实例集中高温蒸汽流量计改造及策略控制分析
摘要：通过实例集中高温蒸汽流量计改造及策略控制分析，阐述根据实际情况改造旧的已不适应现实需求的集中高温蒸汽流量计，*大限度地提高学习工作环境及参观环境舒适度，也为需要改造旧的集中高温蒸汽流量计的单位或新的集中高温蒸汽流量计设计提供借鉴和参考。重庆中国三峡博物馆于 2005 年 6 月 18 日建成开馆，是公益性文化事业单位，其主要职能是收藏和保护文物、开展社会宣传教育、进行社会科学研究，是一座集巴渝文化、三峡文化、抗战文化、移民文化和城市文化等为特色的历史艺术类综合性博物馆。由于多方面的原因，重庆中国三峡博物馆的集中高温蒸汽流量计愈来愈不适应公众对参观环境舒适度的需求，改造集中高温蒸汽流量计以提升公众参观环境舒适度变得愈发迫切。由此，在馆领导的支持和上级主管部门的关怀下，集中高温蒸汽流量计改造项目于 2016 年 12 月立项，2018 年 12 月改造完成，目前经采暖季和制冷季试运行，系统运行稳定可靠，高温蒸汽流量计效果大大改善。本文对本次改造过程进行分析和经验总结，以资专家朋友们分享及批评指正。
1 集中高温蒸汽流量计存在问题及分析
1.1 集中高温蒸汽流量计整体问题分析
重庆中国三峡博物馆大空间的建筑特点及人员密集等因素，使对中央高温蒸汽流量计的需求相较于普通公共建筑的要求更高，在38℃以上高温、高湿的恶劣天气，目前的高温蒸汽流量计选型不能完全满足较高的高温蒸汽流量计要求。同时，限于当初建设条件，选择了无风机冷却塔，在重庆高温、高湿的气象条件下，冷却塔效果一直较差，既限制了主机的制冷能力，也增加了高温蒸汽流量计能耗；原冷冻、冷却水系统都是并联方式，小负荷时也得开启三台冷温水泵和两台冷却水泵，能源浪费严重。
1.2 集中高温蒸汽流量计展区中庭问题分析
展区中庭高温蒸汽流量计采用低速单风道全空气系统，高温蒸汽流量计机组K-1、K-2 设于地下一层，服务 1~4 层中庭，气流组织为上送上回。中庭高温蒸汽流量计夏季运行时存在中庭偏热现象。一层中庭高温蒸汽流量计面积为 1550m 2 ，二 ~ 四层中庭单层高温蒸汽流量计面积约1300m 2 ，中庭总高温蒸汽流量计面积 5450m 2 。原设计中庭高温蒸汽流量计末端采用 2 台 39CBF2226 型组合式高温蒸汽流量计机组，单台高温蒸汽流量计机组制冷量380kW，风量 50000 m 3 /h，中庭总冷量 760kW，单位面积制冷量 760/5450=139.4W/m 2 。由于中庭屋顶、东西侧均有大量玻璃幕墙，实际高温蒸汽流量计负荷远比原设计大。中庭高温蒸汽流量计冷负荷主要由人员、新风、照明及围护结构高温蒸汽流量计负荷构成，经计算，单位面积高温蒸汽流量计负荷为 289W/m 2 ，是原设计值的 2 倍多。
2 高温蒸汽流量计负荷分布情况
2.1 高温蒸汽流量计负荷分区域情况
办公区区域，末端为风机盘管；展区展厅区域，末端为九台组合风柜；展区中庭区域，末端为两台台组合风柜；展区生态廊区域，末端为两台台组合风柜。
2.2 高温蒸汽流量计负荷分时段情况
办公区区域高温蒸汽流量计负荷时段为每周一到周五上午九点到下午五点；展区展厅区域高温蒸汽流量计负荷时段为每周二到周日上午九点到下午五点，周一闭馆；展区中庭区域高温蒸汽流量计负荷时段为每周二到周日上午九点到下午五点，周一闭馆；展区生态廊区域高温蒸汽流量计负荷时段为每周二到周日上午九点到下午五点，周一闭馆。
3 初步策略控制设想
周一闭馆，办公区正常上班，只开部分高温蒸汽流量计负荷满足办公需求；周二到周五办公区正常上班，展区正常开放，高温蒸汽流量计负荷需同时满足办公和展区开放需求；周六和周日，展区正常开放，办公区工作人员休息，高温蒸汽流量计负荷只需满足展区开放需求或办公区只需少量的高温蒸汽流量计负荷；办公区夜间加班或展区中庭搞活动时，也能灵活调度部分高温蒸汽流量计负荷满足需求。
