中央空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)和節(jié)能思路探討

段連濤 李竹然

摘 要：在我國建筑體系中，中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗量較大，通過數(shù)據(jù)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的能耗約占整個(gè)建筑能耗總量的40%，甚至部分建筑可以達(dá)到70%，因此如何切實(shí)降低中央空調(diào)系統(tǒng)能源消耗量成為了社會(huì)研究的主要問題之一。過去，在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，負(fù)荷估算法是常用的方法，但是這種方法在計(jì)算中是以整個(gè)建筑最大的負(fù)荷量為計(jì)算基數(shù)的，且設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在運(yùn)行過程中不能夠根據(jù)環(huán)境的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而導(dǎo)致中央空調(diào)系統(tǒng)能耗高，而中央空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)化控制功能的實(shí)現(xiàn)，一方面可以為建筑使用者提供一個(gè)高效、合理和舒適的辦公環(huán)境，另一方面也降低了空調(diào)系統(tǒng)的能耗水平，進(jìn)而節(jié)省管理成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。為了更加全面的了解建筑中央空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)以及節(jié)能方式，文章將結(jié)合筆者自身的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)的探討，以供今后參考使用。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)系統(tǒng)；自動(dòng)控制；節(jié)能；能耗

中圖分類號(hào)：TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）32-0011-02

1 前 言

這些年，隨著中央空調(diào)系統(tǒng)在社會(huì)生產(chǎn)和生活應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，如何降低中央空調(diào)系統(tǒng)能耗量成為了當(dāng)下社會(huì)研究的熱點(diǎn)問題之一，因而許多的公司和學(xué)者等都加大了對(duì)空調(diào)節(jié)能技術(shù)的研究力度，例如在20世紀(jì)70年代開始，研究學(xué)者就對(duì)中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能控制技術(shù)進(jìn)行了研究，但是這一時(shí)期受到技術(shù)等條件的限制，導(dǎo)致研究成果并不理想，與預(yù)期的節(jié)能目標(biāo)還存在著一定的距離。而我國中央空調(diào)的發(fā)展與國外相比較為落后，同時(shí)我國的節(jié)能控制技術(shù)研究方向與國外也存在著一定的差異。例如暖通系統(tǒng)研究人員在進(jìn)行節(jié)能控制技術(shù)研究過程中比較注重優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行以及設(shè)置冷機(jī)組和水泵數(shù)量方面，對(duì)具體的控制效果和系統(tǒng)運(yùn)行的性能等沒有給予高度的重視，最終導(dǎo)致節(jié)能效果差強(qiáng)人意。

2 中央空調(diào)自控系統(tǒng)基本構(gòu)成以及中央控制系統(tǒng) 配置基本原則

首先，中央站計(jì)算機(jī)應(yīng)當(dāng)使用Intel180386及以上處理器的電腦，且在條件允許的情況下可以使用奔騰II微處理機(jī)或者是相同類型及以上機(jī)型，內(nèi)存32 M，硬盤2.5 G，增強(qiáng)型鍵盤104，高分辨率的顯示器，且具有兩個(gè)串行和一個(gè)并行口，彩色打印機(jī)一臺(tái)。

其次，操作站的基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)可以使用Microsoft Windows軟件或者是相兼容的程序，利用實(shí)時(shí)圖形監(jiān)控操作軟件來對(duì)系統(tǒng)中空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行情況及數(shù)據(jù)變化等進(jìn)行圖形化的顯示以及打印，以便操作人員及時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行情況，另外基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)應(yīng)當(dāng)采用TCP/IP協(xié)議，同時(shí)數(shù)據(jù)庫還應(yīng)當(dāng)具備一定的開放性，為設(shè)備監(jiān)控實(shí)現(xiàn)集中化提供基礎(chǔ)，并且數(shù)據(jù)庫還應(yīng)當(dāng)與系統(tǒng)規(guī)模相符，以便系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

最后，在進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)成設(shè)計(jì)的過程中，必須滿足建筑空調(diào)自控系統(tǒng)的安全使用標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)具備自行診斷異常故障的功能，并提供相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)服務(wù)功能，為空調(diào)系統(tǒng)的使用和維護(hù)提供便捷。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持“危險(xiǎn)分散”的設(shè)計(jì)思路，盡量縮減故障發(fā)生后的波及范圍，例如中央操作站發(fā)生故障后，不會(huì)對(duì)控制器造成影響，且空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行也不會(huì)受到破壞。

