中央空調(diào)變流量節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計研究

柳洋

煤炭工業(yè)鄭州設(shè)計研究院股份有限公司（450007）

中央空調(diào)變流量節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計研究

柳洋

煤炭工業(yè)鄭州設(shè)計研究院股份有限公司（450007）

通過對某建筑中央空調(diào)變流量節(jié)能控制系統(tǒng)的研究，探討了冷凍水側(cè)的變流量控制方案，以期為業(yè)界同仁提供參考。

中央空調(diào)；節(jié)能；變流量；設(shè)計

按照有關(guān)數(shù)據(jù)，我國每年需要消耗非常大的電能，總數(shù)額比發(fā)達國家高1 768.3億kW·h左右，我國單一產(chǎn)值的能耗遠遠高于全球平均值。通過這些數(shù)據(jù)不難看出，我國公司還沒有達到大的節(jié)能空間。根據(jù)初步估算，我國節(jié)能的潛力大約為300億元/年，其中大約50%的來自于空調(diào)節(jié)能。鑒于這方面的原因，筆者以我國某地具體案例為例，研究了中央空調(diào)變流量節(jié)能運行系統(tǒng)。

某地的一座建筑物，其原來的中央空調(diào)水系統(tǒng)主要有離心式冷卻水泵3臺、離心式冷凍水泵3臺。兩臺水泵兩者分別為75和55 kW異步電機驅(qū)動，都是Y系列的產(chǎn)品。除此之外，中央空調(diào)水系統(tǒng)還有大連三洋DCC-42K直燃式溴化鋰吸收式制冷機組3臺,并且每一個末端盤管前端都配置了二通閥。通過這種方式，19層以上的所有樓層都通過19層的換熱器進行制冷或者采暖?？偟膩碚f，其核心組成成分為3臺直燃式溴化鋰吸收式制冷機組，水循環(huán)系統(tǒng)主要涉及到冷卻水、冷凍水。

1 設(shè)計方案

經(jīng)過長時間的使用得知,將變流量系統(tǒng)引入到這一建筑中央空調(diào)的冷卻水、冷凍水之中是非?？尚械?然而,要想進一步提高節(jié)能效果,就應(yīng)當改造冷卻水與冷凍水系統(tǒng)，把它們設(shè)計為雙變流量系統(tǒng)[1]。

1.1 冷凍水側(cè)的變流量控制方案

原中央空調(diào)水系統(tǒng)主要通過一次泵系統(tǒng)（負荷側(cè)變流量+冷源測定流量）運行。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面進行分析，制冷機組有能力變負荷運行，其蒸發(fā)器之中的流量可以伴隨負荷而不斷變化，因此，對這一個系統(tǒng)進行改造，將其升級為一次泵變流量系統(tǒng)，可操作性相對較高。根據(jù)改造方案，要是末端空調(diào)負荷有所改變，電動二通閥就會調(diào)節(jié)開度。通過這種方法來改變冷凍水量，再配合上針對性的控制策略，變頻水泵和冷凍機組都能夠隨負荷而一起改變。這時，單純地調(diào)整一下冷水流量、制冷機容量,就可以使負荷工況的具體需求得到基本滿足。要是將旁通控制閥正確地配置于旁通管的合理的部位，就能夠控制冷凍機流量，使其處于最低水平。實踐證實，一次泵變流量可以使當前空調(diào)系統(tǒng)改造的需要得到滿足。在這里，對一次泵定流量系統(tǒng)的節(jié)能改造即將其升級為一次泵變流量系統(tǒng)，能夠減小改造規(guī)模，縮減改造費用。一次泵變流量系統(tǒng)，基本上采用定溫差控制法、定差控制法。定溫差控制法根據(jù)部分負荷狀況，通過保持供回水溫差不變的方式來降低流量與水泵的輸送能耗（如圖1）。

