實例集中高溫蒸汽流量計改造及策略控制分析
摘要：通過實例集中高溫蒸汽流量計改造及策略控制分析，闡述根據實際情況改造舊的已不適應現實需求的集中高溫蒸汽流量計，*大限度地提高學習工作環境及參觀環境舒適度，也為需要改造舊的集中高溫蒸汽流量計的單位或新的集中高溫蒸汽流量計設計提供借鑒和參考。重慶中國三峽博物館于 2005 年 6 月 18 日建成開館，是公益性文化事業單位，其主要職能是收藏和保護文物、開展社會宣傳教育、進行社會科學研究，是一座集巴渝文化、三峽文化、抗戰文化、移民文化和城市文化等為特色的歷史藝術類綜合性博物館。由于多方面的原因，重慶中國三峽博物館的集中高溫蒸汽流量計愈來愈不適應公眾對參觀環境舒適度的需求，改造集中高溫蒸汽流量計以提升公眾參觀環境舒適度變得愈發迫切。由此，在館領導的支持和上級主管部門的關懷下，集中高溫蒸汽流量計改造項目于 2016 年 12 月立項，2018 年 12 月改造完成，目前經采暖季和制冷季試運行，系統運行穩定可靠，高溫蒸汽流量計效果大大改善。本文對本次改造過程進行分析和經驗總結，以資專家朋友們分享及批評指正。
1 集中高溫蒸汽流量計存在問題及分析
1.1 集中高溫蒸汽流量計整體問題分析
重慶中國三峽博物館大空間的建筑特點及人員密集等因素，使對中央高溫蒸汽流量計的需求相較于普通公共建筑的要求更高，在38℃以上高溫、高濕的惡劣天氣，目前的高溫蒸汽流量計選型不能完全滿足較高的高溫蒸汽流量計要求。同時，限于當初建設條件，選擇了無風機冷卻塔，在重慶高溫、高濕的氣象條件下，冷卻塔效果一直較差，既限制了主機的制冷能力，也增加了高溫蒸汽流量計能耗；原冷凍、冷卻水系統都是并聯方式，小負荷時也得開啟三臺冷溫水泵和兩臺冷卻水泵，能源浪費嚴重。
1.2 集中高溫蒸汽流量計展區中庭問題分析
展區中庭高溫蒸汽流量計采用低速單風道全空氣系統，高溫蒸汽流量計機組K-1、K-2 設于地下一層，服務 1~4 層中庭，氣流組織為上送上回。中庭高溫蒸汽流量計夏季運行時存在中庭偏熱現象。一層中庭高溫蒸汽流量計面積為 1550m 2 ，二 ~ 四層中庭單層高溫蒸汽流量計面積約1300m 2 ，中庭總高溫蒸汽流量計面積 5450m 2 。原設計中庭高溫蒸汽流量計末端采用 2 臺 39CBF2226 型組合式高溫蒸汽流量計機組，單臺高溫蒸汽流量計機組制冷量380kW，風量 50000 m 3 /h，中庭總冷量 760kW，單位面積制冷量 760/5450=139.4W/m 2 。由于中庭屋頂、東西側均有大量玻璃幕墻，實際高溫蒸汽流量計負荷遠比原設計大。中庭高溫蒸汽流量計冷負荷主要由人員、新風、照明及圍護結構高溫蒸汽流量計負荷構成，經計算，單位面積高溫蒸汽流量計負荷為 289W/m 2 ，是原設計值的 2 倍多。
2 高溫蒸汽流量計負荷分布情況
2.1 高溫蒸汽流量計負荷分區域情況
辦公區區域，末端為風機盤管；展區展廳區域，末端為九臺組合風柜；展區中庭區域，末端為兩臺臺組合風柜；展區生態廊區域，末端為兩臺臺組合風柜。
2.2 高溫蒸汽流量計負荷分時段情況
辦公區區域高溫蒸汽流量計負荷時段為每周一到周五上午九點到下午五點；展區展廳區域高溫蒸汽流量計負荷時段為每周二到周日上午九點到下午五點，周一閉館；展區中庭區域高溫蒸汽流量計負荷時段為每周二到周日上午九點到下午五點，周一閉館；展區生態廊區域高溫蒸汽流量計負荷時段為每周二到周日上午九點到下午五點，周一閉館。
3 初步策略控制設想
周一閉館，辦公區正常上班，只開部分高溫蒸汽流量計負荷滿足辦公需求；周二到周五辦公區正常上班，展區正常開放，高溫蒸汽流量計負荷需同時滿足辦公和展區開放需求；周六和周日，展區正常開放，辦公區工作人員休息，高溫蒸汽流量計負荷只需滿足展區開放需求或辦公區只需少量的高溫蒸汽流量計負荷；辦公區夜間加班或展區中庭搞活動時，也能靈活調度部分高溫蒸汽流量計負荷滿足需求。
