淺析集控系統在水系統中央空調運行中的節能作用

摘 要：水系統中央空調是由熱泵、循環水泵、空調箱、風機等通過水管和風管拼裝組合而成的，在沒有集控系統的情況下，設備的運行相對獨立，無法做到協同高效，系統的節能效果有限?，F以上影嘉興影院項目為例，通過對比兩種不同的控制方式，闡述了集控系統在水系統中央空調運行中的節能作用。

關鍵詞：水系統中央空調;風冷熱泵模塊機;集控系統;協同運作;節能

0 ?引言

空調系統在設計時均以全負荷狀態為設計依據，但在實際使用過程中，絕大部分時間空調系統都是在部分負荷狀態下運行。在如今全球節能減排的大背景下，如何讓系統在部分負荷狀態下以更低的能耗運行就顯得尤為重要。

當前，空調主機無論是風冷熱泵還是水冷機組在技術上都能做到無極變頻，自帶的能耗控制模塊完全可以在部分負荷狀態下實現節能運行，空調箱、風機盤管等末端也有簡易的控制程序。但水系統中央空調系統作為一個龐大而復雜的系統，常規都是采取多臺熱泵、多臺循環水泵組合工作的模式，此時僅僅依靠設備自帶的控制程序遠遠達不到節能運行的要求，故系統中多臺設備間的協同運作尤為關鍵，例如，主機的運行臺數及每臺設備負載率之間的協調控制;循環水泵運行臺數及頻率的協調控制;不同室內負荷要求下系統水流量及供回水溫度的協調控制等都與系統節能運行密切相關。

所以，要解決這些問題就必須要有一個集中控制程序來協調控制這些設備，對系統運行進行整體優化，達到降低綜合能耗的目的。本文以上影嘉興影院項目為例，探究空調集中控制系統（以下簡稱集控系統）在空調運行中的節能作用。

1 ?工程實例介紹

上影嘉興影院位于嘉興八佰伴購物中心內，整個項目面積約3 850 m2，其中包括8個影廳、1個購票大廳、設備用房等。影院空間均采用組合式空調箱，配變頻風機且新風比可調。冷熱源為8臺風冷熱泵模塊機，每臺設備均配有電動蝶閥（開關型）與設備聯動，當負荷降低時可關閉模塊設備并切斷水系統。與此同時，系統配置了4臺冷熱水變頻循環泵，互為備用。整個系統配置一套集控系統完成日常的運行、監控、記錄等操作。

1.1 ?風系統

空調風系統原理圖如圖1所示。

本次風系統設計所采用的節能方法為變頻風機和可變新風比[1]的組合，這也是目前常用的節能方式?？勺冃嘛L比有兩個作用：其一，每套空調箱的服務區域均設置CO2濃度探測器，新風量可以根據房間內CO2的濃度來控制，在滿足室內衛生要求的同時又兼顧了節能運行的要求;其二，控制系統會根據室外溫濕度的狀態自行選擇合適的新風量，當室外焓值低于室內設計值時，系統會優先調節至最大新風量運行，以減小空調主機的負荷。

需要注意的是，當室外空氣質量不好的情況下，新風比不宜過大，現在空調系統普遍安裝了PM2.5過濾網，大量的室外臟空氣會造成濾網提前失效，從而增加運行成本。另外，當室內外焓差不是很大時，原本空調箱50%的送風量已經能滿足室內冷負荷要求，如果選擇加大新風量的話，總送風量則可能也需要加大。此時空調箱的能耗是上升的，如果這個上升的能耗大于空調主機所節省的能耗，那反而是增加了整個系統的能耗，這種情況也是系統運行中應該避免出現的。

1.2 ?水系統

空調水系統原理圖如圖2所示。

由于安裝空間的限制，本次設計選擇了風冷模塊機。雖然這些設備較為靈活，但它的能量控制只有5擋（停機;25%負載率;50%負載率;75%負載率 ;全載），還不能做到無極變頻。該系統一共配置了8臺模塊機，并配備了電動蝶閥，使得每臺設備都可以單獨運行。4臺變頻循環泵可以匹配主機的各種水量要求。對水系統的控制相對比較簡單，集控系統通過對供回水溫度及流量的監測，控制水泵的啟動臺數、頻率及熱泵主機的啟動臺數、能級。另外，系統還會監測空調箱的比例積分調節水閥的開度。當檢測到閥門開度過小時，在滿足送風溫度的條件下，系統將自動調節熱泵出水溫度，以提高熱泵效率，并且防止系統由于水流量過小而產生的水力失調的情況。

