中央空調變流量節能控制系統設計研究

柳洋

煤炭工業鄭州設計研究院股份有限公司（450007）

中央空調變流量節能控制系統設計研究

柳洋

煤炭工業鄭州設計研究院股份有限公司（450007）

通過對某建筑中央空調變流量節能控制系統的研究，探討了冷凍水側的變流量控制方案，以期為業界同仁提供參考。

中央空調；節能；變流量；設計

按照有關數據，我國每年需要消耗非常大的電能，總數額比發達國家高1 768.3億kW·h左右，我國單一產值的能耗遠遠高于全球平均值。通過這些數據不難看出，我國公司還沒有達到大的節能空間。根據初步估算，我國節能的潛力大約為300億元/年，其中大約50%的來自于空調節能。鑒于這方面的原因，筆者以我國某地具體案例為例，研究了中央空調變流量節能運行系統。

某地的一座建筑物，其原來的中央空調水系統主要有離心式冷卻水泵3臺、離心式冷凍水泵3臺。兩臺水泵兩者分別為75和55 kW異步電機驅動，都是Y系列的產品。除此之外，中央空調水系統還有大連三洋DCC-42K直燃式溴化鋰吸收式制冷機組3臺,并且每一個末端盤管前端都配置了二通閥。通過這種方式，19層以上的所有樓層都通過19層的換熱器進行制冷或者采暖。總的來說，其核心組成成分為3臺直燃式溴化鋰吸收式制冷機組，水循環系統主要涉及到冷卻水、冷凍水。

1 設計方案

經過長時間的使用得知,將變流量系統引入到這一建筑中央空調的冷卻水、冷凍水之中是非常可行的,然而,要想進一步提高節能效果,就應當改造冷卻水與冷凍水系統，把它們設計為雙變流量系統[1]。

1.1 冷凍水側的變流量控制方案

原中央空調水系統主要通過一次泵系統（負荷側變流量+冷源測定流量）運行。從系統結構方面進行分析，制冷機組有能力變負荷運行，其蒸發器之中的流量可以伴隨負荷而不斷變化，因此，對這一個系統進行改造，將其升級為一次泵變流量系統，可操作性相對較高。根據改造方案，要是末端空調負荷有所改變，電動二通閥就會調節開度。通過這種方法來改變冷凍水量，再配合上針對性的控制策略，變頻水泵和冷凍機組都能夠隨負荷而一起改變。這時，單純地調整一下冷水流量、制冷機容量,就可以使負荷工況的具體需求得到基本滿足。要是將旁通控制閥正確地配置于旁通管的合理的部位，就能夠控制冷凍機流量，使其處于最低水平。實踐證實，一次泵變流量可以使當前空調系統改造的需要得到滿足。在這里，對一次泵定流量系統的節能改造即將其升級為一次泵變流量系統，能夠減小改造規模，縮減改造費用。一次泵變流量系統，基本上采用定溫差控制法、定差控制法。定溫差控制法根據部分負荷狀況，通過保持供回水溫差不變的方式來降低流量與水泵的輸送能耗（如圖1）。

圖1 一次泵變流量水系統溫差控制示意圖

通過圖1可以看出，將溫度傳感器配置于供水總管的上，利用它來收集供水溫度T1/T2，將其差值ΔT求出來,然后對比ΔT和系統設定溫差ΔT0之間的關系，要是兩者差值大于dead-band（誤差死區），則提高控制水泵的轉速；要是兩者差值小于誤差死區，則應當降低控制水泵的轉速。

1.2 冷卻水系統變流量控制方案

對于冷卻水來說，定流量的設計方案非常容易造成水泵輸送能耗的無限提高。冷卻水量大于冷凍水量，外加冷卻水管路非常簡單，因此變流量改造可以進一步降低能耗，還可以進一步簡化步驟。伴隨制冷機組性能與質量的不斷提升，變流量改造帶來的巨大節能收益明顯高于變冷卻水量的負面作用。對于冷卻水系統的節能控制來說,一方面應當以滿足負荷的具體需要為基礎,控制冷卻水流量，使其處于相對偏低的水平,另一方面，還應當防止冷凝溫度的改變對制冷機COP值的負面作用，也就是杜絕通過無限制減小機組性能的方式來使變流量輸送能耗縮減。對于一次泵變流量系統來說，定溫差控制法即通過讓冷凝器內部冷卻水進出溫差保持不變的方式使流量等比例變化，這時負荷高低在很大程度上決定著流量的改變[2]。

2 對改造方案的討論

通過分析兩種控制方案，結合中央空調水系統的具體狀況，我們設計出新的控制方案：實行雙變流量方案，也就是改造冷凍水、冷卻水兩個系統的變流量，使系統節能效果與機組運行的安全可靠性均能夠達到最大。冷凍水系統實行定溫差控制法，也就是其送回水溫差應當保持在4.5～5.5℃范圍；冷卻水系統實行定溫差控制法，也就是其進出水溫差應當保持在4.5～5.5℃范圍。另一方面，通過全變頻方案實現冷卻水泵、冷凍水泵的轉速控制,也就是單臺水泵都安裝上變頻器（總共4臺）。主控制器實行研華IPC-610H工業控制計算機的方法及以工業RS-485總線為基礎的完整型數據采集與控制系統。總的來說，這一個系統主要是以RS-485網絡為基礎的。工業控制計算機的具體操作程序:RS-232串口輸出信號→RS-232/RS-485轉換器轉換信號→RS485總線對遠程溫度采集模塊ADAM-4015（2臺）→變頻器（4臺）發出請求命令或控制命令。這樣,通過工業控制計算機將相應的控制命令發出，不僅能夠實現對水系統流量的有效控制，而且能夠實現對冷卻水、冷凍水溫度的有效控制。

3 結語

綜上所述，首先指出了冷凍水側的變流量控制方案與冷卻水系統變流量控制方案，然后對兩個方案的進行討論。研究發現，如果通過系統發出控制命令，那么不但能夠有效控制空調的水系統流量，還能夠有效控制兩個子系統的水溫，然后通過發出請求命令，系統就能夠進行數據采集工作。

[1]王烈準,陳梅.基于PLC、變頻器和觸摸屏的中央空調節能改造[J].黃山學院學報,2013,15(5):23～27.

[2]于秋紅,王曉麗,韓成杰,等.中央空調變流量節能控制系統的設計[J].吉林建筑工程學院學報,2011,28(6):32～34.