4 集中高温蒸汽流量计改造
针对上述问题及使用需求，作如下改造：增加一台 120 万大卡磁悬浮主机，补充大负荷时制冷量不能满足要求的问题；中庭增加 66 台 EKCW300-1400KT 卡式盘管机，改善展区中庭冷量不足的问题；对全馆大面积玻璃窗和玻璃幕墙刷膜隔热，减少夏季阳光的热辐射；冷却塔更换为 8 台共 1800 冷吨某品* YHA-225E 静音不锈钢恒流冷却塔；水泵改为与主机一一对应模式，冷冻水泵由软启动控制，冷却水泵实行变频控制，并增加 8 个电动阀和 4 个电动调节阀便于负荷调度，小负荷时只需开启对应的主机和水泵，既节约了能源，也能使能源分配更合理、负荷调度更灵活方便；增加一套 PLC 控制系统，实现对 8 台冷却塔风机、8 台冷却塔电动阀、4 台主机、4 台冷冻泵、4 台冷却泵联动控制，并实现一键开机，通过主机房内新增加的 4 个电动调节阀、8 个电动阀的控制，实现重庆中国三峡博物馆高温蒸汽流量计负荷分区域分时段调度。
5 集中高温蒸汽流量计策略控制具体实现
策略控制的具体实现由主机房内新增加的4个电动调节阀、8 个电动阀的开关状态来控制，由一台上位机组态王软件组态控制策略具体实现并监控集中高温蒸汽流量计主要设备运行状况，每一种策略控制方式都可一键实现，阀门开关到位后应与每一种策略控制方式阀门状态完全一一对应。
5.1 制冷时控制策略
5.1.1 只开直燃机
此方式为小负荷时或磁悬浮故障时应用，可供办公区、展厅、展区中庭、展区生态廊高温蒸汽流量计冷负荷，开启 1#、2#、4#、5# 电动阀、关闭 3#、6#、7#、8# 电动阀，关闭11#、12# 电动调节阀，开启 9#、10# 电动调节阀，并可根据办公区和展区中庭负荷需要情况调节 9#、10# 电动调节阀的开度，如：周一时，办公区正常上班，展区闭馆，办公区可供大负荷，9# 电动调节阀的开度开到 80% 以上，展区中庭送部分负荷，10# 电动调节阀的开度开到 20% 左右即可；周二到周五，办公区和展区中庭同时需要大负荷，9#、10# 电动调节阀的开度都开到 80% 以上；周六到周日，办公区休息只需部分负荷，9# 电动调节阀的开度开到 20% 左右即可，展区正常开馆，10# 电动调节阀的开度开到 80% 以上。
5.1.2 只开磁悬浮
此方式为周一闭馆，展厅只需部分负荷时应用，或在特殊情况下，办公区工作时间外加班需要部分负荷，展区中庭夜间搞活动只需部分负荷时应用。阀门状态为：2#、3#、6#、7#、8# 电动阀开到位，1#、4#、5# 电动阀关到位，9#、10#、11#、12# 电动调节阀开启，可根据负荷的大小或需要情况调节开度。
5.1.3 同时开直燃机和磁悬浮
此方式为夏季*大负荷时应用，其中又可分为 4# 磁悬浮只供办公区和同时供办公区与展区中庭两种方式。4# 磁悬浮只供办公区，1#、2#、3# 直燃机供展区展厅、展区生态廊和展区中庭时，阀门开启状态为：1#、3#、5#、7#、8# 电动阀开到位，2#、4#、6# 电动阀关到位，9#、10#、11#、12# 电动调节阀全开；4# 磁悬浮同时供办公区和展区中庭，1#、2#、3# 直燃机供展区展厅、展区中庭、展区生态廊时，阀门开启状态为：2#、3#、6#、7#、8# 电动阀开到位，1#、4#、5# 电动阀关到位，9#、10#、11#、12# 电动调节阀全开，9#、10# 电动调节阀可根据办公区和展厅中庭的实际需要调节开度。
5.2 制热时控制策略
