新型中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)研究

馮鋒

【摘要】電能作為重要的能源，很大程度上的支撐著我國工業(yè)的發(fā)展以及人民的日常生活，然而，中央空調(diào)等電器的使用消耗了大量的電能，并且與可持續(xù)發(fā)展道路相悖。本文首先簡單介紹了現(xiàn)階段的節(jié)能方案，然后闡述了中央空調(diào)變頻節(jié)能技術(shù)的原理，最后對新型中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)進行了研究，希望能夠為我國的節(jié)能減排作出貢獻。

【關(guān)鍵詞】節(jié)能；新型中央空調(diào)；原理；變頻；控制系統(tǒng)

前言

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，居民生活以及工業(yè)生產(chǎn)對電能的需求越來越大。電能緊缺問題的日漸嚴(yán)重，而現(xiàn)階段我國現(xiàn)代高層大廈飛速發(fā)展，中央空調(diào)的高耗能特點造成了諸多電能的浪費。因此，熟悉現(xiàn)階段的節(jié)能方案，了解中央空調(diào)變頻節(jié)能技術(shù)的原理，并對新型的中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)進行研究具有十分重要的意義。

1現(xiàn)階段的節(jié)能方案

一般來說，根據(jù)節(jié)能技術(shù)的原理及其不同的適用情況，目前的節(jié)能方案主要可以分為以下幾種：

（1）水（冰）蓄冷型，該節(jié)能方案的原理是在夜間把空調(diào)的冷凍水制冷并且儲存起來，白天不打開空調(diào)的主機而僅僅使用水系統(tǒng)循環(huán)進行制冷，其特點是避峰但是無法節(jié)電；

（2）熱交換型（余熱利用），該方案主要是利用平隔板來實現(xiàn)空調(diào)回風(fēng)以及新風(fēng)透過型全熱交換的，這種節(jié)能方案的缺點是節(jié)能的幅度比較低；

（3）通用變頻器型，該方案是利用通用變頻器來完成對水泵和風(fēng)機運轉(zhuǎn)的PID控制，這種方案的局限性在于只要選定了微分時間常數(shù)TD、積分時間常數(shù)Tl和比例常數(shù)KP之后，其控制方式就已確定，無法隨受控量值變化而自動調(diào)整，進而無法達到最佳節(jié)能效果。

2中央空調(diào)變頻節(jié)能技術(shù)的原理

2.1中央空調(diào)及電控系統(tǒng)基本組成

中型的中央空調(diào)以及大型的中央空調(diào)一般都由三個部分構(gòu)成：空調(diào)水管網(wǎng)系統(tǒng)、制熱/制冷站、空調(diào)末端裝置（包括新風(fēng)機組，風(fēng)機盤管和空調(diào)機組等）。

中央空調(diào)的變頻調(diào)速系統(tǒng)控制依據(jù)是：中央空調(diào)系統(tǒng)外部熱交換是由兩個循環(huán)水系統(tǒng)來實現(xiàn)的。循環(huán)水系統(tǒng)的進（出）水與回水的溫度差，是需要進行的熱交換熱量的一種反映。所以，以進（出）水與回水的溫度差為依據(jù)來實現(xiàn)對循環(huán)水流動速度的控制，進而控制好熱交換速度，是一種較為合理的控制方法。與此同時，還可以將循環(huán)水的進出口壓差當(dāng)作控制的一種參數(shù)。

中央空調(diào)系統(tǒng)的耗能拖動設(shè)備主要有：冷凍泵拖動系統(tǒng)（主要由多臺水泵組成）；冷水機組拖動系統(tǒng)（即常說的中央空調(diào)主機）；風(fēng)機拖動系統(tǒng)（該系統(tǒng)主要包括若干冷卻塔風(fēng)機和若干室內(nèi)風(fēng)機）；冷卻泵拖動系統(tǒng)（主要由多臺水泵構(gòu)成）。

中央空調(diào)的電控系統(tǒng)主要由冷卻水子系統(tǒng)、冷凍水子系統(tǒng)和主機系統(tǒng)等構(gòu)成。其中冷卻水子系統(tǒng)和冷凍水子系統(tǒng)的節(jié)能潛力比較大。因為晝夜氣溫以及客流量的變化比較大，再加上每時每刻所需的熱（冷）量的變化也比較大。而電機無法調(diào)速，外界的客流量和氣溫變化不受人為控制，為滿足最大客流量的要求，冷卻風(fēng)機、冷卻水泵、冷凍水泵（熱泵）都要長期在滿載荷的狀態(tài)下運行。在這種情況下容易導(dǎo)致壓縮機組和泵機電能的冷量浪費巨大。

2.2中央空調(diào)變頻節(jié)能技術(shù)的基本原理

選用冷卻風(fēng)機變頻子系統(tǒng)、冷卻泵變頻子系統(tǒng)、冷凍泵變頻子系統(tǒng)，對冷凍水及其溫度進行自動檢測，對冷卻風(fēng)機、冷卻水泵、冷凍水泵（熱泵）進行自動調(diào)節(jié)，使它處在最好的運行狀態(tài)，并減少冷（熱）量在管道循環(huán)里面的浪費。

3新型的中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)