另外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)注重系統(tǒng)的擴(kuò)展性，以為今后系統(tǒng)優(yōu)化提供基礎(chǔ)，同時(shí)設(shè)計(jì)中還應(yīng)當(dāng)盡可能的降低投資成本，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 中央空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和節(jié)能技 術(shù)要求

3.1 空調(diào)冷熱源自控系統(tǒng)分析

冷熱源主機(jī)系統(tǒng)從出廠就帶有以微處理器為關(guān)鍵的單元控制器，且利用該控制器可以對(duì)蒸發(fā)器以及冷凝器等設(shè)備進(jìn)出口溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)也可以提供水流開關(guān)狀態(tài)、壓縮機(jī)進(jìn)出口氣壓力值和溫度值，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)來對(duì)壓縮機(jī)容量調(diào)節(jié)閥等進(jìn)行調(diào)節(jié)。但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中，受到無標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議條件的限制，使得不同廠家產(chǎn)品無法完成通訊，因此在設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)當(dāng)安設(shè)水管溫度傳感器等來對(duì)主機(jī)工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)。

目前在中央空調(diào)系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)的節(jié)能效果，自控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)對(duì)自帶CPU設(shè)備進(jìn)行控制，且這些設(shè)備應(yīng)當(dāng)同時(shí)參與到系統(tǒng)運(yùn)行中去，而為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，主機(jī)（冷、熱）的啟停操作應(yīng)當(dāng)能夠被設(shè)在制冷機(jī)房控制器的控制，同時(shí)該控制器還可以對(duì)機(jī)組運(yùn)行情況、異常故障以及供回水溫度和流量等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而這時(shí)系統(tǒng)主機(jī)計(jì)算機(jī)就可以利用這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出建筑實(shí)際冷負(fù)荷，并最終確定冷水機(jī)組的開啟數(shù)量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

就目前技術(shù)水平來說，空調(diào)冷水機(jī)組節(jié)能邏輯控制思路主要有兩種形式。

第一，以冷凍水回水溫度來對(duì)開啟機(jī)組臺(tái)數(shù)進(jìn)行控制，如圖1所示；

第二，以主機(jī)運(yùn)行信號(hào)和故障報(bào)警信號(hào)為參考對(duì)冷熱主機(jī)進(jìn)行信號(hào)反饋調(diào)節(jié)，如圖2所示。

另外從節(jié)能方面考慮，建筑中央空調(diào)控制系統(tǒng)在符合室內(nèi)溫度要求的前提下，應(yīng)當(dāng)可以通過對(duì)室外溫濕度的變化來自動(dòng)對(duì)室內(nèi)全年室內(nèi)的溫濕度設(shè)定參數(shù)值進(jìn)行調(diào)整。

3.2 空調(diào)能量輸送部分自控分析

在對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能自控設(shè)計(jì)的過程中，空調(diào)能量輸送部分也是其中的一個(gè)重點(diǎn)，而這部分主要包括空調(diào)冷凍泵、熱水泵、冷卻水泵及輸送管道部分等。

首先空調(diào)冷卻水系統(tǒng)主要是利用冷卻塔和冷卻水泵及其管道系統(tǒng)等將冷卻水輸送至制冷機(jī)中，其監(jiān)控系統(tǒng)的功能是對(duì)冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷卻水泵等運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以保障制冷機(jī)組冷凝器側(cè)通過的冷卻水量充足，同時(shí)該系統(tǒng)還可以通過對(duì)室外溫濕度的變化以及建筑冷負(fù)荷情況等對(duì)冷卻水的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使冷卻水溫度在設(shè)定溫度范圍之內(nèi)。因此設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行這部分自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中可以利用現(xiàn)場(chǎng)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻塔風(fēng)機(jī)啟停狀態(tài)、運(yùn)行情況的檢測(cè)、以及水路電動(dòng)閥開閉狀態(tài)等的控制，而其中冷卻塔風(fēng)機(jī)啟動(dòng)臺(tái)數(shù)則是綜合了冷凍機(jī)和冷卻泵開啟臺(tái)數(shù)、室外溫濕度等情況，并通過系統(tǒng)主機(jī)參數(shù)計(jì)算進(jìn)行確定的。