圖1 一次泵變流量水系統(tǒng)溫差控制示意圖

通過圖1可以看出，將溫度傳感器配置于供水總管的上，利用它來收集供水溫度T1/T2，將其差值ΔT求出來,然后對比ΔT和系統(tǒng)設(shè)定溫差ΔT0之間的關(guān)系，要是兩者差值大于dead-band（誤差死區(qū)），則提高控制水泵的轉(zhuǎn)速；要是兩者差值小于誤差死區(qū)，則應(yīng)當降低控制水泵的轉(zhuǎn)速。

1.2 冷卻水系統(tǒng)變流量控制方案

對于冷卻水來說，定流量的設(shè)計方案非常容易造成水泵輸送能耗的無限提高。冷卻水量大于冷凍水量，外加冷卻水管路非常簡單，因此變流量改造可以進一步降低能耗，還可以進一步簡化步驟。伴隨制冷機組性能與質(zhì)量的不斷提升，變流量改造帶來的巨大節(jié)能收益明顯高于變冷卻水量的負面作用。對于冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能控制來說,一方面應(yīng)當以滿足負荷的具體需要為基礎(chǔ),控制冷卻水流量，使其處于相對偏低的水平,另一方面，還應(yīng)當防止冷凝溫度的改變對制冷機COP值的負面作用，也就是杜絕通過無限制減小機組性能的方式來使變流量輸送能耗縮減。對于一次泵變流量系統(tǒng)來說，定溫差控制法即通過讓冷凝器內(nèi)部冷卻水進出溫差保持不變的方式使流量等比例變化，這時負荷高低在很大程度上決定著流量的改變[2]。

2 對改造方案的討論

通過分析兩種控制方案，結(jié)合中央空調(diào)水系統(tǒng)的具體狀況，我們設(shè)計出新的控制方案：實行雙變流量方案，也就是改造冷凍水、冷卻水兩個系統(tǒng)的變流量，使系統(tǒng)節(jié)能效果與機組運行的安全可靠性均能夠達到最大。冷凍水系統(tǒng)實行定溫差控制法，也就是其送回水溫差應(yīng)當保持在4.5～5.5℃范圍；冷卻水系統(tǒng)實行定溫差控制法，也就是其進出水溫差應(yīng)當保持在4.5～5.5℃范圍。另一方面，通過全變頻方案實現(xiàn)冷卻水泵、冷凍水泵的轉(zhuǎn)速控制,也就是單臺水泵都安裝上變頻器（總共4臺）。主控制器實行研華IPC-610H工業(yè)控制計算機的方法及以工業(yè)RS-485總線為基礎(chǔ)的完整型數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。總的來說，這一個系統(tǒng)主要是以RS-485網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的。工業(yè)控制計算機的具體操作程序:RS-232串口輸出信號→RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換信號→RS485總線對遠程溫度采集模塊ADAM-4015（2臺）→變頻器（4臺）發(fā)出請求命令或控制命令。這樣,通過工業(yè)控制計算機將相應(yīng)的控制命令發(fā)出，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對水系統(tǒng)流量的有效控制，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對冷卻水、冷凍水溫度的有效控制。

3 結(jié)語

綜上所述，首先指出了冷凍水側(cè)的變流量控制方案與冷卻水系統(tǒng)變流量控制方案，然后對兩個方案的進行討論。研究發(fā)現(xiàn)，如果通過系統(tǒng)發(fā)出控制命令，那么不但能夠有效控制空調(diào)的水系統(tǒng)流量，還能夠有效控制兩個子系統(tǒng)的水溫，然后通過發(fā)出請求命令，系統(tǒng)就能夠進行數(shù)據(jù)采集工作。

[1]王烈準,陳梅.基于PLC、變頻器和觸摸屏的中央空調(diào)節(jié)能改造[J].黃山學院學報,2013,15(5):23～27.

[2]于秋紅,王曉麗,韓成杰,等.中央空調(diào)變流量節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].吉林建筑工程學院學報,2011,28(6):32～34.