4 集中高溫蒸汽流量計改造
針對上述問題及使用需求，作如下改造：增加一臺 120 萬大卡磁懸浮主機，補充大負荷時制冷量不能滿足要求的問題；中庭增加 66 臺 EKCW300-1400KT 卡式盤管機，改善展區中庭冷量不足的問題；對全館大面積玻璃窗和玻璃幕墻刷膜隔熱，減少夏季陽光的熱輻射；冷卻塔更換為 8 臺共 1800 冷噸某品* YHA-225E 靜音不銹鋼恒流冷卻塔；水泵改為與主機一一對應模式，冷凍水泵由軟啟動控制，冷卻水泵實行變頻控制，并增加 8 個電動閥和 4 個電動調節閥便于負荷調度，小負荷時只需開啟對應的主機和水泵，既節約了能源，也能使能源分配更合理、負荷調度更靈活方便；增加一套 PLC 控制系統，實現對 8 臺冷卻塔風機、8 臺冷卻塔電動閥、4 臺主機、4 臺冷凍泵、4 臺冷卻泵聯動控制，并實現一鍵開機，通過主機房內新增加的 4 個電動調節閥、8 個電動閥的控制，實現重慶中國三峽博物館高溫蒸汽流量計負荷分區域分時段調度。
5 集中高溫蒸汽流量計策略控制具體實現
策略控制的具體實現由主機房內新增加的4個電動調節閥、8 個電動閥的開關狀態來控制，由一臺上位機組態王軟件組態控制策略具體實現并監控集中高溫蒸汽流量計主要設備運行狀況，每一種策略控制方式都可一鍵實現，閥門開關到位后應與每一種策略控制方式閥門狀態完全一一對應。
5.1 制冷時控制策略
5.1.1 只開直燃機
此方式為小負荷時或磁懸浮故障時應用，可供辦公區、展廳、展區中庭、展區生態廊高溫蒸汽流量計冷負荷，開啟 1#、2#、4#、5# 電動閥、關閉 3#、6#、7#、8# 電動閥，關閉11#、12# 電動調節閥，開啟 9#、10# 電動調節閥，并可根據辦公區和展區中庭負荷需要情況調節 9#、10# 電動調節閥的開度，如：周一時，辦公區正常上班，展區閉館，辦公區可供大負荷，9# 電動調節閥的開度開到 80% 以上，展區中庭送部分負荷，10# 電動調節閥的開度開到 20% 左右即可；周二到周五，辦公區和展區中庭同時需要大負荷，9#、10# 電動調節閥的開度都開到 80% 以上；周六到周日，辦公區休息只需部分負荷，9# 電動調節閥的開度開到 20% 左右即可，展區正常開館，10# 電動調節閥的開度開到 80% 以上。
5.1.2 只開磁懸浮
此方式為周一閉館，展廳只需部分負荷時應用，或在特殊情況下，辦公區工作時間外加班需要部分負荷，展區中庭夜間搞活動只需部分負荷時應用。閥門狀態為：2#、3#、6#、7#、8# 電動閥開到位，1#、4#、5# 電動閥關到位，9#、10#、11#、12# 電動調節閥開啟，可根據負荷的大小或需要情況調節開度。
5.1.3 同時開直燃機和磁懸浮
此方式為夏季*大負荷時應用，其中又可分為 4# 磁懸浮只供辦公區和同時供辦公區與展區中庭兩種方式。4# 磁懸浮只供辦公區，1#、2#、3# 直燃機供展區展廳、展區生態廊和展區中庭時，閥門開啟狀態為：1#、3#、5#、7#、8# 電動閥開到位，2#、4#、6# 電動閥關到位，9#、10#、11#、12# 電動調節閥全開；4# 磁懸浮同時供辦公區和展區中庭，1#、2#、3# 直燃機供展區展廳、展區中庭、展區生態廊時，閥門開啟狀態為：2#、3#、6#、7#、8# 電動閥開到位，1#、4#、5# 電動閥關到位，9#、10#、11#、12# 電動調節閥全開，9#、10# 電動調節閥可根據辦公區和展廳中庭的實際需要調節開度。
5.2 制熱時控制策略
