淺談基于大空間的節(jié)能控制方案

陸珺

上海浦公節(jié)能環(huán)保科技有限公司 上海 201209

1 大空間建筑主要的空調設計及控制

1.1 空調風系統(tǒng)

在不同的功能區(qū)域采用不同的空調系統(tǒng)，主要有雙風機全空氣系統(tǒng)、單風機全空氣系統(tǒng)、單風機全空氣系統(tǒng)+VAV（變風量）系統(tǒng)。

雙風機全空氣系統(tǒng)是四管制定（變）風量空調機組，帶有送、回風機（變風量系統(tǒng)為變頻送、回風機），可調節(jié)控制冷熱水閥、新風閥、回風閥、排風閥，監(jiān)測室內空氣質量、回風溫濕度、室內溫度，進行防凍報警保護。

采用溫度控制、CO2控制節(jié)能措施，可節(jié)約20%左右能源；采用冷熱水系統(tǒng)節(jié)能措施，可節(jié)約30%左右電力；采用時間表控制節(jié)能措施，平均每天可減少設備運行時間2h；利用新風機控制變風量，可節(jié)約20%左右電力。

1.2 空調水系統(tǒng)

大樓冷熱源來自于能源中心。通過管網系統(tǒng)，冷凍水或蒸汽進入建筑的熱力交換站，通過熱交換器產生空調用的二次冷、熱水?？照{節(jié)能控制系統(tǒng)能實時監(jiān)控冷熱水循環(huán)水泵，能根據末端負荷進行變頻控制，控制板式熱交換器的二次冷熱水的供水溫度[1]。

2 主要空調系統(tǒng)的控制節(jié)能策略的設計研究

2.1 四管制空調機組

2.1.1 冷、熱盤管水調節(jié)閥控制：測量回風溫濕度，根據回風溫度調節(jié)2個水閥開度。冷熱盤管調節(jié)閥按分層控制方式工作，不得同時處于打開狀態(tài)。2個調節(jié)閥閥位信號（模擬量）返回，濕度信號用于測量。當測量的回風濕度高于回風濕度設定值時，冷熱水盤管調節(jié)閥控制進入除濕模式，此時冷水閥開至最大，以使空氣溫度降低至露點溫度進行除濕，同時調節(jié)熱水調節(jié)閥開度，以使送風溫度維持在送風溫度設定值，以避免送風溫度過低造成結露。

2.1.2 風閥控制：空調機組設有回風風閥，新風風閥，根據回風CO2濃度調節(jié)新風風閥開度，回風風閥連動反方向開閉，回風閥與新風閥開度的比例關系在調試中決定，風閥執(zhí)行器均應有機械限位附件，強制限制風閥開度。

2.1.3 風機控制：按時間程序控制啟停，風機停運時，聯(lián)動關閉水調節(jié)閥、風閥。風機前后安裝空氣壓差開關，以取得風機的真實運行信號。

2.2 VAV空調機組

2.2.1 風機啟停及轉速控制：測量主送風管約2/3處風管靜壓，調節(jié)變頻器頻率。變頻器的頻率信號（模擬量），運行及故障信號（開關量）返回。風機按時間程序啟停，風機停運時，聯(lián)動關閉水調節(jié)閥、風閥及加濕器。

系統(tǒng)靜壓的設定是關鍵的問題。如果設定點太低，則某些VAV末端的風門開度到了100%，但實際流量還是比所需流量要小。而如果設定點過高，風機的能源就被浪費掉了；靜壓的設定點越高，風機就越難于保持設定點，嚴重時導致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，系統(tǒng)噪聲增大，根據末端風量控制裝置的實際閥位來判斷當前系統(tǒng)靜壓設定值是否合適。靜壓再設法的原則是保證系統(tǒng)靜壓設定值既滿足系統(tǒng)送風量的需求，又不會因設定得過高而造成能耗浪費或噪聲等問題。

當系統(tǒng)中VAVBOX的實際閥位都在90%以上，則反映系統(tǒng)靜壓設定值偏小，此時應適當增加系統(tǒng)靜壓設定值；當系統(tǒng)中VAVBOX的實際閥位都小于70%，則反映系統(tǒng)靜壓設定值偏大，此時應適當減小系統(tǒng)靜壓設定值。

2.2.2 冷、熱盤管水調節(jié)閥控制：測量送風溫濕度，依據送風溫度調節(jié)水閥開度。冷、熱盤管調節(jié)閥按分層方式工作，不得同時處于打開狀態(tài)。

當測量的送風濕度高于回風濕度設定值時，冷熱水盤管調節(jié)閥控制進入除濕模式，此時冷水閥開至最大，以使空氣溫度降低至露點溫度進行除濕，同時調節(jié)熱水調節(jié)閥開度，以使送風溫度維持在送風溫度設定值，以避免送風溫度過低造成結露。

