智能建筑中央空調(diào)系統(tǒng)的控制

文/葛寧 江蘇金陵科技集團(tuán)有限公司 江蘇南京 210008

智能建筑中央空調(diào)系統(tǒng)的控制

文/葛寧 江蘇金陵科技集團(tuán)有限公司 江蘇南京 210008

對(duì)于智能建筑工程，中央空調(diào)系統(tǒng)的控制具有極其重要的作用，因而應(yīng)該引起相關(guān)人員的高度重視。有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該從節(jié)能和安全的角度出發(fā)，不斷提升技術(shù)水平，引入先進(jìn)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)有關(guān)人員還應(yīng)該注重提升公眾的能源意識(shí)，為節(jié)能型、環(huán)保型社會(huì)的建設(shè)貢獻(xiàn)力量。本文主要就智能建筑中央空調(diào)系統(tǒng)的控制進(jìn)行討論。

中央空調(diào)系統(tǒng)；智能建筑；節(jié)能控制

在智能建筑中，空調(diào)系統(tǒng)的耗電量約占全部總耗電量的50%左右，其監(jiān)控點(diǎn)數(shù)常占到全部總監(jiān)控點(diǎn)數(shù)的50%以上。因此，對(duì)智能建筑工程中央空調(diào)系統(tǒng)的控制進(jìn)行分析具有重要意義。

1、當(dāng)前中央空調(diào)節(jié)能控制存在的問(wèn)題

1.1 控制方式單一

在目前應(yīng)用的中央空調(diào)系統(tǒng)中，控制方式基本上采用多回路的PID控制。因中央空調(diào)是一個(gè)干擾大、高度非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，而且各個(gè)單回路之間的耦合強(qiáng)烈所以PID控制往往在動(dòng)態(tài)特性上滿足不了性能要求，通常針對(duì)單個(gè)參數(shù)或工況設(shè)備的控制這就造成空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中節(jié)能效果不佳。

1.2 對(duì)動(dòng)態(tài)負(fù)荷的考慮不夠

空調(diào)負(fù)荷是空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本依據(jù)它直接影響著空調(diào)設(shè)備容量的確定。現(xiàn)行夏季空調(diào)負(fù)荷計(jì)算方法中沒(méi)有考慮新風(fēng)狀態(tài)的變化，可以看出計(jì)算所得的新風(fēng)為一量值這種方法無(wú)法求得空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的動(dòng)態(tài)負(fù)荷，不利于空調(diào)設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行。考慮新風(fēng)狀態(tài)變化計(jì)算空調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)冷負(fù)荷使空調(diào)運(yùn)行時(shí)設(shè)備的出力與空調(diào)系統(tǒng)逐時(shí)負(fù)荷相當(dāng)，這種處理方法更科學(xué)、更節(jié)能。

1.3 沒(méi)有考慮外部環(huán)境變化對(duì)空調(diào)啟停時(shí)間的影響

對(duì)于間歇運(yùn)行的空調(diào)系統(tǒng)，在停機(jī)以后，由于外部環(huán)境的變化、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱的影響，室溫會(huì)發(fā)生變化，又由于房間熱慣性的影響所以在次日開始使用之前必須進(jìn)行預(yù)冷這就必須提前啟動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)，使房間降溫以保證開始使用時(shí)室溫處于要求范圍內(nèi)。

2、中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行

2.1 新風(fēng)機(jī)控制

新風(fēng)的作用是為建筑物提供清潔、衛(wèi)生的新鮮空氣，保障樓宇環(huán)境的健康舒適，但同時(shí)也要綜合考慮溫濕度、廢氣和粉塵等其他污染因素的影響，比如，在夏季中央空調(diào)運(yùn)行過(guò)程中，白天一般空氣溫濕度大，因此主機(jī)40%的能耗用于冷卻新風(fēng)。而在夜間室外氣溫達(dá)到最低點(diǎn)(接近或低于日間空調(diào)室溫值)，于是開啟新風(fēng)機(jī)可對(duì)全樓空氣進(jìn)行全新風(fēng)換氣、凈化，而隨著時(shí)間推移室外氣溫回升到不利于預(yù)冷的數(shù)值時(shí)，自動(dòng)停止夜間凈化運(yùn)行。這一方式既可實(shí)現(xiàn)改善大樓內(nèi)空氣的品質(zhì)，又減少了預(yù)冷的能量消耗。

2.2 水系統(tǒng)節(jié)能

在中央空調(diào)系統(tǒng)中冷凍水泵和冷卻水泵的容量是按照建筑物最大設(shè)計(jì)負(fù)載選定的，一般留有余量，而在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中由于季節(jié)、晝夜和用戶負(fù)荷的變化，實(shí)際空調(diào)負(fù)載在絕大部分時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)負(fù)載低。而建筑物的負(fù)載變化情況決定了水泵流量和壓力變化，在實(shí)際測(cè)量中，我們發(fā)現(xiàn)一年中絕大部分運(yùn)行時(shí)間都在低溫差、大流量情況下工作，從而增加了管路系統(tǒng)的能量損失，浪費(fèi)了水泵運(yùn)行的輸送能量，一般空調(diào)水泵的耗電量約占總空調(diào)系統(tǒng)耗電量的20%～30%，故節(jié)約低負(fù)載時(shí)水系統(tǒng)的輸送能量，具有很重要的意義。

冷凍水泵：樓宇內(nèi)的冷凍水需求量是一個(gè)隨樓宇內(nèi)外環(huán)境溫度、及冷負(fù)荷而變化的量。通過(guò)DDC(現(xiàn)場(chǎng)控制器)對(duì)冷凍水供回水溫度、壓差和流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在保證足夠冷凍水的前提下，采用變頻裝置調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，可以使冷凍水泵節(jié)電。

