89 Trang 8 Thiết kế và điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho các tòa nhà cao tầng DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT VIẾT TẮTDIỄN GIẢI1 AHUThiết bị x
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHAN QUÝ THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC LẠNH CHILLER ỨNG DỤNG CHO CÁC TÒA NHÀ CAO TẦNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội – 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204815181000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - 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 tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS BÙI ĐĂNG THẢNH Hà Nội – 2018 Thiết kế điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho tịa nhà cao tầng LỜI CAM ĐOAN Tơi Phan Quý, học viên lớp Cao học 17ACLCĐLĐK, tác giả luận văn đề tài “thiết kế điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho tòa nhà cao tầng”, xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nghiên cứu luận văn hoàn tồn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác từ trước đến Nếu có tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 15 tháng 03 năm 2018 Học viên cao học Phan Quý Trang 1/91 Thiết kế điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho tòa nhà cao tầng LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc kính trọng tới thầy giáo hướng dẫn TS Bùi Đăng Thảnh, thầy có nhiều hướng dẫn, bảo tận tình góp ý đánh giá để đề tài nghiên cứu luận văn hoàn thành kế hoạch chất lượng Ngồi ra, tơi xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo Viện điện, Viện đào tạo sau đại học Trường Đại học Bách khoa Hà nội thầy cô giáo hướng dẫn giúp đỡ tơi q trình học tập nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo Công ty TNHH Niềm Tin, nơi tạo điều kiện thời gian giúp đỡ tơi để hồn thành khóa học cao học Cuối cùng, tơi cảm ơn gia đình, bạn bè giúp đỡ động lực để tơi hồn thành q trình học tập nghiên cứu Trang 2/91 Thiết kế điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho tòa nhà cao tầng MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRONG TÒA NHÀ VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ 14 1.1 TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG TRONG TÒA NHÀ 14 1.1.1 Suất tiêu thụ lượng tịa nhà trung bình năm 14 1.1.2 Tỷ lệ tiêu thụ lượng khu vực tòa nhà 15 1.1.3 Ý nghĩa số tiêu thụ lượng 16 1.2 HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA TRUNG TÂM 20 1.2.1 Hệ thống điều hòa trung tâm VRV 20 1.2.2 Hệ thống điều hòa trung tâm Chiller 20 1.2.3 Hệ thống điều hòa trung tâm sử dụng Chiller giải nhiệt nước 21 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC LẠNH CHILLER 22 2.1 MÁY SẢN XUẤT NƯỚC LẠNH CHILLER 22 2.1.1 Phân loại Chiller theo chủng loại máy nén 22 2.1.2 Phân loại theo phương pháp giải nhiệt 22 2.2 NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC LẠNH 25 Trang 3/91 Thiết kế điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho tòa nhà cao tầng 2.2.1 Hệ thống vòng tuần hoàn 25 2.2.2 Hệ thống hai vịng tuần hồn 27 2.2.3 Vòng tuần hoàn nước giải nhiệt Chiller 28 2.3 GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC LẠNH CHILLER 31 2.3.1 Điều khiển nhiệt độ nước lạnh cấp Chiller 32 2.3.2 Điều khiển bơm giải nhiệt tháp giải nhiệt 33 2.3.3 Điều khiển bơm sơ cấp 36 2.3.4 Điều khiển bơm thứ cấp 37 2.3.5 Bơm thừa công suất gây tổn thất gấp lần lượng 38 2.3.6 Điều khiển bật tắt Chiller 39 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ LƯU ĐỒ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC LẠNH CHILLER 42 3.1 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 42 3.2 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 42 3.2.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển BMS 42 3.2.2 Bộ điều khiển số DDC 43 3.2.3 Thiết kế kiến trúc hệ thống điều khiển tối ưu 44 3.3 THIẾT KẾ LƯU ĐỒ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC LẠNH CHILLER 46 3.3.1 Lưu đồ điều khiển khởi động Chiller 47 3.3.2 Lưu đồ điều khiển tắt Chiller 49 3.3.3 Lưu đồ điều khiển bảo vệ Chiller 51 3.3.4 Lưu đồ điều khiển cụm chiller để bật tắt tối ưu 53 3.3.5 Lưu đồ điều khiển nhiệt độ nước lạnh đặt 55 3.3.6 Lưu đồ điều khiển tháp giải nhiệt nhiệt độ nước giải nhiệt 57 3.3.7 Lưu đồ điều khiển bơm thứ cấp 59 3.3.8 Lưu đồ điều khiển chương trình 61 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CHO TỔ HỢP CROWNE PLAZA WEST HÀ NỘI 63 Trang 4/91 Thiết kế điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho tòa nhà cao