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    中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究

    2016-05-30 06:01:27徐莉君張勝
    科技尚品 2016年1期
    關(guān)鍵詞:中央空調(diào)模糊控制組態(tài)

    徐莉君 張勝

    摘 要:首先對(duì)中央空調(diào)用能現(xiàn)狀進(jìn)行說(shuō)明,對(duì)系統(tǒng)用能部分進(jìn)行了解,對(duì)影響系統(tǒng)制冷效率的因素進(jìn)行分析;再采用計(jì)算機(jī)、PLC、觸摸屏、變頻器、溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等各種設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì),然后對(duì)可編程邏輯控制器進(jìn)行系統(tǒng)編程,用組態(tài)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行上位組態(tài);最后給出實(shí)際案例節(jié)能情況分析。

    關(guān)鍵詞:中央空調(diào);變頻;節(jié)能;模糊控制;組態(tài);節(jié)電率

    目前全國(guó)電力供求矛盾突出,環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。為了保證中央空調(diào)系統(tǒng)有較高的運(yùn)行效率和較好的運(yùn)行狀態(tài),如何提高中央空調(diào)主機(jī)、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔、末端風(fēng)機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行效率,降低其能耗是當(dāng)務(wù)之急。

    1 中央空調(diào)系統(tǒng)用能概況

    1.1 中央空調(diào)系統(tǒng)用能現(xiàn)狀及分析

    現(xiàn)如今全國(guó)中央空調(diào)系統(tǒng)耗電量占社會(huì)總用電量20%左右,占建筑總能耗的30%~60%。

    在我國(guó)南方,通過(guò)國(guó)家制冷學(xué)會(huì)的大量調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,每年空調(diào)制冷開(kāi)機(jī)時(shí)間為10~12個(gè)月,其不同月份和每天不同時(shí)段的負(fù)荷情況也不一樣,如圖1和圖2所示。

    從圖1和圖2可以看出,40%以下負(fù)載量在1月、2月、3月、4月、11月和12月出現(xiàn);70%~40%負(fù)載量在5月、10月出現(xiàn);100%~70%負(fù)載量在6月、7月、8月、9月出現(xiàn);由此可見(jiàn)一年中系統(tǒng)負(fù)載率在50%以下的時(shí)間占全部運(yùn)行時(shí)間的50%以上,節(jié)能空間巨大,對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)實(shí)施節(jié)能控制,具有現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。

    1.2 影響制冷效率的主要因素

    影響中央空調(diào)系統(tǒng)制冷效率的主要因素有環(huán)境因素、機(jī)組因素、人為因素。

    1.2.1 環(huán)境因素

    環(huán)境因素是多變的,針對(duì)這種特性,可以采用中央空調(diào)自適應(yīng)變頻節(jié)能系統(tǒng)。

    1.2.2 機(jī)組因素

    冷凝器銅管結(jié)垢,蒸發(fā)器銅管結(jié)油,干燥過(guò)濾器堵塞,制冷劑太少,膨脹閥開(kāi)啟度不對(duì)等。當(dāng)冷凝器換熱不良時(shí),冷凝壓力就會(huì)升高,此時(shí)冷卻效率會(huì)降低,為達(dá)到同樣的冷卻量,耗電量就會(huì)上升。針對(duì)這種因素的特征,可以采用中央空調(diào)冷凝器在線(xiàn)清洗裝置。

    2 節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    2.1 設(shè)計(jì)理論

    2.1.1 節(jié)能系統(tǒng)優(yōu)化控制

    中央空調(diào)系統(tǒng)具有多干擾、多變量、大慣性、大時(shí)延等特點(diǎn)。針對(duì)這一特點(diǎn),將空調(diào)設(shè)備采用的先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、模糊控制技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)集成在一起,實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的智能模糊控制,在保障空調(diào)效果舒適性的前提下,使設(shè)備高效運(yùn)行,以利于能源的綜合利用,最大化地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

    2.1.2 風(fēng)機(jī)水泵變頻節(jié)能

    以水泵為例,水泵是傳送流體的裝置,其負(fù)載消耗的能量與流量成立方比的關(guān)系。如果采用改變?cè)O(shè)備轉(zhuǎn)速的方式調(diào)節(jié)流量,流量下降時(shí),電量消耗將以三次方的比例下降。在保證流量需求的前提下,采用變頻調(diào)速的方式來(lái)調(diào)節(jié)流量,可以大大降低電力能量的消耗,以達(dá)到節(jié)能目的。

    所以變頻調(diào)速是中央空調(diào)主要的節(jié)能技術(shù)之一。

    2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    2.2.1 風(fēng)機(jī)水泵變頻節(jié)能設(shè)計(jì)

    為使循環(huán)水量與主機(jī)負(fù)荷變化同步調(diào)節(jié),采用成熟的變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻塔散熱系統(tǒng)進(jìn)行改造,是降低中央空調(diào)系統(tǒng)能耗的較好解決方案。