制熱時只能開 1#、2#、3# 直燃機，閥門開啟狀態為：1#、2#、4#、5# 電動閥開到位，3#、6#、7#、8# 電動閥關到位，11#、12# 電動調節閥全關，9#、10# 電動調節閥開啟，9#、10# 電動調節閥的開度由辦公區和展區中庭實際負荷需要來調節，具體控制策略與制冷時只開直燃機方式類似。
6 結語
本次改造大大改善了重慶中國三峽博物館的參觀環境舒適度，高溫蒸汽流量計負荷調度、分配更方便、合理、靈活，能滿足不同區域、不同時段的實際需求，運行操作、監控更簡單方便。本次改造已完成，試運行狀況良好。
1 集中高溫蒸汽流量計存在問題及分析
1.1 集中高溫蒸汽流量計整體問題分析
重慶中國三峽博物館大空間的建筑特點及人員密集等因素，使對中央高溫蒸汽流量計的需求相較于普通公共建筑的要求更高，在38℃以上高溫、高濕的惡劣天氣，目前的高溫蒸汽流量計選型不能完全滿足較高的高溫蒸汽流量計要求。同時，限于當初建設條件，選擇了無風機冷卻塔，在重慶高溫、高濕的氣象條件下，冷卻塔效果一直較差，既限制了主機的制冷能力，也增加了高溫蒸汽流量計能耗；原冷凍、冷卻水系統都是并聯方式，小負荷時也得開啟三臺冷溫水泵和兩臺冷卻水泵，能源浪費嚴重。
1.2 集中高溫蒸汽流量計展區中庭問題分析
展區中庭高溫蒸汽流量計采用低速單風道全空氣系統，高溫蒸汽流量計機組K-1、K-2 設于地下一層，服務 1~4 層中庭，氣流組織為上送上回。中庭高溫蒸汽流量計夏季運行時存在中庭偏熱現象。一層中庭高溫蒸汽流量計面積為 1550m 2 ，二 ~ 四層中庭單層高溫蒸汽流量計面積約1300m 2 ，中庭總高溫蒸汽流量計面積 5450m 2 。原設計中庭高溫蒸汽流量計末端采用 2 臺 39CBF2226 型組合式高溫蒸汽流量計機組，單臺高溫蒸汽流量計機組制冷量380kW，風量 50000 m 3 /h，中庭總冷量 760kW，單位面積制冷量 760/5450=139.4W/m 2 。由于中庭屋頂、東西側均有大量玻璃幕墻，實際高溫蒸汽流量計負荷遠比原設計大。中庭高溫蒸汽流量計冷負荷主要由人員、新風、照明及圍護結構高溫蒸汽流量計負荷構成，經計算，單位面積高溫蒸汽流量計負荷為 289W/m 2 ，是原設計值的 2 倍多。
2 高溫蒸汽流量計負荷分布情況
2.1 高溫蒸汽流量計負荷分區域情況
辦公區區域，末端為風機盤管；展區展廳區域，末端為九臺組合風柜；展區中庭區域，末端為兩臺臺組合風柜；展區生態廊區域，末端為兩臺臺組合風柜。
2.2 高溫蒸汽流量計負荷分時段情況
辦公區區域高溫蒸汽流量計負荷時段為每周一到周五上午九點到下午五點；展區展廳區域高溫蒸汽流量計負荷時段為每周二到周日上午九點到下午五點，周一閉館；展區中庭區域高溫蒸汽流量計負荷時段為每周二到周日上午九點到下午五點，周一閉館；展區生態廊區域高溫蒸汽流量計負荷時段為每周二到周日上午九點到下午五點，周一閉館。
3 初步策略控制設想
周一閉館，辦公區正常上班，只開部分高溫蒸汽流量計負荷滿足辦公需求；周二到周五辦公區正常上班，展區正常開放，高溫蒸汽流量計負荷需同時滿足辦公和展區開放需求；周六和周日，展區正常開放，辦公區工作人員休息，高溫蒸汽流量計負荷只需滿足展區開放需求或辦公區只需少量的高溫蒸汽流量計負荷；辦公區夜間加班或展區中庭搞活動時，也能靈活調度部分高溫蒸汽流量計負荷滿足需求。
4 集中高溫蒸汽流量計改造