變風量系統(tǒng)在負荷變化不大時通過調節(jié)每個VAVBOX的送風量來調節(jié)負荷。但當區(qū)域負荷顯著下降時，如果一味減小系統(tǒng)送風量，則會造成散流器因風速不夠不能形成良好的貼附射流以充分混合空氣，在送冷風的場合，冷風會直接“掉”到散流器正下方的區(qū)域，使這部分區(qū)域過冷，而其他區(qū)域因為沒有冷風混合而過熱。為了解決這個問題，在系統(tǒng)負荷降低為設計負荷的60%以下時，也就是當空調箱送風機頻率降低至30Hz以下時，應保持送風機頻率不變，而重新調整送風溫度，在送冷風的場合應適當提高送風溫度設定值，在送熱風的場合應適當降低送風溫度設定值。這樣一方面保證了末端裝置有良好的氣流組織，另一方面也可以進一步降低系統(tǒng)對冷凍水或者熱水的需求，節(jié)省了冷熱源及冷凍水泵或熱水泵的能耗。

2.2.3 風閥控制：空調機組設有回風風閥，新風風閥。根據回風CO2濃度調節(jié)新風風閥開度，回風風閥連動反方向開閉，回風閥與新風閥開度的比例關系在調試中決定。

2.2.4 空調機組過濾器安裝空氣壓差開關，過濾器堵塞時發(fā)出信號。

2.3 空調水系統(tǒng)控制節(jié)能策略

循環(huán)水泵臺數及頻率的控制：

當系統(tǒng)處于部分負荷時，循環(huán)水泵將運行于部分負荷的工況下。無論是板式換熱器一次側水泵還是二次側水泵，都是多臺變頻水泵并聯(lián)的形式，當系統(tǒng)所需流量需要調節(jié)時，既可以改變運行水泵的臺數（臺數控制），也可以調節(jié)運行中水泵的頻率（頻率調節(jié)）。因此在制定水泵臺數控制和頻率調節(jié)的控制策略時，以水泵特性曲線為依據，找到滿足系統(tǒng)穩(wěn)定、且能耗最低的最佳運行狀態(tài)點。

按照水泵的特性曲線（流量-揚程曲線、效率-揚程曲線）采用經驗曲線的方法，其中效率的定義如下。

下圖是典型的水泵特性曲線：

圖1 不同頻率下水泵流量－揚程特性曲線

圖2 不同頻率下水泵流量－效率特性曲線

從圖中可以看出，對于不同的頻率和流量，水泵的運行效率是不同的，我們可以得知對應某一揚程和流量時，一臺水泵的能耗，再乘以水泵運行的臺數，就可以得知水泵組的總能耗。

如果運行的水泵臺數為2，則每臺水泵流量為750m3/h，則根據流量－揚程特性曲線可知每臺水泵運行頻率均為37.5Hz，根據流量－效率特性曲線可知每臺水泵的效率均為65%，根據效率公式，每臺水泵功率為94.2kW，則水泵組總能耗為188.4kW。

如果此時運行的水泵臺數為3，則每臺水泵流量為500m3/h，則根據流量－揚程特性曲線可知每臺水泵運行頻率均為35Hz，根據流量－效率特性曲線可知每臺水泵的效率均為55%，根據效率公式，每臺水泵功率為74.2kW，則水泵組總能耗為222.5kW。

比較上述兩種臺數組合，則可以判定在這樣的工況下水泵組開啟2臺更節(jié)能。因此建議在制定控制策略時對水泵性能參數進行全面的搜集整理，并基于此計算出節(jié)能數據庫，在實際運行時根據節(jié)能數據庫中所得出的節(jié)能參數來控制水泵的臺數。

板式換熱器臺數控制和二次側出水溫度設定值調節(jié)策略在板式換熱器和二次側熱水或冷水水泵組成的系統(tǒng)當中，二次側出水溫度－空調水循環(huán)水泵總流量是一組相關變量，它們共同負擔著系統(tǒng)負荷。在負荷一定的情況下，空調循環(huán)水流量與二次側供回水溫差成反比。

當系統(tǒng)處于低負荷運行時，既可以降低二次側循環(huán)水泵的流量，也可以減小二次側供回水溫差，或者是這兩者的組合。我們建議在制定控制策略的時候應該以整個系統(tǒng)作為分析對象，找到系統(tǒng)的效率最佳點。

一次側與二次側水泵能耗是此消彼長的關系，而影響能耗分配的參數則是換熱器的臺數和溫差參數的設置。

3 結束語

通過上述對空調水系統(tǒng)、空調風系統(tǒng)的典型控制策略的研究，在建筑節(jié)能領域廣泛運用自控技術會極大地提高大空間建筑能耗節(jié)約，可以在節(jié)能環(huán)保綠色建筑中更好的凸顯其綠色環(huán)保的特點。