中央空調(diào)節(jié)能控制研究

趙科　趙年斌

【摘要】本文主要介紹了中央空調(diào)冷熱源節(jié)能控制的重要性，闡述了中央空調(diào)冷熱源節(jié)能控制的技術(shù)原理及一些簡(jiǎn)單的控制策略。做好中央空調(diào)冷熱源的節(jié)能控制對(duì)建筑節(jié)能具有十分重大的意義。

【關(guān)鍵詞】中央空調(diào)；冷熱源；節(jié)能控制；群控

1、冷熱源節(jié)能控制的背景與必要性

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，中央空調(diào)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)與民用建筑。根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)，中央空調(diào)的用電量占各類大廈總用電量的60%以上，能耗消耗極大。在傳統(tǒng)的中央空調(diào)冷熱源設(shè)計(jì)中，制冷主機(jī)、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)等設(shè)備的容量基本按建筑物最大制冷量或最大制熱量等需求選定，且在日常的運(yùn)行和管理中，只進(jìn)行簡(jiǎn)單人為管理，一般各電機(jī)都長(zhǎng)期運(yùn)行在工頻狀態(tài)下，部分具有自動(dòng)控制的中央空調(diào)系統(tǒng)，也只有簡(jiǎn)單的控制，沒有群控，電機(jī)即使有變頻控制，一般也是認(rèn)為的設(shè)定一個(gè)運(yùn)行頻率，造成了很大的能源浪費(fèi)。因此，采用一種以變頻調(diào)速技術(shù)為核心的中央空調(diào)冷熱源節(jié)能群控系統(tǒng)顯得十分必要。

2、冷熱源節(jié)能控制技術(shù)原理

2.1中央空調(diào)運(yùn)行的基本原理

中央空調(diào)制冷的工作原理為：制冷機(jī)組通過壓縮機(jī)將制冷劑壓縮成液態(tài)后送到蒸發(fā)器中與冷凍水進(jìn)行熱交換，將冷凍水制冷。冷凍水泵將冷凍水加壓送到各房間風(fēng)機(jī)風(fēng)口的冷卻盤管中。盤管充當(dāng)熱交換器，和室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換。風(fēng)機(jī)把室內(nèi)空氣吸入，流經(jīng)盤管表面，進(jìn)行冷卻，再送入室內(nèi)達(dá)到降溫的目的。熱交換過程中冷凍水溫度升高，被送回冷凍主機(jī)后又成為冷凍水，繼續(xù)循環(huán)。而在制冷過程中制冷劑蒸發(fā)后會(huì)釋放出大量熱量，通過冷凝器與冷卻循環(huán)水進(jìn)行熱交換，冷卻水溫度升高，再由冷卻水泵將帶走熱量的冷卻水送到冷卻塔上。冷卻塔也相當(dāng)于一個(gè)熱交換器，冷卻水在這里進(jìn)行噴淋，由冷卻塔風(fēng)扇加快其與大氣之間的熱交換，最終將熱量散發(fā)到大氣中去，冷卻水溫度降低進(jìn)入冷卻水管路繼續(xù)循環(huán)。如此周而復(fù)始就實(shí)現(xiàn)了建筑物內(nèi)的空氣調(diào)溫。

2.2節(jié)能控制技術(shù)原理

中央空調(diào)系統(tǒng)包括多個(gè)相互聯(lián)系、相互制約的子系統(tǒng)，如冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等。各部件之間的耦合關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致子系統(tǒng)中的變量也以各種形式相互制約著，任何一個(gè)變量的變化都可能引起其他變量發(fā)生變化，使得中央空調(diào)系統(tǒng)的控制往往十分復(fù)雜，中央空調(diào)系統(tǒng)的控制具有多樣性。對(duì)于給定的一個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)，其運(yùn)行參數(shù)包括主機(jī)冷凍水出水溫度，冷凍供回水總管溫度，冷卻水出水溫度，冷卻供回水總管溫度，冷凍水流量，供回水壓差，室外溫濕度以及蒸發(fā)冷凝壓力等，必須兼顧各個(gè)子系統(tǒng)，集中監(jiān)測(cè)多個(gè)運(yùn)行參數(shù)，綜合分析計(jì)算，選定合理的控制策略，才能得到滿意的控制效果。

在滿足空調(diào)區(qū)室內(nèi)空氣溫度、濕度、空氣品質(zhì)等級(jí)要求并保證空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，根據(jù)負(fù)荷特性，優(yōu)化現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行、控制模式，對(duì)空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)載跟蹤調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)水系統(tǒng)的供需平衡，提高能源利用效率，減少能源的不必要浪費(fèi)，降低空調(diào)電費(fèi)開支。通過系統(tǒng)集中監(jiān)控，提高中央空調(diào)系統(tǒng)管理效率和控制質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)綠色建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3、冷熱源節(jié)能控制策略介紹

