中央空調節(jié)能控制技術探討

廖漢忠

摘 要:就中央空調節(jié)能控制技術進行分析,主要分析中央空調的控制特點,即干擾性,調節(jié)對象的特性,濕度的相關性,多工況運行及轉換控制和整體控制等幾個方面。然后,分析了中央空調節(jié)能控制途徑和節(jié)能方法的選擇,以保證在滿足要求的前提下最大限度的節(jié)約能源,真正發(fā)揮樓宇自控系統(tǒng)的作用

關鍵詞:中央空調系統(tǒng);節(jié)能技術;控制技術

中圖分類號:TU111.19+5文獻標識碼:A文章編號:1672-3198(2009)16-0298-01

1 引言

空調系統(tǒng)的作用就是對室內空氣進行處理,使空氣的溫度、濕度、流動速度及新鮮度、潔凈度等指標符合場所的使用要求。為此必須對空氣進行冷卻或加熱、減濕或加濕以及過濾等處理措施。其相應設備有制冷機組、熱水爐、空調機組、風機盤管等。當被調房間溫度與濕度受內部熱源干擾或室外溫濕度變化而發(fā)生波動時,首先由溫度與濕度傳感器把信號送給調節(jié)器,調節(jié)器與設定值進行比較后發(fā)出指令給執(zhí)行器,執(zhí)行器動作后,不斷調整以符合要求。在中央空調系統(tǒng)中,冷水機組是由設備生產廠成套供應的,它一般是根據空氣調節(jié)原理及規(guī)律等由微處理器自動控制的。冷水機組由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器與節(jié)流元件組成,壓縮機把制冷劑壓縮,壓縮后的制冷劑進入冷凝器,被冷卻水冷卻后,變成液體,析出的熱量由冷卻水帶走,并在冷卻塔里排入大氣。液體制冷劑由冷凝器經過節(jié)流元件進入蒸發(fā)器進行蒸發(fā)吸收,使冷凍水降溫,然后冷凍水進入水冷風機盤管吸收空氣中的熱量,如此循環(huán)不已,把房間的熱量帶出。

空調系統(tǒng)按處理設備及處理方法不同可以分為噴淋與表冷式兩種類型。這兩種類型又可分為全新風直流系統(tǒng)、一次回風系統(tǒng)與二次回風復合系統(tǒng)及旁路系統(tǒng)。按調節(jié)精度要求不同可分為高精度空調,一般精度空調及舒適性空調。舒適性空調一般應按照等效溫度(ET)和CO2濃度來進行設計。所謂等效溫度是反映人們舒適感覺的一個綜合感覺的一個綜合指標,它結合干球溫度、濕球溫度和空氣流速的效應來反映人的冷熱感覺。因此等效溫度隨四季變化有較大變化。

2 中央空調的控制特點

空調系統(tǒng)的特性可以歸納如下:(1)干擾性?？照{系統(tǒng)在全年或全天的運行中,由于外部條件(如氣溫、太陽輻射、風、晴、雨、雪)和內部條件(如空調房間中設備、照明的啟、停和投入運行的多少,以及工作人員的增減等)的變化,都將對空調系統(tǒng)的運行形成干擾。(2)調節(jié)對象的特性。不同的被控對象,在相同的干擾作用下,被控量隨時間的變化過程也并不一樣。空調自控系統(tǒng)的任務就是為了克服這些干擾因素,維持空調房間一定的溫、濕度和空氣品質。但溫、濕度的控制效果不但取決于自控系統(tǒng),更主要的是取決于空調系統(tǒng)的合理性及空調的對象特性。(3)濕度的相關性。在空調的控制中,大多數情況下主要是對空調房間內溫度和濕度的控制,這兩個參數常常是在一個調節(jié)對象里同時進行調節(jié)的兩個被調量兩個參數在調節(jié)過程中又相互影響。如果由于某些原因使空調房間內溫度升高,引起空氣中水蒸氣的飽和分壓力發(fā)生變化,在含濕量不變的情況下,就引起了室內相對濕度的變化溫度升高相對濕度就會降低,溫度降低相對濕度就會增加,在調節(jié)過程中,對某一參數進行調節(jié)時,同時也引起另一參數的變化。(4)多工況運行及轉換控制,由于空調系統(tǒng)是在全年的室內外條件變化下,按照一定的運行方式(即工況)進行調節(jié)的。同時在內外條件發(fā)生顯著變化時要改變運行調節(jié)方式,即進行運行工況的轉換。(5)整體控制性,空調自動控制系統(tǒng)一般是以空調房間內的空氣溫度和相對濕度控制為中心,通過工況轉換與空氣處理過程每個環(huán)節(jié)緊密聯系在一起的整體控制系統(tǒng)?？照{系統(tǒng)中空氣處理設備的啟停都要根據系統(tǒng)的工作程序,按照有關的操作規(guī)程進行,處理過程的各個參數調節(jié)及聯鎖控制都不是孤立進行,而是與室內溫、濕度密切相關的。