冷卻水泵：采用和冷凍水泵同樣的控制手段，通過(guò)DDC(現(xiàn)場(chǎng)控制器)自動(dòng)監(jiān)測(cè)冷卻水溫度和壓力，計(jì)算出冷卻水需求量，根據(jù)需求量來(lái)調(diào)節(jié)冷卻水泵轉(zhuǎn)速，可以使冷卻水泵節(jié)電。

2.3 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的控制

變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)如圖1所示，其控制內(nèi)容主要有送風(fēng)量的自動(dòng)調(diào)節(jié)、回風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)、相對(duì)濕度的自動(dòng)控制、新風(fēng)閥、回風(fēng)閥和排風(fēng)閥的比例控制以及變風(fēng)量末端裝置的自動(dòng)調(diào)節(jié)等。

送風(fēng)量的自動(dòng)調(diào)節(jié)：在變風(fēng)量系統(tǒng)中，通常把系統(tǒng)送風(fēng)主干管末端的風(fēng)道靜壓作為變風(fēng)量系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)參數(shù)，根據(jù)主參數(shù)的變化來(lái)調(diào)節(jié)被調(diào)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以穩(wěn)定末端靜壓。穩(wěn)定末端靜壓的目的就是要使系統(tǒng)末端的空調(diào)房間有足夠的風(fēng)量來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，風(fēng)量能夠滿足末端房間對(duì)冷熱負(fù)荷的要求。系統(tǒng)其他部位的房間也就自然滿足要求。

圖1 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程為：當(dāng)房間內(nèi)負(fù)荷需要風(fēng)量增加或減少時(shí)，管道靜壓降低(升高)，傳感器把靜壓變化量±△P檢出，反饋給DDC，經(jīng)控制規(guī)律運(yùn)算后控制信號(hào)輸出至變頻器，變頻器根據(jù)此信號(hào)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)風(fēng)量與所需負(fù)荷平衡時(shí)，靜壓恢復(fù)穩(wěn)定，系統(tǒng)在新平衡點(diǎn)工作。

回風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)：在變風(fēng)量系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)回風(fēng)機(jī)風(fēng)量是保證送風(fēng)、回風(fēng)平衡運(yùn)行的重要手段。在正常工況下運(yùn)行時(shí)回風(fēng)機(jī)隨送風(fēng)機(jī)而動(dòng)，也就是送風(fēng)量改變時(shí)回風(fēng)量也要求改變，并且在數(shù)量上回風(fēng)量小于送風(fēng)量。若兩個(gè)風(fēng)機(jī)功率相等，特性相同，則要求回風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速小于送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用風(fēng)道靜壓控制或風(fēng)量追蹤控制兩種方式來(lái)調(diào)節(jié)回風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

相對(duì)濕度控制：為保證空調(diào)房間內(nèi)有良好的舒適性，室內(nèi)的相對(duì)濕度可以通過(guò)改變送風(fēng)含濕量來(lái)實(shí)現(xiàn)。在工程中一般采用回風(fēng)管道內(nèi)的相對(duì)濕度作為調(diào)節(jié)參數(shù)。根據(jù)該參數(shù)的變化調(diào)節(jié)蒸汽加濕閥的開度，以獲得穩(wěn)定的系統(tǒng)相對(duì)濕度。

新風(fēng)閥、回風(fēng)閥和排風(fēng)閥的比例控制：把回風(fēng)溫濕度傳感器和新風(fēng)溫濕度傳感器所測(cè)值送入控制器進(jìn)行回風(fēng)及新風(fēng)焓值計(jì)算，按照新風(fēng)和回風(fēng)的焓值比例控制新風(fēng)閥和回風(fēng)閥的比例開度。

2.4 空調(diào)機(jī)組最佳啟停時(shí)間

最佳啟動(dòng)控制是根據(jù)傳感器測(cè)定室外氣溫、室內(nèi)氣溫判斷何時(shí)啟動(dòng)空調(diào)以確保空調(diào)區(qū)域人員按規(guī)定時(shí)間進(jìn)入建筑物時(shí)，室內(nèi)溫度恰好達(dá)到設(shè)定值。這種方式既可以保證工作環(huán)境的舒適性要求，又可減少不必要的、過(guò)長(zhǎng)的提前啟動(dòng)時(shí)間。而最佳停機(jī)控制，則是在要保證空調(diào)區(qū)域結(jié)束使用時(shí)仍然保證舒適環(huán)境的前提下，應(yīng)用慣性蓄能原理，使供熱和制冷負(fù)荷利用熱慣性持續(xù)一段時(shí)間。通過(guò)計(jì)算把這段時(shí)間作為空調(diào)停機(jī)的最佳時(shí)間。最佳啟?？刂茖?duì)于非連續(xù)使用的空調(diào)設(shè)備具有顯著的節(jié)能效果。

無(wú)論從控制的角度還是從節(jié)能的角度來(lái)看，中央空調(diào)系統(tǒng)在智能建筑中都具有重要的地位，研究中央空調(diào)系統(tǒng)的控制對(duì)智能建筑具有特殊意義。

[1]范仲海.中央空調(diào)水系統(tǒng)應(yīng)用變頻調(diào)節(jié)的節(jié)能實(shí)測(cè)與分析[J].制冷-2013年5期：124.

[2]何耀東.中央空調(diào)實(shí)用技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社-2013年2月：171-172.

[3]沈浩浩.智能建筑工人時(shí)代來(lái)臨？[J].中國(guó)房地產(chǎn)業(yè).2014.3