傳統(tǒng)的冷熱源控制一般只有簡(jiǎn)單的啟停以及人為的水泵變頻調(diào)速控制，控制比較粗糙，策略比較簡(jiǎn)單，不能很好的節(jié)能。中央空調(diào)冷熱源群控需要從冷熱源的全局出發(fā)，結(jié)合室外溫濕度情況，根據(jù)末端負(fù)荷使用情況來控制冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔等設(shè)備的開啟臺(tái)數(shù)，調(diào)節(jié)水泵的相關(guān)頻率，從而達(dá)到節(jié)能的效果?？刂撇呗陨细訌?fù)雜，節(jié)能效果更加明顯。

3.1主機(jī)控制策略

中央空調(diào)冷熱源群控系統(tǒng)可以通過對(duì)系統(tǒng)參數(shù)實(shí)時(shí)采集和分析運(yùn)算，以負(fù)荷預(yù)測(cè)為前提對(duì)冷水主機(jī)進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)臺(tái)數(shù)控制，優(yōu)化組合，輪換使用和參數(shù)設(shè)置。

（1）冷水機(jī)組啟停控制

機(jī)房集控系統(tǒng)會(huì)基于以下原因啟停一臺(tái)冷水機(jī)組：有系統(tǒng)啟動(dòng)/停止請(qǐng)求；有加機(jī)/減機(jī)請(qǐng)求；前一臺(tái)冷水機(jī)組故障。

（2）主機(jī)加減機(jī)臺(tái)數(shù)智能控制

監(jiān)測(cè)各冷凍水回水支路的溫度傳感器和冷凍水出水總管的溫度傳感器，根據(jù)系統(tǒng)供回水溫度值自動(dòng)計(jì)算建筑空調(diào)實(shí)際所需冷負(fù)荷；根據(jù)運(yùn)行中實(shí)際負(fù)荷變化實(shí)現(xiàn)主機(jī)的加減機(jī)臺(tái)數(shù)控制，實(shí)現(xiàn)主機(jī)節(jié)能。

3.2水泵控制策略

對(duì)冷熱源中的冷凍水泵、冷卻水泵以及熱水泵進(jìn)行智能變頻調(diào)速控制，通過檢測(cè)水溫度、壓力、流量監(jiān)視末端負(fù)荷變化，根據(jù)水溫度、壓力、流量計(jì)算該工況下所需的冷凍水、冷卻水、熱水等流量，從而通過調(diào)整頻率調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能目的。在電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中采用多元參數(shù)采集，根據(jù)參數(shù)變化區(qū)間對(duì)電機(jī)頻率和頻率變化幅度進(jìn)行分段調(diào)整，兼顧各參數(shù)、參量變化的耦合關(guān)系，使調(diào)整結(jié)果最優(yōu)。

3.3冷卻塔控制策略

根據(jù)冷卻水回水總管的溫度傳感器和冷卻水供水總管的溫度傳感器所測(cè)定的溫度，通過系統(tǒng)智能管理控制器自動(dòng)計(jì)算，調(diào)整冷卻塔運(yùn)行參數(shù)，控制冷卻塔運(yùn)行臺(tái)數(shù)；同時(shí)采集各冷凍水主機(jī)冷卻水進(jìn)出水管道溫度傳感器所測(cè)溫度，控制冷卻水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)、頻率；實(shí)現(xiàn)冷卻水側(cè)管路運(yùn)行監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集修正，實(shí)時(shí)調(diào)整冷卻水側(cè)運(yùn)行參數(shù)，使冷卻水側(cè)運(yùn)行平穩(wěn)。

3.4水力平衡控制策略

基于冷熱水系統(tǒng)能量分配平衡的動(dòng)態(tài)水力平衡優(yōu)化控制，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)空調(diào)冷凍（熱）水系統(tǒng)負(fù)荷側(cè)和冷（熱）源側(cè)的動(dòng)態(tài)水力平衡。在分水器出水各支管設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，從整個(gè)冷凍水系統(tǒng)全局的水力工況出發(fā)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)各環(huán)路所需冷凍（熱）水流量的同時(shí)，也會(huì)進(jìn)行各環(huán)路的阻力匹配，有效屏蔽其他支路冷凍（熱）水流量變化的影響，保證在總管變流量的情況下，實(shí)現(xiàn)各支路水利平衡。同時(shí)通過集水器各回水支管上的溫度傳感器所采集的數(shù)據(jù)計(jì)算出每個(gè)區(qū)域的負(fù)荷需求，通過調(diào)節(jié)閥對(duì)各個(gè)區(qū)域的負(fù)荷進(jìn)行分配，以達(dá)到冷源側(cè)到負(fù)荷側(cè)整個(gè)水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)能量平衡，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)語(yǔ)：

隨著時(shí)代的發(fā)展，節(jié)能越來越受人們的重視，而中央空調(diào)冷熱源系統(tǒng)在各類大廈建筑中占了較大比重的能耗，且傳統(tǒng)的中央空調(diào)控制方式無法有效的節(jié)約中央空調(diào)冷熱源的能耗，因此更加先進(jìn)的中央空調(diào)冷熱源控制技術(shù)的應(yīng)用顯得十分必要。