3 中央空調節(jié)能控制途徑

3.1 空調機組

空調機組是智能建筑中耗能最多的設備,其運行方式不同,應從以下幾個方面考慮空調機組的節(jié)能:(1)全年運行系統(tǒng)的工況自動轉換。根據室外氣候條件和空調系統(tǒng)的不同結構及其工藝的不同要求進行工況的轉換,一般以焙值作為轉換的判斷條件,通過調節(jié)空調運行參數來實現。(2)控制器參數選擇。合理選擇每個回路的PID參數,使之具有良好的響應性能,或選擇各種先進的控制算法,提高控制系統(tǒng)的性能指標。避免控制回路總處于不斷調節(jié)或響應過程慢等不利影響,既浪費能量又影響執(zhí)行器的壽命。(3) 多級控制的有效配合。對有些系統(tǒng)具有中央空調機組外,在房間配有再加熱盤管(特別是工藝空調)實現單獨調節(jié),此時應合理地選擇控制方法及配合關系控制送風溫度,防止中央空調送風的溫度過低,而房間再加熱的能量浪費現象發(fā)生,應考慮整體系統(tǒng)的節(jié)能效果。(4) 選用高質量溫度傳感器。室內空氣每相差1℃的調節(jié)都要消耗很多的能量,選用傳感器的精度差,產生的節(jié)能效益遠大于傳感器的價格。(5)溫度設定值應隨室外溫度自動調節(jié)。對于舒適性空調系統(tǒng),可在夏季隨室外溫度的升高,適當提高溫度的設定值,減小室內、外的溫差,既能保證人的舒適度的要求,又能實現節(jié)能同樣也適合冬季情況。

3.2 冷水機組

通過計算機對樓宇內外環(huán)境溫度、濕度實時測量及對樓宇熱慣性的預測,確定最優(yōu)化的設備啟、停時間。此項措施預計可使主機、水泵、冷卻塔風機平均每天減少運行時間。同時根據樓宇冷負荷變化,通過變頻裝置調節(jié)冷凍水、冷卻水的流量及風機類設備的風量,也可使主機負荷下降,從而控制機組運行臺數。

3.3 熱水系統(tǒng)

(1)鍋爐系統(tǒng)。首先,根據供暖需求量,通過開關鍋爐的臺數進行控制;其次,根據室外溫度對供水水溫重新進行設定,減小能量消耗;第三,采用變頻泵調節(jié)供水量,以適合負荷變化。

(2)熱交換器系統(tǒng)。首先,根據空調負荷的大小,通過變頻泵調節(jié)供水量;其次,通過一個室外恒溫器,當負荷減少時重新設定供水溫度,當熱水泵不運行時,通過流量開關聯鎖把兩通閥關閉。

3.4 變風量系統(tǒng)(VAV)

變風量系統(tǒng)是當房間的熱濕負荷低于設計值時,保持送風參數不變而通過減少送風量的辦法來保持室內的溫度不變。與定風量空調系統(tǒng)相比,它減少了再熱量及相應的冷量,而且,隨著各房間的送風量的變化,系統(tǒng)總送風量也相應變化,可以節(jié)省風機運行能耗。此外,根據變風量空調系統(tǒng)運行的特點,在計算空調系統(tǒng)總負荷時,可以考慮各房間負荷發(fā)生的同時性,還可適當減少風機容量。

變風量系統(tǒng)控制可以分為兩個部分變風量末端控制和變風量空調機組控制。一個好的變風量空調系統(tǒng),除了精確的設計計算,合理的系統(tǒng)布置,到位的施工安裝外,選擇一個最佳的控制方法也很關鍵。在工程實際運用中,采用較多的有:定靜壓控制法;變靜壓控制法;直接數字控制法;風機總風量控制法。

3.5 電能控制程序

電能消耗的計費主要取決兩個因素耗電量和需求系數,即峰、谷電價不同,因此,合理地啟動或停止能耗較高的暖通空調設備,以使用電量保持平穩(wěn)值,或在用電的高峰期使設備的用電量低、運行時間較短,而在用電低谷期設備的用電量高、運行時間較長,使總的電費最低。

4 節(jié)能方法的選擇

(1)任何節(jié)能方法必須與現場設備配置情況相適應,在滿足要求的前提下盡量選用簡單的控制方案,防止控制過程復雜,造成整個系統(tǒng)的成本過高。

(2)各種節(jié)能方法是相互聯系的,對一個實際的系統(tǒng)必須綜合考慮整體的節(jié)能,避免相互之間產生的影響可能抵消,達不到很好的節(jié)能效果。

(3)注意每個回路控制算法及參數的優(yōu)化調節(jié),使控制系統(tǒng)有良好的性能。

(4)注意設備本身的運行和限制條件,防止因采用的節(jié)能方法對設備壽命產生影響。

(5)重視系統(tǒng)的在線調試、傳感器精度的校正及各種聯動功能等的綜合測試,防止設計參數和實際運行情況的背離。

(6)充分利用樓宇自控系統(tǒng)強大的軟件功能和信息的集成性,保證系統(tǒng)的軟、硬件得到合理的利用。

參考文獻

[1]@鄺小磊,聶玉強.中央空調系統(tǒng)運轉過程與對象特性的研究[J].工業(yè)儀表與自動化裝置,2009,(2).

[2]@邱東,章明華,宋勤鋒,等.中央空調節(jié)能控制策略[J].制冷空調與電力機械,2007,(5).