電氣自動化在中央空調中的應用研究

劉曉輝

電氣自動化在中央空調中的應用研究

劉曉輝

（河南省黃河迎賓館，河南 鄭州 450043）

在中央空調的使用中，如果制冷控制不好，或是管理不到位，將導致能源浪費，電氣自動化技術的應用正好解決了這一問題，節能改造便成為中央空調發展和應用的最佳路徑。基于此，本文針對電氣自動化在中央空調中的具體應用進行分析和研究，以期能為相關工作人員提供一些參考。

電氣自動化技術；中央空調系統；應用

現如今，中央空調在大型商場、酒店、寫字樓、車站等公共場所的廣泛普及和應用，其強大的溫度調節功能，使人們的居住生活環境的舒適度不斷提升，其優勢不斷突顯。然而，中央空調在使用的過程中也暴露出一些問題，如高耗能、低效率等，而在可持續發展戰略逐步得到重視與執行的今天，節能環保工作愈來愈受到人們的重視。在中央空調的使用中，如果制冷控制不好或是管理不到位，將導致能源浪費，電氣自動化技術的應用正好解決了這一問題，節能改造就成為中央空調發展和應用的最佳路徑。

1 中央空調系統改造的意義

中央空調在給我們的生活帶來便利的同時也引發了一系列問題，如耗能高、維護費用高、存在安全隱患等。中央空調耗電量非常大，相關研究顯示，以高層建筑的中央空調為例，其耗電量占到整棟樓用電量的50%左右，要想徹底改變這種情況，就要對中央空調系統的運行和控制手段進行優化，那么電氣自動化技術的應用就成為中央空調改造和發展的必然選擇。在中央空調整個系統中，其中冷源系統耗電量是最多的，大型的冷源系統用電量甚至上千瓦。以往，經常會采用簡易的啟動運行模式抑或是手動模式對中央空調系統進行控制，但這樣會浪費大量的人力、物力，同時將會耗損較大的電能，這顯然是不適用的。因此，對中央空調系統運用新技術進行節能改造，對創建綠色環境、創建資源節約型社會具有重要意義［1］。

2 電氣自動化在中央空調中的應用策略

2.1 PLC控制系統在中央空調中的應用

中央空調系統的運行主要是通過冷熱媒水路、風路將主機和多個末端進行連接，以此完成冷熱風的輸送，來達到對室內環境溫度加以調控的目的，由制冷系統、冷卻水循環系統以及冷凍水循環系統構成了中央空調系統的基本構架。通過應用自動化控制系統可以對中央空調進行控制，同時這也是實現節能環保的最佳途徑。

在電氣自動化技術中，PLC控制系統以其編程簡便、擁有可靠的結構以及較強的抗干擾性能，逐漸在中央空調的運行中得以廣泛應用。PLC控制系統，是通過對各類數據進行檢測分析，根據不同運行情況設定不同工況運行程序，實現操作人員與設備的緊密互動，對設備運行過程中出現的問題通過檢測設備的檢測和及時反饋，第一時間進行處理，確保設備安全、節能運行。關于PLC的編程，程序工作人員只要將數據符號進行簡單處理就能完成編程任務，通過數據的設定，對中央空調的運行以變頻調速的方式進行控制，既快速，又準確［2］。

中央空調變頻調速系統由設備機組、壓力傳感器、溫度傳感器、變頻器、PLC、主接觸器等組成，其主要的工作原理就是通過交流變頻調速技術來對電動機的轉速進行控制，從而控制冷卻水和冷媒水流量。在空調系統運行初期，電動機進入工作模式且轉速達到一個較大的調速區域時，變頻器對電氣設備進行無極調速控制，這時中央空調系統的供回水總管路節流閥調至最大開啟度，以防因閥門開啟小產生節流而帶來的能量損耗及設備運行的安全問題。冷媒水水泵電機負載檢測系統可以對冷媒的水流量和流速進行控制，從而使冷媒水在風機盤管等末端設備中進行熱交換的時間更加充裕，有效降低電動機的功率消耗。冷卻水的檢測系統可以通過對冷卻水水溫的檢測，將數據傳輸到PLC控制模塊，進而調整冷卻水水泵轉速和閥門開啟度，對冷卻水的流量和流速進行控制，在滿足機組運行條件的情況下，降低水泵運行能耗。

2.2 智能控制在中央空調系統中的應用

現階段，自動化技術在各領域不斷普及，而中央空調控制技術已成為其發展到較高階段的典型代表，集中了多項技術，如信息技術、控制技術及人工智能技術，隨著現階段空調系統的結構逐漸趨于復雜化，采用傳統的控制技術無法達到科學化、精準化，難以滿足實際需要，所以，經過改良和發展，新的智能控制技術應運而生，分別為神經網絡控制技術、模糊控制技術，下面主要針對這兩類控制技術進行分析和探討［3］。