制热时只能开 1#、2#、3# 直燃机，阀门开启状态为：1#、2#、4#、5# 电动阀开到位，3#、6#、7#、8# 电动阀关到位，11#、12# 电动调节阀全关，9#、10# 电动调节阀开启，9#、10# 电动调节阀的开度由办公区和展区中庭实际负荷需要来调节，具体控制策略与制冷时只开直燃机方式类似。
6 结语
本次改造大大改善了重庆中国三峡博物馆的参观环境舒适度，高温蒸汽流量计负荷调度、分配更方便、合理、灵活，能满足不同区域、不同时段的实际需求，运行操作、监控更简单方便。本次改造已完成，试运行状况良好。
1 集中高温蒸汽流量计存在问题及分析
1.1 集中高温蒸汽流量计整体问题分析
重庆中国三峡博物馆大空间的建筑特点及人员密集等因素，使对中央高温蒸汽流量计的需求相较于普通公共建筑的要求更高，在38℃以上高温、高湿的恶劣天气，目前的高温蒸汽流量计选型不能完全满足较高的高温蒸汽流量计要求。同时，限于当初建设条件，选择了无风机冷却塔，在重庆高温、高湿的气象条件下，冷却塔效果一直较差，既限制了主机的制冷能力，也增加了高温蒸汽流量计能耗；原冷冻、冷却水系统都是并联方式，小负荷时也得开启三台冷温水泵和两台冷却水泵，能源浪费严重。
1.2 集中高温蒸汽流量计展区中庭问题分析
展区中庭高温蒸汽流量计采用低速单风道全空气系统，高温蒸汽流量计机组K-1、K-2 设于地下一层，服务 1~4 层中庭，气流组织为上送上回。中庭高温蒸汽流量计夏季运行时存在中庭偏热现象。一层中庭高温蒸汽流量计面积为 1550m 2 ，二 ~ 四层中庭单层高温蒸汽流量计面积约1300m 2 ，中庭总高温蒸汽流量计面积 5450m 2 。原设计中庭高温蒸汽流量计末端采用 2 台 39CBF2226 型组合式高温蒸汽流量计机组，单台高温蒸汽流量计机组制冷量380kW，风量 50000 m 3 /h，中庭总冷量 760kW，单位面积制冷量 760/5450=139.4W/m 2 。由于中庭屋顶、东西侧均有大量玻璃幕墙，实际高温蒸汽流量计负荷远比原设计大。中庭高温蒸汽流量计冷负荷主要由人员、新风、照明及围护结构高温蒸汽流量计负荷构成，经计算，单位面积高温蒸汽流量计负荷为 289W/m 2 ，是原设计值的 2 倍多。
2 高温蒸汽流量计负荷分布情况
2.1 高温蒸汽流量计负荷分区域情况
办公区区域，末端为风机盘管；展区展厅区域，末端为九台组合风柜；展区中庭区域，末端为两台台组合风柜；展区生态廊区域，末端为两台台组合风柜。
2.2 高温蒸汽流量计负荷分时段情况
办公区区域高温蒸汽流量计负荷时段为每周一到周五上午九点到下午五点；展区展厅区域高温蒸汽流量计负荷时段为每周二到周日上午九点到下午五点，周一闭馆；展区中庭区域高温蒸汽流量计负荷时段为每周二到周日上午九点到下午五点，周一闭馆；展区生态廊区域高温蒸汽流量计负荷时段为每周二到周日上午九点到下午五点，周一闭馆。
3 初步策略控制设想
周一闭馆，办公区正常上班，只开部分高温蒸汽流量计负荷满足办公需求；周二到周五办公区正常上班，展区正常开放，高温蒸汽流量计负荷需同时满足办公和展区开放需求；周六和周日，展区正常开放，办公区工作人员休息，高温蒸汽流量计负荷只需满足展区开放需求或办公区只需少量的高温蒸汽流量计负荷；办公区夜间加班或展区中庭搞活动时，也能灵活调度部分高温蒸汽流量计负荷满足需求。
4 集中高温蒸汽流量计改造