針對上述問題及使用需求，作如下改造：增加一臺 120 萬大卡磁懸浮主機，補充大負荷時制冷量不能滿足要求的問題；中庭增加 66 臺 EKCW300-1400KT 卡式盤管機，改善展區中庭冷量不足的問題；對全館大面積玻璃窗和玻璃幕墻刷膜隔熱，減少夏季陽光的熱輻射；冷卻塔更換為 8 臺共 1800 冷噸某品* YHA-225E 靜音不銹鋼恒流冷卻塔；水泵改為與主機一一對應模式，冷凍水泵由軟啟動控制，冷卻水泵實行變頻控制，并增加 8 個電動閥和 4 個電動調節閥便于負荷調度，小負荷時只需開啟對應的主機和水泵，既節約了能源，也能使能源分配更合理、負荷調度更靈活方便；增加一套 PLC 控制系統，實現對 8 臺冷卻塔風機、8 臺冷卻塔電動閥、4 臺主機、4 臺冷凍泵、4 臺冷卻泵聯動控制，并實現一鍵開機，通過主機房內新增加的 4 個電動調節閥、8 個電動閥的控制，實現重慶中國三峽博物館高溫蒸汽流量計負荷分區域分時段調度。
5 集中高溫蒸汽流量計策略控制具體實現
策略控制的具體實現由主機房內新增加的4個電動調節閥、8 個電動閥的開關狀態來控制，由一臺上位機組態王軟件組態控制策略具體實現并監控集中高溫蒸汽流量計主要設備運行狀況，每一種策略控制方式都可一鍵實現，閥門開關到位后應與每一種策略控制方式閥門狀態完全一一對應。
5.1 制冷時控制策略
5.1.1 只開直燃機
此方式為小負荷時或磁懸浮故障時應用，可供辦公區、展廳、展區中庭、展區生態廊高溫蒸汽流量計冷負荷，開啟 1#、2#、4#、5# 電動閥、關閉 3#、6#、7#、8# 電動閥，關閉11#、12# 電動調節閥，開啟 9#、10# 電動調節閥，并可根據辦公區和展區中庭負荷需要情況調節 9#、10# 電動調節閥的開度，如：周一時，辦公區正常上班，展區閉館，辦公區可供大負荷，9# 電動調節閥的開度開到 80% 以上，展區中庭送部分負荷，10# 電動調節閥的開度開到 20% 左右即可；周二到周五，辦公區和展區中庭同時需要大負荷，9#、10# 電動調節閥的開度都開到 80% 以上；周六到周日，辦公區休息只需部分負荷，9# 電動調節閥的開度開到 20% 左右即可，展區正常開館，10# 電動調節閥的開度開到 80% 以上。
5.1.2 只開磁懸浮
此方式為周一閉館，展廳只需部分負荷時應用，或在特殊情況下，辦公區工作時間外加班需要部分負荷，展區中庭夜間搞活動只需部分負荷時應用。閥門狀態為：2#、3#、6#、7#、8# 電動閥開到位，1#、4#、5# 電動閥關到位，9#、10#、11#、12# 電動調節閥開啟，可根據負荷的大小或需要情況調節開度。
5.1.3 同時開直燃機和磁懸浮
此方式為夏季*大負荷時應用，其中又可分為 4# 磁懸浮只供辦公區和同時供辦公區與展區中庭兩種方式。4# 磁懸浮只供辦公區，1#、2#、3# 直燃機供展區展廳、展區生態廊和展區中庭時，閥門開啟狀態為：1#、3#、5#、7#、8# 電動閥開到位，2#、4#、6# 電動閥關到位，9#、10#、11#、12# 電動調節閥全開；4# 磁懸浮同時供辦公區和展區中庭，1#、2#、3# 直燃機供展區展廳、展區中庭、展區生態廊時，閥門開啟狀態為：2#、3#、6#、7#、8# 電動閥開到位，1#、4#、5# 電動閥關到位，9#、10#、11#、12# 電動調節閥全開，9#、10# 電動調節閥可根據辦公區和展廳中庭的實際需要調節開度。
5.2 制熱時控制策略
制熱時只能開 1#、2#、3# 直燃機，閥門開啟狀態為：1#、2#、4#、5# 電動閥開到位，3#、6#、7#、8# 電動閥關到位，11#、12# 電動調節閥全關，9#、10# 電動調節閥開啟，9#、10# 電動調節閥的開度由辦公區和展區中庭實際負荷需要來調節，具體控制策略與制冷時只開直燃機方式類似。
6 結語
本次改造大大改善了重慶中國三峽博物館的參觀環境舒適度，高溫蒸汽流量計負荷調度、分配更方便、合理、靈活，能滿足不同區域、不同時段的實際需求，運行操作、監控更簡單方便。本次改造已完成，試運行狀況良好。