2.2.1 模糊控制技術。這類技術融入了人工智能、模糊數字、計算機科學等多種學科交叉和融合，從而形成一種新的、擁有一定理論性的控制技術。模糊控制系統技術主要是模糊語言變量、模糊集合論以及模糊邏輯推理規則，系統的運行是借助計算機來完成的，這里要強調的就是其重點智能模糊語言的控制器。這個系統具有較強的智能性和學習性，不需要去構建精確的系統模型，模糊控制技術一般都運用在比較復雜的控制過程，以此來實現對中央空調溫度、濕度進行調節控制，實踐取得了很好的效果。運行中，溫度傳感器獲得的回風溫度信號輸入到模糊語言的控制系統中，對系統給出的結構和得出的數值加以分析探討，通過回水自動調節控制閥對冷凍水的流量進行很好的控制，確保室溫控制在合理區間。在中央空調的自動控制系統中，改變新風的溫度會給系統帶來一定干擾，從而達到對系統進行精確控制。

2.2.2 神經網絡控制系統。神經網絡系統工作原理主要是通過人工神經網絡理論作為基礎進行控制，該方式隸屬智能控制中的一個基礎單元。其主要是對人腦神經系統進行模擬，采取適宜的方式與操作系統進行連接，從而構建一個完整的、復雜的神經網絡系統。系統的結構層次主要分為三層，即輸入層、輸出層及隱含層。采用神經網絡來發揮辨識器和控制器的功能和作用，從而形成神經網絡控制系統。

3 中央空調系統能源浪費的原因

3.1 新風合理使用問題

在中央空調的使用過程中，不單單是空調設備的使用，同時涉及新風的合理使用，在不同的季節、不同的時間段，合理使用新風，不但可以有效節約空調能耗，而且可以優化空氣質量，但如果調節不當，會造成空調負荷增加，增加空調用電消耗。比如，在春末或秋初時節，大量使用新風，可以減少中央空調主機的能耗，以及在夏季的早晨和夜間，室外溫度比較低，這時使用新風，也可以降低中央空調的熱處理能耗。因此，人員活動密集場所、人員流動性大的場所及高層建筑的中央空調系統中，應該在對不同季節室外溫度分析的基礎上使用新風。

3.2 管路的熱損失

中央空調的系統產生能耗過高，有一點是大家經常忽略的問題，就是在空調系統管路的敷設過程中，因保溫層處理不當，引起不必要的熱量消耗和損失，特別是設備機房和空調處理區域不在同一棟建筑內，或者系統管路敷設路程比較長，以及采用直埋式管路敷設空調管路系統。以前空調管路使用的保溫經常是巖棉包裹，外部纏繞玻璃絲布，表層涂刷玻璃鋼漆，這種保溫對于蒸汽管道是比較適用的，但對于空調管道而言，因包裹不緊密，且冷凝水的產生或者管路接口滴漏，均會引起保溫失效，熱損失嚴重，現在的空調保溫逐步擯棄阿姆斯壯保溫管（保溫板），更多是在主管路采用聚氨酯發泡、外敷玻璃鋼或者高密度聚乙烯保護層，在輻射中盡量采用管溝或管井來有效降低管路熱損失［4］。

3.3 流量分布不均的問題

在大型的中央空調系統運行中，同一個空調輸出的冷源送往各空調區域后，經常存在部分區域空調效果好，部分區域空調效果差的情況，主要原因就是控制調節不好而引起流量分布不均，產生流量分布不均的原因有三：①管路設計問題；②水泵的選型問題；③支路調節問題。空調管路的設計中，分為同程式和異程式管理系統，其中同程式管路系統在實際施工中用得比較多，特別是大型循環系統，同程式管路循環系統中的媒質達到并通過每一個末端設備后，返回主機的總的路程是相等的，而異程式媒質通過末端設備后返回主機的總路程各不相同。同程式系統比異程式系統多一根管路，初期投資費用較高，但其系統阻力容易達到平衡，可避免流量流速不均，使每一個末端設備都能發揮應有的功能，而異程式則不容易達到阻力平衡，在大型系統中需要通過安裝平衡閥進行調節。

3.4 運行工況檢測及反饋

中央空調的運行工況直接影響系統能耗的大小，在空調主機及末端空調設備的運行過程中，有些仍然采用人工巡查，通過定時巡視查看，了解末端設備的運行效果，并進一步調整空調主機的運行工況，同時供回水溫度、供回水壓力、空調區域環境溫度的檢測反饋設備精度，也是影響中央空調設備運行工況的重要因素，因檢測手段落后，檢測周期過長，反饋調節精度不足，造成結果不準確，設備運行不科學，效率低，導致中央空調系統運行成本較高。

3.5 自動化控制程度低

中央空調的控制準確性是其發揮良好功用的重要保障，在廠礦企業、大型公共場所等一些單位，因受到經濟條件的影響，在設備的選型上一味追求資金投入少，而忽略了實際運行效果，從中央空調設備的啟閉、系統運行和調節，一些設備的控制仍然采用老舊的手動控制，不但效率低，運行效果不好，而且浪費了大量的能源以及人力、物力。