针对上述问题及使用需求，作如下改造：增加一台 120 万大卡磁悬浮主机，补充大负荷时制冷量不能满足要求的问题；中庭增加 66 台 EKCW300-1400KT 卡式盘管机，改善展区中庭冷量不足的问题；对全馆大面积玻璃窗和玻璃幕墙刷膜隔热，减少夏季阳光的热辐射；冷却塔更换为 8 台共 1800 冷吨某品* YHA-225E 静音不锈钢恒流冷却塔；水泵改为与主机一一对应模式，冷冻水泵由软启动控制，冷却水泵实行变频控制，并增加 8 个电动阀和 4 个电动调节阀便于负荷调度，小负荷时只需开启对应的主机和水泵，既节约了能源，也能使能源分配更合理、负荷调度更灵活方便；增加一套 PLC 控制系统，实现对 8 台冷却塔风机、8 台冷却塔电动阀、4 台主机、4 台冷冻泵、4 台冷却泵联动控制，并实现一键开机，通过主机房内新增加的 4 个电动调节阀、8 个电动阀的控制，实现重庆中国三峡博物馆高温蒸汽流量计负荷分区域分时段调度。
5 集中高温蒸汽流量计策略控制具体实现
策略控制的具体实现由主机房内新增加的4个电动调节阀、8 个电动阀的开关状态来控制，由一台上位机组态王软件组态控制策略具体实现并监控集中高温蒸汽流量计主要设备运行状况，每一种策略控制方式都可一键实现，阀门开关到位后应与每一种策略控制方式阀门状态完全一一对应。
5.1 制冷时控制策略
5.1.1 只开直燃机
此方式为小负荷时或磁悬浮故障时应用，可供办公区、展厅、展区中庭、展区生态廊高温蒸汽流量计冷负荷，开启 1#、2#、4#、5# 电动阀、关闭 3#、6#、7#、8# 电动阀，关闭11#、12# 电动调节阀，开启 9#、10# 电动调节阀，并可根据办公区和展区中庭负荷需要情况调节 9#、10# 电动调节阀的开度，如：周一时，办公区正常上班，展区闭馆，办公区可供大负荷，9# 电动调节阀的开度开到 80% 以上，展区中庭送部分负荷，10# 电动调节阀的开度开到 20% 左右即可；周二到周五，办公区和展区中庭同时需要大负荷，9#、10# 电动调节阀的开度都开到 80% 以上；周六到周日，办公区休息只需部分负荷，9# 电动调节阀的开度开到 20% 左右即可，展区正常开馆，10# 电动调节阀的开度开到 80% 以上。
5.1.2 只开磁悬浮
此方式为周一闭馆，展厅只需部分负荷时应用，或在特殊情况下，办公区工作时间外加班需要部分负荷，展区中庭夜间搞活动只需部分负荷时应用。阀门状态为：2#、3#、6#、7#、8# 电动阀开到位，1#、4#、5# 电动阀关到位，9#、10#、11#、12# 电动调节阀开启，可根据负荷的大小或需要情况调节开度。
5.1.3 同时开直燃机和磁悬浮
此方式为夏季*大负荷时应用，其中又可分为 4# 磁悬浮只供办公区和同时供办公区与展区中庭两种方式。4# 磁悬浮只供办公区，1#、2#、3# 直燃机供展区展厅、展区生态廊和展区中庭时，阀门开启状态为：1#、3#、5#、7#、8# 电动阀开到位，2#、4#、6# 电动阀关到位，9#、10#、11#、12# 电动调节阀全开；4# 磁悬浮同时供办公区和展区中庭，1#、2#、3# 直燃机供展区展厅、展区中庭、展区生态廊时，阀门开启状态为：2#、3#、6#、7#、8# 电动阀开到位，1#、4#、5# 电动阀关到位，9#、10#、11#、12# 电动调节阀全开，9#、10# 电动调节阀可根据办公区和展厅中庭的实际需要调节开度。
5.2 制热时控制策略
制热时只能开 1#、2#、3# 直燃机，阀门开启状态为：1#、2#、4#、5# 电动阀开到位，3#、6#、7#、8# 电动阀关到位，11#、12# 电动调节阀全关，9#、10# 电动调节阀开启，9#、10# 电动调节阀的开度由办公区和展区中庭实际负荷需要来调节，具体控制策略与制冷时只开直燃机方式类似。
6 结语
本次改造大大改善了重庆中国三峡博物馆的参观环境舒适度，高温蒸汽流量计负荷调度、分配更方便、合理、灵活，能满足不同区域、不同时段的实际需求，运行操作、监控更简单方便。本次改造已完成，试运行状况良好。