新型的中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)要求能隨時跟蹤系統(tǒng)對負(fù)荷量進行實時變換，并調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的各能耗設(shè)備的輸出功率從而順應(yīng)空調(diào)負(fù)荷變化，確保主機系統(tǒng)從始至終的都位于優(yōu)化的最佳工作點上，并且使空調(diào)系統(tǒng)的效率（COP值）保持為最大值。因此系統(tǒng)既要采用一般的變頻節(jié)能技術(shù)，還要綜合運用計算機技術(shù)、模糊控制技術(shù)、最優(yōu)化控制原理，最終形成一種具備負(fù)荷隨動跟蹤節(jié)能控制功能的新型的中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)。

3.1新型的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的簡介

新型的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)是以變頻控制為基礎(chǔ)，利用模糊控制、最優(yōu)化的控制原理等現(xiàn)代化的控制理論技術(shù)，并結(jié)合機電一體化技術(shù)以及當(dāng)代計算機技術(shù)的一個智能化控制系統(tǒng)。它能夠以空調(diào)末端的負(fù)荷變化以及空調(diào)的主機運行工況為依據(jù)，對中央空調(diào)的水系統(tǒng)參數(shù)（壓力、流量、溫度等）進行自動完整采樣和控制，進而使系統(tǒng)的冷媒流量隨負(fù)荷變化而變化，與此同時對主機的運行環(huán)境進行優(yōu)化，最終大幅度的降低能耗。

3.2負(fù)荷隨動跟蹤節(jié)能控制技術(shù)

對中央空調(diào)的各部分進行全面的控制，并且利用系統(tǒng)集成技術(shù)把各控制子系統(tǒng)在邏輯上、功能上和物理上互相連接起來，使它們能夠?qū)崿F(xiàn)信息綜合以及彼此之間的資源共享，進而在同一個計算機平臺上實現(xiàn)集中控制以及統(tǒng)一管理。此外，還要以制冷工作的參數(shù)變化以及系統(tǒng)運行工況為依據(jù)，利用模糊控制器來動態(tài)調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)運行的參數(shù)，保證空調(diào)主機從始至終處在最佳工作點上，并使主機保持高的熱轉(zhuǎn)換效率。

3.3中央空調(diào)的管理專家系統(tǒng)

新型的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)是一個集成大系統(tǒng)，應(yīng)該以其規(guī)模大小為依據(jù)配置相應(yīng)規(guī)模的成套設(shè)備進行控制。為方便用戶對系統(tǒng)運行狀況進行實時監(jiān)控，基于組態(tài)軟件技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)的中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)能夠勝任該工作。一般來說，中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)由以下幾個子系統(tǒng)構(gòu)成：

（1）系統(tǒng)組態(tài)：以用戶的規(guī)模大小和需求為依據(jù)對系統(tǒng)的控制對象規(guī)模和連接方式進行靈活配置。

（2）運行策略：以用戶特點及需求為依據(jù)選擇最好的運行策略，其中包括聯(lián)動控制對象、服務(wù)質(zhì)量控制、系統(tǒng)控制模式等。

（3）狀態(tài)監(jiān)控：全面采集運行參數(shù)，并利用圖形化的組態(tài)軟件全面、動態(tài)、實時、形象地對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)視與控制，其中包括閥門系統(tǒng)、一次冷溫水系統(tǒng)、主機系統(tǒng)、二次冷溫水系統(tǒng)、冷卻塔系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、器件系統(tǒng)等。

（4）數(shù)據(jù)分析：對系統(tǒng)運行主要參數(shù)進行記錄、統(tǒng)計和分析，并且將其提供給用戶作為用戶的決策判斷依據(jù)，其中包括電耗累計值、能耗曲線、主機效率曲線、故障記錄、操作記錄、等。

（5）系統(tǒng)管理：用來給系統(tǒng)及企業(yè)管理者提供管理平臺和信息平臺。

安裝了中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)之后，不僅僅操作人員可以在計算機上面實時監(jiān)控冷凍水泵機組、冷水機組、冷卻水泵機組、樓層風(fēng)柜、冷卻水塔、新風(fēng)機、排風(fēng)機、送風(fēng)機等工作狀態(tài)，樓宇內(nèi)外環(huán)境濕度、溫度、空氣品質(zhì)、樓層溫度等上百個工藝參數(shù)，以降低設(shè)備運行盲目性，且大廈的管理人員還能夠利用計算機網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控整個中央空調(diào)系統(tǒng)運行狀況，提升樓宇管理的水平。中央空調(diào)的管理專家系統(tǒng)可以把整個中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài)、工藝參數(shù)以及故障報警無限期的保存下來并打印，方便管理人員查閱，還可以對空調(diào)設(shè)備的累計運行時間進行自動記錄，為設(shè)備的檢修提供依據(jù)。

4結(jié)語

堅持走可持續(xù)發(fā)展的道路，必須重視節(jié)能減排的問題。新型中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)是基于變頻技術(shù)，并且結(jié)合最優(yōu)化控制、模糊控制、現(xiàn)代化的計算機技術(shù)以及專用管理專家系統(tǒng)軟件，成為了中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。新型中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的推廣既能夠給企業(yè)帶來的經(jīng)濟效益又能夠給企業(yè)帶來社會效益，而且符合我國科學(xué)發(fā)展觀的理念。因此相關(guān)單位和企業(yè)應(yīng)當(dāng)大力使用該系統(tǒng)，促進我國節(jié)能減排事業(yè)的發(fā)展。

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