探索中央空調系統末端設備節能優化控制

何麗

（中國建筑設計研究院有限公司，杭州310000）

1 引言

近年來，隨著社會經濟的快速發展，雖然國內中央空調系統逐漸完善，而且環境也變得更加舒適，但中央空調實際運行過程中的節能降耗問題依然比較棘手。

2 末端設備變流量優化技術措施

中央空調系統末端空氣處理設施主要包含新風處理機組、風機盤管和風柜3 種類型。雖然變冷凍水流量調節模式可以廣泛應用于中央空調系統中的節能改造環節，但是，從實踐來看，該種調節模式問題較多【1】。比如，在水閥開度改變過程中，主要以進口冷凍水流量流動阻力增大為基礎，使換熱器內流動速度減小。因冷凍水閥調節比較頻繁，所以，很容易導致中央空調系統內部的水系統水力出現嚴重失調現象。同時，進入到空調房間的所有空氣以風機為驅動力，在長期設計工況條件下滿速運行時，風機運行的機械轉動設備可能會受到不同程度的磨損；一旦風機出現機械性磨損，則會導致電機負載增大，嚴重時會引發電機故障問題，影響電機服役壽命。表面換熱器主要用于冷源端且用冷端之間的空氣熱濕處理，同時，也是中央空調系統末端設備中的一個非常關鍵的部件。通過研究發現，改變送風狀態可以有效調節空調室內的熱負荷，而且冷凍水流量并非系統末端設備可調節的唯一變量，比如，送風量也可以作為重要的調節目標。現階段變冷凍水流量管控模式已被廣泛應用在系統末端設備節能改造過程中。然而，隨著控制系統和模式的精細化發展，中央空調系統末端設備管控也從以往的變冷凍水流量管理發生了發展和轉變，在變水量的過程中也對送風量嚴格控制，從而對空調房間實現更為平穩、快速調節。

基于對表冷器換熱基本原理分析，調節送風量以及冷凍水流量，對表冷器自身的換熱量會產生一定的影響，存在著一定的耦合性。中央空調系統末端采用雙反饋回路控制模式進行風水聯調，在局部采用單變量的方式解決冷凍水流量和送風量對表冷器換熱的耦合影響。其控制原理如圖1 所示。

圖1 表冷器優化控制框圖

為了能夠有效實現物解耦之目的，在工程項目實際建設過程中通常采用的是空調房間設定溫度以及房內回風溫度二者的差值，同時，對表冷器單變冷凍水流量以及單變風量調節等進行嚴格檢查【2】；雖然單變量管控模式相對比較簡單，但是，應當給予高度的關注，并能夠做出適當的調整。中央空調系統按照設計時格局負荷來運行管控，在實踐中也能得以有效地應用。中央空調系統末端設備利用雙反饋回路管控模式聯合調節風水，并且在局部位置采用單變量模式和手段，可以有效實現冷凍水流量以及送風量的耦合影響。

風機控制器采用的是PI 控制器，其主要是由設定的溫度梯度以及回風溫度梯度之間的差值，對風機轉速進行適當調節，并以此來有效改變表冷器換熱量以及送風量，將室內的溫度有效控制在合理的范圍【3】。其中，水閥控制器可以利用PI 管控模式，并且根據室內溫度以及回風溫度之間的差值，對水閥開度進行適當調整，以此來實現表冷器換熱量改變之目的，并且將室內溫度有效控制在運行的范圍之內，從而實現節能降耗之目的。中央空調系統末端設備的節能改造以及優化控制，主要采用PI 技術和控制設備，設定、實際回風溫度之間存在著一定的梯度關系，對風機運行轉速進行適當調節，可以實現表冷器換熱量以及送風量的有效改變，并且對室內溫度進行合理控制。利用現代物聯網技術手段對空調末端出風情況進行有效管控，借助于空調系統的末端設備優化來實現，末端設備安裝以及風管機械設備的優化也可以有效提高末端設備運行管理效率以及節能目標。

3 優化和調整控制網

實踐中因冷凍水流量以及送風量與表冷器換熱量之間容易出現耦合問題，為此就應當重點關注上述2 個變量及其調節要求。無論是送風量還是冷凍水量的調節，對應點有所參考，這樣，才能達到良好節能降耗之效果。本文研究過程中所選擇的是冷凍水相對流量為60%的基點，而且在空氣處理機組變流量調節時，應當注意防止冷凍水流量變動，并且使其一直保持在一個相對比較穩定的流量狀態下；實踐中，基于有效改變和改造送風量對室內熱負荷進行調節，既可以有效避免以往的因冷凍水流量頻繁變動而造成的冷水機組性能變化，又可以有效防止空調系統出現冷凍水管網中的各水力失衡問題，具有非常顯著的作用【4】。較之于冷凍水設計流量，如果換熱量達到80%；此時，對表冷器換熱性能不會產生太大的影響，可以有效節約冷凍水側能耗傳輸，通過無極變頻風機的應用來實現送風量調節之目的，并且使空調系統能夠保持平穩運行。雖然風水聯調雙反饋調節未改變冷凍水流量單反饋控制方式平穩性，但風水聯調的雙反饋控制方式能更快地使房間溫度穩定在設定值的±2%范圍內，其調節性能數據見表1。

表1 不同控制模式下的空調房間溫度調節性能對比表

在節能改造過程中，回風溫度主要依靠溫度傳感器檢測系統。冷凍水流量通過傳感器進行檢測，并且采用的風量傳感器對其送風量進行嚴格檢測，如二氧化碳氣體的濃度可采用該種方式和方法進行自動化調整。檢測所得的數據信息，可以傳輸到智能化管控系統之中，先將相應數據信息準確讀出來，然后根據輸入量對其進行預定計算，對目前的系統運行狀態以及評估和判斷。

中央空調系統的末端冷凍水流量以及送風量等條件過程中，可以獲得最大節能改造效益。由于冷凍水量以及送風量對設備表冷器換熱量會產生一定的耦合作用，因此，實踐中若對2 個變量進行持續調節，并且對送風量以及冷凍水量優化調節，必然會影響其參數依據，這樣，才會提高節能改造之目的。在系統末端設備節能改造過程中，將原設備采用比例閥調溫改造，使其成為變頻器，用于電氣調溫。同時，將進水閥門固定其開度，對風機轉速進行動態調節，從而實現恒溫調節之目的。風機盤管出風口位置安裝1 個溫度傳感器，對冷風溫度進行實際采樣，該信號經過溫度變送器有效轉化，使其成為標準電流信號，并且傳送到變頻器，后者將檢測到的實際溫度與上位機給定的溫度進行PI 運算。基于上述運算將結果傳給控制信息化，然后自動對風機轉速進行自動化管控。

4 結語

總而言之，中央空調系統中的末端設備是其優化改造和節能降耗設計的關鍵所在，其中，作為載冷媒介的送風以及冷凍水等，在末端設備中關鍵部件表冷器內熱量進行交換以后將風送入到空調房間內，從而實現冷量從原來的制冷主機向用冷端有效傳遞。