中央空調(diào)節(jié)能控制研究

趙科　趙年斌

【摘要】本文主要介紹了中央空調(diào)冷熱源節(jié)能控制的重要性，闡述了中央空調(diào)冷熱源節(jié)能控制的技術(shù)原理及一些簡單的控制策略。做好中央空調(diào)冷熱源的節(jié)能控制對建筑節(jié)能具有十分重大的意義。

【關(guān)鍵詞】中央空調(diào)；冷熱源；節(jié)能控制；群控

1、冷熱源節(jié)能控制的背景與必要性

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，中央空調(diào)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)與民用建筑。根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)，中央空調(diào)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(tǒng)的中央空調(diào)冷熱源設(shè)計(jì)中，制冷主機(jī)、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)等設(shè)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(yùn)行和管理中，只進(jìn)行簡單人為管理，一般各電機(jī)都長期運(yùn)行在工頻狀態(tài)下，部分具有自動控制的中央空調(diào)系統(tǒng)，也只有簡單的控制，沒有群控，電機(jī)即使有變頻控制，一般也是認(rèn)為的設(shè)定一個(gè)運(yùn)行頻率，造成了很大的能源浪費(fèi)。因此，采用一種以變頻調(diào)速技術(shù)為核心的中央空調(diào)冷熱源節(jié)能群控系統(tǒng)顯得十分必要。

2、冷熱源節(jié)能控制技術(shù)原理

2.1中央空調(diào)運(yùn)行的基本原理

中央空調(diào)制冷的工作原理為：制冷機(jī)組通過壓縮機(jī)將制冷劑壓縮成液態(tài)后送到蒸發(fā)器中與冷凍水進(jìn)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(fēng)機(jī)風(fēng)口的冷卻盤管中。盤管充當(dāng)熱交換器，和室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換。風(fēng)機(jī)把室內(nèi)空氣吸入，流經(jīng)盤管表面，進(jìn)行冷卻，再送入室內(nèi)達(dá)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(jī)后又成為冷凍水，繼續(xù)循環(huán)。而在制冷過程中制冷劑蒸發(fā)后會釋放出大量熱量，通過冷凝器與冷卻循環(huán)水進(jìn)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(dāng)于一個(gè)熱交換器，冷卻水在這里進(jìn)行噴淋，由冷卻塔風(fēng)扇加快其與大氣之間的熱交換，最終將熱量散發(fā)到大氣中去，冷卻水溫度降低進(jìn)入冷卻水管路繼續(xù)循環(huán)。如此周而復(fù)始就實(shí)現(xiàn)了建筑物內(nèi)的空氣調(diào)溫。

2.2節(jié)能控制技術(shù)原理

中央空調(diào)系統(tǒng)包括多個(gè)相互聯(lián)系、相互制約的子系統(tǒng)，如冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等。各部件之間的耦合關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致子系統(tǒng)中的變量也以各種形式相互制約著，任何一個(gè)變量的變化都可能引起其他變量發(fā)生變化，使得中央空調(diào)系統(tǒng)的控制往往十分復(fù)雜，中央空調(diào)系統(tǒng)的控制具有多樣性。對于給定的一個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)，其運(yùn)行參數(shù)包括主機(jī)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(fā)冷凝壓力等，必須兼顧各個(gè)子系統(tǒng)，集中監(jiān)測多個(gè)運(yùn)行參數(shù)，綜合分析計(jì)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(diào)區(qū)室內(nèi)空氣溫度、濕度、空氣品質(zhì)等級要求并保證空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，根據(jù)負(fù)荷特性，優(yōu)化現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行、控制模式，對空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)載跟蹤調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)水系統(tǒng)的供需平衡，提高能源利用效率，減少能源的不必要浪費(fèi)，降低空調(diào)電費(fèi)開支。通過系統(tǒng)集中監(jiān)控，提高中央空調(diào)系統(tǒng)管理效率和控制質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)綠色建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3、冷熱源節(jié)能控制策略介紹

傳統(tǒng)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(diào)速控制，控制比較粗糙，策略比較簡單，不能很好的節(jié)能。中央空調(diào)冷熱源群控需要從冷熱源的全局出發(fā)，結(jié)合室外溫濕度情況，根據(jù)末端負(fù)荷使用情況來控制冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔等設(shè)備的開啟臺數(shù)，調(diào)節(jié)水泵的相關(guān)頻率，從而達(dá)到節(jié)能的效果。控制策略上更加復(fù)雜，節(jié)能效果更加明顯。

3.1主機(jī)控制策略

中央空調(diào)冷熱源群控系統(tǒng)可以通過對系統(tǒng)參數(shù)實(shí)時(shí)采集和分析運(yùn)算，以負(fù)荷預(yù)測為前提對冷水主機(jī)進(jìn)行手動/自動臺數(shù)控制，優(yōu)化組合，輪換使用和參數(shù)設(shè)置。

（1）冷水機(jī)組啟停控制

機(jī)房集控系統(tǒng)會基于以下原因啟停一臺冷水機(jī)組：有系統(tǒng)啟動/停止請求；有加機(jī)/減機(jī)請求；前一臺冷水機(jī)組故障。

（2）主機(jī)加減機(jī)臺數(shù)智能控制

監(jiān)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(jù)系統(tǒng)供回水溫度值自動計(jì)算建筑空調(diào)實(shí)際所需冷負(fù)荷；根據(jù)運(yùn)行中實(shí)際負(fù)荷變化實(shí)現(xiàn)主機(jī)的加減機(jī)臺數(shù)控制，實(shí)現(xiàn)主機(jī)節(jié)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(jìn)行智能變頻調(diào)速控制，通過檢測水溫度、壓力、流量監(jiān)視末端負(fù)荷變化，根據(jù)水溫度、壓力、流量計(jì)算該工況下所需的冷凍水、冷卻水、熱水等流量，從而通過調(diào)整頻率調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能目的。在電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中采用多元參數(shù)采集，根據(jù)參數(shù)變化區(qū)間對電機(jī)頻率和頻率變化幅度進(jìn)行分段調(diào)整，兼顧各參數(shù)、參量變化的耦合關(guān)系，使調(diào)整結(jié)果最優(yōu)。

3.3冷卻塔控制策略

根據(jù)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(tǒng)智能管理控制器自動計(jì)算，調(diào)整冷卻塔運(yùn)行參數(shù)，控制冷卻塔運(yùn)行臺數(shù)；同時(shí)采集各冷凍水主機(jī)冷卻水進(jìn)出水管道溫度傳感器所測溫度，控制冷卻水泵運(yùn)行臺數(shù)、頻率；實(shí)現(xiàn)冷卻水側(cè)管路運(yùn)行監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集修正，實(shí)時(shí)調(diào)整冷卻水側(cè)運(yùn)行參數(shù)，使冷卻水側(cè)運(yùn)行平穩(wěn)。

3.4水力平衡控制策略

基于冷熱水系統(tǒng)能量分配平衡的動態(tài)水力平衡優(yōu)化控制，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)空調(diào)冷凍（熱）水系統(tǒng)負(fù)荷側(cè)和冷（熱）源側(cè)的動態(tài)水力平衡。在分水器出水各支管設(shè)置電動調(diào)節(jié)閥，從整個(gè)冷凍水系統(tǒng)全局的水力工況出發(fā)，電動調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)各環(huán)路所需冷凍（熱）水流量的同時(shí)，也會進(jìn)行各環(huán)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(shí)現(xiàn)各支路水利平衡。同時(shí)通過集水器各回水支管上的溫度傳感器所采集的數(shù)據(jù)計(jì)算出每個(gè)區(qū)域的負(fù)荷需求，通過調(diào)節(jié)閥對各個(gè)區(qū)域的負(fù)荷進(jìn)行分配，以達(dá)到冷源側(cè)到負(fù)荷側(cè)整個(gè)水系統(tǒng)的動態(tài)能量平衡，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)語：

隨著時(shí)代的發(fā)展，節(jié)能越來越受人們的重視，而中央空調(diào)冷熱源系統(tǒng)在各類大廈建筑中占了較大比重的能耗，且傳統(tǒng)的中央空調(diào)控制方式無法有效的節(jié)約中央空調(diào)冷熱源的能耗，因此更加先進(jìn)的中央空調(diào)冷熱源控制技術(shù)的應(yīng)用顯得十分必要。