4 中央空調系統控制改造的有效途徑

隨著社會的進步和科學技術的日益發展及完善，電子及自動化控制技術越來越多地運用到中央空調的控制系統中，為中央空調的運行和節能管理帶來了極大便利，特別是目前的空調設備廠家，不但生產和銷售中央空調主機產品，更進一步延伸到對于機房和全系統的設備、控制作出整體解決方案，很好地提高了各中央空調子系統聯動工作過程中的準確性、有效性。中央空調系統自動化控制的整體解決方案通過對空調主機機組、冷媒水循環設備、冷卻水循環設備、末端空氣處理設備的運行情況、溫濕度等數據進行準確采集并分析處理，在實現空調機組安全穩定運行的同時，優化各類資源配置、提升運行輸出工作效率，使不同環境工況條件下主機、各類水泵、風機的啟停運轉速度協調進行，達到系統的整體運行最優，合理有效地控制能源消耗，實現節能控制［5］。

中央空調系統的數據收集和檢測，涉及中央空調主機運行工況、冷媒水泵的運行工況、冷卻水泵、冷卻風機的運行工況、末端空調設備的啟停和轉速、水流調節閥的開啟度、新風機的運行、環境溫度、設備運行周期、運行電流及電壓等，工作人員一定要掌握以上幾個關鍵點，采用電子檢測設備，提高數據采集準確度，通過數據的收集為改造控制提供詳實的依據；采用PLC進行數據分析及編程，對設備進行不同工況下的模糊管理和變頻管理，提升系統設備的運行效率，控制精度，達到設備運行最優化，節能降耗，降低工作人員勞動強度。例如，在已建成的建筑物中，通常都已安裝了相關的控制系統。要想實現電氣自動化改造，就必須從舊樓改造入手。在中央空調的改造過程中，能量消耗最大的是冷源系統，該系統也是改造的重點。在改造施工前：①要對施工現場進行勘察，從而制定出一套詳細的、科學的改造方案；②在實施改造過程中，可以通過軟件設計、電路改造及管路改造以及對中央空調的改造來達到系統運行的自動化、智能化目的，從而實現節能環保的目標。

一般機房和空調系統中基礎設施安裝敷設水平較低，通過對水管進行改造，在冷卻水和冷凍水之間設置電動蝶閥，在末端空調設備供（回）水管路安裝電磁閥，在支管和總管連接處安裝流量平衡閥，在各類管道的重要節點處安裝溫度傳感器等，借助現代化的計算機技術、PLC智能控制及溫濕度檢測等技術、設備，保證水泵、主機處于正常的工作狀態，從而使中央空調的制冷系統更節能、更環保。

5 結語

在我國電氣自動化水平快速發展的今天，電氣化自動控制技術已普遍應用于中央空調系統中，它的應用不僅使空調系統為人們的生活帶來了更多的便利，同時也實現了節能的目的，降低了電力等各類能源的消耗，也有效降低了勞動強度和人工成本。通過以上對各方面自動化控制技術的應用和分析，電氣自動化設計作為中央空調系統中重要的組成部分，其發揮著非常重要的作用，實現了智能化、自動化、人性化控制。不同類型自動化控制技術在中央空調系統中的運用，是實現中央空調系統完善自動化技術控制的重要途徑，也是中央空調控制系統發展的主導方向。相信在今后，通過技術的創新和發展，中央空調的控制技術一定會更加成熟和完善。

［1］張紹利.電氣自動化在中央空調中的應用［J］.機電信息，2016（21）：84-85，87.

［2］金力宏.探究電氣自動化在商業建筑中央空調中節能的實現［J］.福建建材，2015（4）：95-97，119.

［3］謝寶根.電氣自動化在中央空調中的實踐［J］.科技風，2015（21）：16.

［4］王莎莎.電氣自動化在中央空調中的應用［J］.科技與企業，2015（22）：72.

［5］戴勝龍.PLC技術在電氣自動化控制中的應用研究［J］.科技傳播，2015（24）：50，53.

Application of Electric Automation in Central Air Conditioning

Liu Xiaohui
（Yingbin Hotel of the Yellow River Henan，Zhengzhou Henan 450043）

The use of central air-conditioning refrigeration,if control is not good or improper management will lead to the waste of energy,the application of electrical automation technology just to solve this prob?lem,energy saving has become the optimum of the development and application of central air conditioning.Based on this,this paper analyzed and studied the specific application of electrical automation in central air conditioning,in order to provide some reference for the work of related staff.

electrical automation technology；central air conditioning system；application

TB657.2

A

1003-5168（2017）10-0126-03

2017-09-03

劉曉輝（1977-），男，本科，工程師，研究方向：電子、電氣，自動化、信息化。