%.ST" .AND. - OFF) THEN GOTO 300 00120 C Whatever Chiller is now on or off, repeatedly turn pump on if Chiller & Pump NOT trip Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 3 00130 IF (("%PCHWP%.TR" .EQ. - 0.1 00450 SECND3 = 0 Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 4 00460 GOTO CH3%.RUNTIME. - 2)) THEN ON($TEMP) ELSE OFF($TEMP) 00340 WAIT ("CH_STAGE_HYS",$TEMP,$TEMPH,11) 00350 WAIT (0,$TEMP,$TEMPH,00) 00360 C 00400 C After the time delay is expired, turn on High and Low signal Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 5 00410 IF (SECND1 .GT. - 12)) THEN GOTO 490 00480 SET(@SMOKE,$LOC6,"CHILLER4:SP_Coolin","CHILLER3:SP_Coolin","CHILLER2:SP_Coolin","CHILLER1:SP_Coolin") 00490 C 00500 C End of program Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 6 8. - 00334 C Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 7 00340 IF ("%PTR%" .NE. - ON)) THEN GOTO 454 Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 8 00452 ON ("%F15%.CM","%RST. - Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 9 00743 OFF ("%F4%.CM","%STD. - 00854 C Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 10 00860 IF ($LOC1 .NE. - STAGEDOWN Virtual points always at @NONE Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 11 00210 C 00220 C If no condenser pump then stop all CT Fan & open all Isolation Valve 00230 IF ("CDWP_COUNT" .EQ. - (10+nRESET1) Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 12 00350 $LOC2 = ("%P2%"*"CHWSTEMP. - 00550 C 00560 C Finishing turn on Chiller 2 00570 C Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 14 00600 If ("%PTR%" .NE. - @NONE) THEN GOTO 1460 Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng Trang 15 01430 OFF ("%CH4%.COMMAND") 01440 OFF ("%STD
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt