中央空調節能控制研究

文/趙科 河南綠地廣場置業發展有限公司 河南鄭州 450000

趙年斌 河南徐輝建筑工程設計有限公司 河南鄭州 450000

1、冷熱源節能控制的背景與必要性

隨著國民經濟的發展和人民生活水平的日益提高，中央空調已經廣泛應用于各種工業與民用建筑。根據相關的統計，中央空調的用電量占各類大廈總用電量的60%以上，能耗消耗極大。在傳統的中央空調冷熱源設計中，制冷主機、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機等設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，且在日常的運行和管理中，只進行簡單人為管理，一般各電機都長期運行在工頻狀態下，部分具有自動控制的中央空調系統，也只有簡單的控制，沒有群控，電機即使有變頻控制，一般也是認為的設定一個運行頻率，造成了很大的能源浪費。因此，采用一種以變頻調速技術為核心的中央空調冷熱源節能群控系統顯得十分必要。

2、冷熱源節能控制技術原理

2.1 中央空調運行的基本原理

中央空調制冷的工作原理為：制冷機組通過壓縮機將制冷劑壓縮成液態后送到蒸發器中與冷凍水進行熱交換，將冷凍水制冷。冷凍水泵將冷凍水加壓送到各房間風機風口的冷卻盤管中。盤管充當熱交換器，和室內空氣進行熱交換。風機把室內空氣吸入，流經盤管表面，進行冷卻，再送入室內達到降溫的目的。熱交換過程中冷凍水溫度升高，被送回冷凍主機后又成為冷凍水，繼續循環。而在制冷過程中制冷劑蒸發后會釋放出大量熱量，通過冷凝器與冷卻循環水進行熱交換，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。冷卻塔也相當于一個熱交換器，冷卻水在這里進行噴淋，由冷卻塔風扇加快其與大氣之間的熱交換，最終將熱量散發到大氣中去，冷卻水溫度降低進入冷卻水管路繼續循環。如此周而復始就實現了建筑物內的空氣調溫。

2.2 節能控制技術原理

中央空調系統包括多個相互聯系、相互制約的子系統，如冷凍水循環系統、冷卻水循環系統、冷卻塔風機系統等。各部件之間的耦合關聯，導致子系統中的變量也以各種形式相互制約著，任何一個變量的變化都可能引起其他變量發生變化，使得中央空調系統的控制往往十分復雜，中央空調系統的控制具有多樣性。對于給定的一個中央空調系統，其運行參數包括主機冷凍水出水溫度，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冷凝壓力等，必須兼顧各個子系統，集中監測多個運行參數，綜合分析計算，選定合理的控制策略，才能得到滿意的控制效果。

在滿足空調區室內空氣溫度、濕度、空氣品質等級要求并保證空調系統正常運行的基礎上，根據負荷特性，優化現有空調系統的運行、控制模式，對空調循環水系統進行負載跟蹤調節，實現水系統的供需平衡，提高能源利用效率，減少能源的不必要浪費，降低空調電費開支。通過系統集中監控，提高中央空調系統管理效率和控制質量，實現綠色建筑設計目標。

3、冷熱源節能控制策略介紹

傳統的冷熱源控制一般只有簡單的啟停以及人為的水泵變頻調速控制，控制比較粗糙，策略比較簡單，不能很好的節能。中央空調冷熱源群控需要從冷熱源的全局出發，結合室外溫濕度情況，根據末端負荷使用情況來控制冷水機組、水泵、冷卻塔等設備的開啟臺數，調節水泵的相關頻率，從而達到節能的效果。控制策略上更加復雜，節能效果更加明顯。

3.1 主機控制策略

中央空調冷熱源群控系統可以通過對系統參數實時采集和分析運算，以負荷預測為前提對冷水主機進行手動/自動臺數控制，優化組合，輪換使用和參數設置。

（1）冷水機組啟停控制

機房集控系統會基于以下原因啟停一臺冷水機組：有系統啟動/停止請求；有加機/減機請求；前一臺冷水機組故障。

（2）主機加減機臺數智能控制

監測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，根據系統供回水溫度值自動計算建筑空調實際所需冷負荷；根據運行中實際負荷變化實現主機的加減機臺數控制，實現主機節能。

3.2 水泵控制策略

對冷熱源中的冷凍水泵、冷卻水泵以及熱水泵進行智能變頻調速控制，通過檢測水溫度、壓力、流量監視末端負荷變化，根據水溫度、壓力、流量計算該工況下所需的冷凍水、冷卻水、熱水等流量，從而通過調整頻率調節電機的轉速，達到節能目的。在電機轉速調節過程中采用多元參數采集，根據參數變化區間對電機頻率和頻率變化幅度進行分段調整，兼顧各參數、參量變化的耦合關系，使調整結果最優。

3.3 冷卻塔控制策略

根據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定的溫度，通過系統智能管理控制器自動計算，調整冷卻塔運行參數，控制冷卻塔運行臺數；同時采集各冷凍水主機冷卻水進出水管道溫度傳感器所測溫度，控制冷卻水泵運行臺數、頻率；實現冷卻水側管路運行監控及數據采集修正，實時調整冷卻水側運行參數，使冷卻水側運行平穩。

3.4 水力平衡控制策略

基于冷熱水系統能量分配平衡的動態水力平衡優化控制，可以實現整個空調冷凍（熱）水系統負荷側和冷（熱）源側的動態水力平衡。在分水器出水各支管設置電動調節閥，從整個冷凍水系統全局的水力工況出發，電動調節閥在調節各環路所需冷凍（熱）水流量的同時，也會進行各環路的阻力匹配，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，實現各支路水利平衡。同時通過集水器各回水支管上的溫度傳感器所采集的數據計算出每個區域的負荷需求，通過調節閥對各個區域的負荷進行分配，以達到冷源側到負荷側整個水系統的動態能量平衡，實現系統節能穩定運行。

結語：

隨著時代的發展，節能越來越受人們的重視，而中央空調冷熱源系統在各類大廈建筑中占了較大比重的能耗，且傳統的中央空調控制方式無法有效的節約中央空調冷熱源的能耗，因此更加先進的中央空調冷熱源控制技術的應用顯得十分必要。