其次，冷凍水系統(tǒng)自控功能是使蒸發(fā)器運(yùn)行正常，避免由于通過水量不足所導(dǎo)致的蒸發(fā)器被凍壞情況的發(fā)生，同時(shí)利用該系統(tǒng)還可以降低循環(huán)泵的電耗量，節(jié)省系統(tǒng)運(yùn)行成本。因此在對(duì)能量輸送部分自控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)。

第一，通過提高冷熱水的供回水溫差，降低水流量、輸送動(dòng)力以及送風(fēng)流量；

第二，通過利用變風(fēng)量以及變流量末端自動(dòng)控制來降低水泵、冷水機(jī)組以及風(fēng)機(jī)的電能消耗；第三，加大對(duì)空調(diào)供水各個(gè)環(huán)節(jié)的控制力度，以空調(diào)運(yùn)行需要為基礎(chǔ)來對(duì)水流量進(jìn)行控制，進(jìn)而在保障設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上提高節(jié)能效果。

3.3 空調(diào)新風(fēng)機(jī)系統(tǒng)自控系統(tǒng)分析

在整個(gè)中央空調(diào)冷熱負(fù)荷中，新風(fēng)量占有比重比較大，因此在自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中對(duì)新風(fēng)自動(dòng)化和節(jié)能控制部分也應(yīng)當(dāng)給予一定的考慮，而為了實(shí)現(xiàn)對(duì)新風(fēng)的自控，空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制器部分應(yīng)當(dāng)具備以下功能。

首先，具備對(duì)新風(fēng)機(jī)啟停狀態(tài)的定時(shí)控制。一般情況下，時(shí)間控制可以以年、月、日、時(shí)、分等為時(shí)段進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，且每天最小應(yīng)當(dāng)設(shè)定三個(gè)啟停時(shí)段控制程序；

其次，當(dāng)監(jiān)測(cè)到新風(fēng)機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，可以及時(shí)的發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)重新設(shè)定風(fēng)機(jī)出口溫濕度參數(shù)值，并使其滿足控制標(biāo)準(zhǔn)。

另外一旦檢測(cè)相互新風(fēng)過濾器兩端壓差超過要求值后，會(huì)發(fā)出過濾網(wǎng)堵塞報(bào)警信號(hào)，同時(shí)中控室也會(huì)有出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)；再次在冬季，一旦熱盤管的溫度小于設(shè)定參數(shù)值后，自控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)立即啟動(dòng)防凍保護(hù)程序，使風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，關(guān)閉新風(fēng)風(fēng)門，開啟熱水閥等。

最后，為了進(jìn)一步提高節(jié)能控制水平，設(shè)計(jì)過程中還可以通過改變新風(fēng)回風(fēng)比來對(duì)供暖供冷進(jìn)行控制，例如冬夏季使用最小新風(fēng)量，過渡季節(jié)使用全新風(fēng)來量，而在預(yù)熱預(yù)冷過程中關(guān)閉新風(fēng)量使用。

3.4 風(fēng)機(jī)管盤監(jiān)測(cè)自控控制分析

現(xiàn)階段，在中央空調(diào)系統(tǒng)控制中，風(fēng)機(jī)盤管直接控制系統(tǒng)的應(yīng)用運(yùn)行成本較高，因此在實(shí)際應(yīng)用中該系統(tǒng)應(yīng)用比較少，但是從節(jié)能方面分析，監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用是必不可少的。而為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)可以通過利用溫控器和二通電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來對(duì)溫度和風(fēng)速進(jìn)行控制，而在對(duì)風(fēng)機(jī)盤管電源控制中可以以樓層、用途以及作用時(shí)間等為參考進(jìn)行分別控制。

另外，還可以在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置手動(dòng)啟?？刂?，而在時(shí)間控制方面可以以年、月、周、日等為基礎(chǔ)進(jìn)行分別設(shè)置。

4 結(jié) 語

綜上所述，在現(xiàn)代化通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展的今天，中央空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制和節(jié)能性能也在不斷的提高，尤其是一些先進(jìn)自控技術(shù)的應(yīng)用，一方面提高了能源的利用效率，另一方面也優(yōu)化了空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行性能，為用戶提供了更加舒適和人性化的辦公環(huán)境，因此在今后空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)加大對(duì)一些先進(jìn)技術(shù)的研究和應(yīng)用力度，以有效推動(dòng)空調(diào)自控和節(jié)能系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)程。

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