tầng 4.1 PHƯƠNG PHÁP 63 4.1.1 Điều kiện tương đồng môi trường tải tiêu thụ 63 4.1.2 Đánh giá theo số kWh/Btu 63 4.1.3 Kế hoạch triển khai 64 4.2 KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CHILLER 65 4.2.1 Sơ lược cơng trình 65 4.2.2 Sơ đồ hệ thống Chiller nguyên lý hoạt động 65 4.2.3 Ứng dụng giải pháp điều khiển tối ưu 69 4.2.4 Thống kê số lượng trước sử dụng chương trình phần mềm 75 4.3 ỨNG DỤNG HỆ THỐNG BMS CỦA SIEMENS 78 4.3.1 Cấu trúc phần cứng hệ thống 78 4.3.2 Bộ điều khiển số PXC 78 4.4 KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG TRÌNH 80 4.4.1 Giao diện vận hành 80 4.4.2 Thông kê số liệu chạy thử 82 4.4.3 Kết ứng dụng hệ thống điều khiển 85 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 PHỤ LỤC 91 Trang 5/91 Thiết kế điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho tòa nhà cao tầng DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 VIẾT TẮT AHU AI/AO ALN AUT/MAN BACnetIP BMS, BAS CH CHW CHWR CHWRT CHWS CHWST COP CTOWER CW CWP CWR CWRT CWS CWST DDC DI/DO EUI FCU FLN HVAC IU/OU LCC LOAD MCC PAU/PAHU PCHWP PLC RT, TON SCHWP SOV TRIP VRV DIỄN GIẢI Thiết bị xử lý khơng khí Tín hiệu vào/ tương tự Mạng cấp điều khiển Chế độ vận hành tự động/ tay Chuẩn mạng truyền thông BACnetIP Hệ thống quản lý tòa nhà Máy làm lạnh Chiller Nước lạnh Chiller Nước laạnh Chiller hồi Nhiệt độ nước lạnh hồi Nước lanh Chiller cấp Nhiệt độ nước lạnh cấp Hệ số hiệu suất lượng Tháp giải nhiệt Nước giải nhiệt Chiller Bơm giải nhiệt Nước giải nhiệt hồi từ Chiller Nhiệt độ nước giải nhiệt hồi Nước giải nhiệt cấp cho Chiller Nhiệt độ nước giải nhiệt cấp Bộ điều khiển kỹ thuật số Tín hiệu vào/ số Suất sử dụng lượng trung bình năm Tổ dàn lạnh quạt Mạng cấp trường Hệ thống điều hịa thơng gió Khối điều hịa trong/ ngồi nhà Tổng chi phí vịng đời thiết bị Tải lạnh hệ thống Chiller Tủ điều khiển động Thiết bị tiền xử lý/ xử lý khơng khí Bơm sơ cấp Bộ điều khiển logic khả trình Tấn lạnh, tương đương 12,000 Btu Bơm thứ cấp Van Solenoid Tín hiệu lỗi tải dòng khác Điều hòa trung tâm biến đổi lưu lượng môi chất lạnh Trang 6/91 Thiết kế điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho tòa nhà cao tầng DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1: Chỉ số tiêu thụ lượng hệ thống Chiller giải nhiệt nước 19 Bảng 2: Chỉ số tiêu thụ lượng hệ thống Chiller giải nhiệt gió 19 Bảng 3: Thông số thiết kế máy nhà sản xuất 70 Bảng 4: Chỉ số suất tiêu thụ điện kW/RT theo tải máy Chiller 70 Bảng 5: Tổng lượng điện tiêu thụ hệ thống theo tải 73 Bảng 6: Ngưỡng chuyển đổi số lượng Chiller theo tải lạnh hệ thống 73 Bảng 8: Thống kê số lượng lạnh Btu, nhiệt độ trung bình số tiêu thụ lượng kWh/Btu 77 Bảng 9: Thống kê số đồng hồ điện sau sử dụng chương trình phần mềm 83 Bảng 10: Thống kê số lượng lạnh Btu, nhiệt độ trung bình số tiêu thụ lượng kWh/Btu 84 Bảng 11: Bảng so sánh tổng hợp 10 x kWh/Btu 86 Trang 7/91 Thiết kế điều khiển tối ưu hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller ứng dụng cho tòa nhà cao tầng DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1: Biểu đồ suất tiêu thụ lượng EUI trung bình theo năm 15 Hình 2: Biểu đồ tỷ lệ sử dụng lượng khu vực tịa nhà 16 Hình 3: Sơ đồ hệ thống sản xuất nước lạnh Chiller giải nhiệt nước 21 Hình 4: Chiller giải nhiệt nước máy nén ly tâm 23 Hình 5: Chiller giải nhiệt nước máy nén trục vít 24 Hình 6: Chiller giải nhiệt gió máy nén trục vít 24 Hình 7: Hệ thống vịng tuần hồn có ống gom bơm sơ cấp 26 Hình 8: Hệ thống vịng tuần hồn riêng biệt bơm sơ cấp 26 Hình 9: Hệ thống hai vịng tuần hồn có ống gom bơm sơ cấp 28 Hình 10: Hệ thống hai vịng tuần hồn riêng biệt bơm sơ cấp 28 Hình 11: Hệ thống tuần hồn giải nhiệt chung ống gom bơm giải nhiệt 30 Hình 12: Hệ thống tuần hoàn giải nhiệt bơm giải nhiệt riêng biệt 31 Hình 13: Biến đổi nhiệt độ phịng khơng bám theo nhiệt độ đặt FCU 38 Hình 14: Biến đổi nhiệt độ phịng đáp ứng theo nhiệt độ đặt FCU 38 Hình 15: Đường đặc tính tiêu thụ lượng Chiller theo tải 41 Hình 16: Cấu trúc hệ thống điều khiển BMS 45 Hình 17: Lưu đồ điều khiển khởi động Chiller 48 Hình 18: Lưu đồ điều khiển tắt Chiller 50 Hình 19: Lưu đồ điều khiển bảo vệ Chiller 52 Hình 20: Lưu đồ điều khiển bật tắt cụm Chiller 54 Hình 21: Lưu đồ điều khiển nước lạnh đặt 56 Hình 22: Lưu đồ điều khiển tháp giải nhiệt nhiệt độ nước giải nhiệt 58 Hình 23: Lưu đồ điều khiển bơm thứ cấp 60 Hình 24: Lưu đồ điều khiển chương trình 62 Hình 25: Vịng tuần hồn nước lạnh Crowne Plaza 67 Hình 26: Vịng tuần hồn nước giải nhiệt Crowne Plaza 68 Trang 8/91