    (1)冷凍循環(huán)水系統(tǒng)的控制方案:采用冷凍進(jìn)出水溫度、溫差、壓力等參數(shù)控制,將冷凍進(jìn)出水溫差控制在4.5℃~5℃,如圖3所示。

    (2)冷卻水系統(tǒng)的控制方案:采用冷卻進(jìn)出水溫度、溫差及冷卻塔環(huán)境溫、濕度等參數(shù)控制(實(shí)時(shí)根據(jù)主機(jī)負(fù)載,調(diào)整變頻器的輸出頻率來(lái)改變冷卻水流量,從而穩(wěn)定溫差),將冷卻水的進(jìn)出水溫差控制在4.5℃~5℃,如圖4所示。

    (3)冷卻塔散熱系統(tǒng)改造措施:主機(jī)冷卻水進(jìn)入冷卻塔后,通過(guò)冷卻塔風(fēng)機(jī)的作用將冷卻水的熱量散發(fā)到大氣,從而降低冷卻水溫度,再進(jìn)入空調(diào)主機(jī)冷凝器吸收熱量。冷卻塔環(huán)境傳感器檢測(cè)冷卻塔環(huán)境溫度、濕度等,送入冷卻塔控制柜的PLC計(jì)算出溫差,與設(shè)定值相比較后,經(jīng)模糊控制,自動(dòng)調(diào)整冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù),使冷卻水出水溫度達(dá)到設(shè)定值范圍。冷卻塔出水溫度設(shè)定值通常為28℃,如圖5所示。

    2.2.2 中央空調(diào)節(jié)能優(yōu)化控制措施

    全局尋優(yōu)節(jié)能必須采用在較短的時(shí)間內(nèi)完成在線(xiàn)控制方式,由此分兩步實(shí)施控制過(guò)程是較為合適的。

    (1)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的各耗能單元,如冷(熱)循環(huán)水、冷卻循環(huán)水等做作局部獨(dú)立的閉環(huán)節(jié)能控制。局部?jī)?yōu)化控制是全局尋優(yōu)控制的基礎(chǔ),局部?jī)?yōu)化控制的效果用水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)表征,這些水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的取值應(yīng)落在有利于全局優(yōu)化節(jié)能的數(shù)值范圍之內(nèi)。

    (2)進(jìn)行全局節(jié)能尋優(yōu)控制。全局尋優(yōu)宜選擇對(duì)系統(tǒng)綜合能耗有重要影響的水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)作為控制對(duì)象,控制對(duì)象的數(shù)量不宜過(guò)多;優(yōu)化節(jié)能的目標(biāo)值宜適度;應(yīng)避免系統(tǒng)控制過(guò)程波動(dòng)過(guò)大不穩(wěn)定。

    全局尋優(yōu)節(jié)能按最優(yōu)化原理和方法進(jìn)行,目標(biāo)函數(shù)為全系統(tǒng)總功耗P(X),X是多維向量,其分量為各水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù),尋優(yōu)目標(biāo)是目標(biāo)函數(shù)P(X)小于或等于某個(gè)設(shè)定值。

    2.3 系統(tǒng)組態(tài)

    通過(guò)使用工控組態(tài)軟件對(duì)節(jié)能系統(tǒng)進(jìn)行上位機(jī)組態(tài),從而實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的“在線(xiàn)監(jiān)視”“在線(xiàn)控制”“參數(shù)設(shè)置”“節(jié)能效果”“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)”“歷史數(shù)據(jù)”,如圖6和圖7所示。

    3 結(jié)束語(yǔ)

    冷凍水泵降低流量、降低轉(zhuǎn)速運(yùn)行節(jié)能改造后雖然會(huì)使水泵供水壓力降低,然而管道特性的壓力損失也會(huì)隨流量減少而減少,即需要的壓力也會(huì)減少,供水壓力與轉(zhuǎn)速的二次方成比例降低,需要壓力(管道損失)則與流量的二次方成比例減少,二者可以相互補(bǔ)償。這一觀點(diǎn)在工程實(shí)踐中得到了證明。節(jié)能改造后會(huì)因?yàn)闊嶝?fù)載的熱量等于流量、溫差、比熱三者的乘積,在中央空調(diào)中,冷凍水泵和冷卻水泵的目的是輸送能量,在恒流量運(yùn)行的系統(tǒng)里,流量不變,但溫差卻是隨熱負(fù)載減少而減少的。在變流量運(yùn)行的系統(tǒng)里,降低流量增加溫差只要使這個(gè)乘積保持不變,也就是使熱負(fù)載相同就可以保證冷凍循環(huán)水(或冷卻水)帶走的熱量相同,可以滿(mǎn)足使用要求。由于乘積保持不變,對(duì)主機(jī)來(lái)說(shuō)做的功是相同的,工控沒(méi)有改變,主機(jī)當(dāng)然不會(huì)增加耗能。

    參考文獻(xiàn)

    [1]張承維.變頻調(diào)速技術(shù)用于中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能[D].貴州大學(xué),2008.

    [2]朱明杰.空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的運(yùn)行控制策略[D].同濟(jì)大學(xué),2007.

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