此外，根據所選設備的參數，在集控系統中寫入相應的控制程序，可進一步降低系統的運行能耗。以本工程為例，從熱泵各能級能耗表（表1）可以看出，本次所選的風冷模塊機在50%負載率時效率是最高的。換而言之，就是2臺風冷模塊機全載運行的能耗比4臺50%負載率運行的能耗高，那么控制程序就應該讓空調主機優先運行在50%的負載率下。同樣根據變頻水泵綜合效率曲線圖（圖3），設備效率隨著負載的降低而降低，所以，控制程序應該讓變頻泵優先運行在高負載下。另外，在負荷非常小的情況下，應該讓8臺熱泵主機輪流啟動運行，以避免單臺設備因過于頻繁啟動而出現故障。

2 ?能耗對比

主要設備裝機容量如表2所示。

空調的運行分為全負荷和部分負荷，全負荷運行不在本次討論范圍內，本次就空調系統在制冷季12.5%、25%、50%、75%四種負荷狀態下分別對無集控和有集控系統運行能耗進行對比分析。這里需要說明，對比數據是根據設備參數及運行性能模擬得出的，并非實測值。

不同負荷狀態的參數如表3所示。

2.1 ?無集控系統

一般而言，在無集控系統的情況下，主機和水泵的開啟都是由物業管理人員來完成的，且通常也不會配置變頻水泵，物業管理人員會根據經驗選擇開啟設備的臺數。假設物業管理人員經驗非常豐富，他能很準確地判斷當前的負荷狀態，當負荷為75%時，開啟6臺主機和3臺水泵;當負荷為50%時，開啟4臺設備和2臺水泵;當負荷為25%時，開啟2臺主機和1臺水泵;當負荷為12.5%時，開啟1臺設備及1臺水泵。

另外，在無集控系統時，空調箱一般不會配置變頻風機，而新風量必然是固定的，所以無論在哪種負荷狀態下，空調箱的送（回）風機都會以最大功率運行，設備只是通過室內的溫度傳感器來控制空調箱的供水量，以達到室內溫度要求。

無集控系統時部分負荷運行能耗匯總表如表4所示。

2.2 ?有集控系統

所有設備會根據集控系統的設定協同運行。當部分負荷狀態下，再不是簡單地選擇開啟幾臺熱泵設備了，集控系統會對比不同能級下的組合來選取效率最高的運行方式。

設備運行狀態如表5所示。

上文所述，當室外空氣焓值低于室內設計值時，以最大新風量模式運行相對是比較節能的。在本次對比中，負荷率12.5%所對應的室外焓值低于室內設計值，經計算[3]，10 000 m3/h的新風量即可滿足冷負荷要求，所以此時熱泵和循環水泵均可停止運行。另外，為了保證室內空氣有效流動，空調箱送風量不小于總送風量的50%。

有集控系統時部分負荷運行能耗匯總表如表6所示。

2.3 ?能耗對比

能耗對比匯總表如表7所示。

將兩組數據對比后可以看出，在部分負荷下，負荷率越低，采用集中控制系統的節能效果越明顯，最高節能率達到了49%，持續運行下可節約巨大的運行費用。

3 ?結語

風冷熱泵、空調箱等設備為了滿足使用要求都會配置獨立的自控系統，但整體不是簡單的局部之和。一個節能的空調集中控制系統是需要整個系統協同運作的，不僅要讓系統中所有的設備運行在高效率區段，還要讓整個系統的綜合能耗降至最低?？上驳氖?，電子產業的高速發展使得控制元件不再是高不可攀的高科技產品，集控系統的價格有了大幅下降，功能相比之前有了較大提升，暖通空調系統的控制水平也取得了長足的進步。

[參考文獻]

[1] 陸亞俊，馬最良，鄒平華.暖通空調[M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2007.

[2] HDY-SMAD空調負荷計算及分析軟件 V4.0.249[Z].

[3] 建設部工程質量安全監督與行業發展司，中國建筑標準設計研究所.全國民用建筑工程設計技術措施：暖通空調·動力[M].北京：中國計劃出版社，2003.

收稿日期：2020-03-18

作者簡介：張兆劼（1981—），男，上海人，工程師，研究方向：工程設計。