中央空调节能改造的探讨

王丹

摘 要：随着经济建设的飞速发展、人们生活质量的不断提高，空调的应用日益广泛和普及，空调系统的能耗逐年增加。中央空调是大型商场、宾馆、超市、写字楼、工厂等许多用电场所里耗电最大的单元，在总电费支出中，仅中央空调就占去了60%左右，而其中近三成被电能浪费。在暖通空调企业不断对中央空调节能技术升级的同时，中央空调空调节能改造设计却受到忽视，造成大量的能源耗费。因此，本文以中央空调节能改造为研究对象，对中央空调系统的特点、节能改造的内容及节能改造后的节能效果进行分析论述。

关键词：中央空调；节能改造；节能效果

随着我国经济快速发展，人民生活水平和提高，中央空调在各行各业中得到了广泛的推广应用。因为水冷式中央空调冷热水循环系统的能效比COP相对来说比风冷式中央空调系统的能效比COP高，即更节能，所以被广泛的应用在各大型或高层建筑物中。在整个建筑的能耗中，空调采暖的能耗要占到总建筑能耗的50%以上。为此，“节能减排”是现代建设项目中的一项重要国策。早期的中央空调工程，因空调机组及水泵等设备的选型等多种因素存在问题，能耗较大，节能改造是有潜力可挖的。于是，对既有大型高层建筑中央空调工程作节能与管理改造，降低能耗就显得十分重要。下文将对中央空调节能改造的相关内容进行详细的论述。

1 中央空调系统的概述

1.1 特点分析

第一，干扰性。空调系统的干扰性来自于在全天或者全年的工作中内部条件和外部条件的改变，外部条件例如太阳照射、温度、风、雨、雷电、雪等；投入运行的量、照明的启和停、工作人员的变化等是内部条件的主要内容。第二，调节对象。空调的自控系统主要是用来对一些干扰因素进行排除。由于不同的被控对象在相同的干扰作用下，被控量随着时间发生变化的多少和过程也并不是完全一样的。空调自控系统就是用来对此类干扰因素进行排除，控制空调房间的空气品质以及温、湿度。但是，温度和湿度的控制效果不仅来自于自控系统，更重要的是来自于空调的对象特性和空调系统的合理性。第三，温湿度的相关性。在空调系统的控制中，通常主要是对空调所在房间内温、湿度进行控制，而温、湿度往往属于相同的调节对象，这两个量同时被调节，在调节过程中有相互产生影响。要是由于一些原因，室内温度升高，导致空气里水蒸气的饱和分压力产生变改变，在含湿量不变的基础之上，就会导致室内相对湿度的改变，温度上升相对湿度就会下降，温度下降相对湿度就会上升，在调节操作过程中，调节某一参数时，会引起另一参数的改变。第四，多种运行方式的转换控制。工况即运行方式。在全天或全年的运行中，空调系统在进行室内外的调节工作时，是通过多种运行方式的转换与控制来实现的。也就是说，空调系统的运行方式要随室内外条件的明显改变进行转换调节，即随环境改变而进行工况转换。第五，整体控制性。空调的自动控制系统通常是围绕空调房的室内相对湿度和空气温度的控制，经过工况转换和空气处理的每个环节密切联系的统一性控制系统。在空调系统中，对空气处理设备进行启用和停止要按照相关的工作准则，除此之外，联锁控制和各个参数调节与室内温、湿度是密切相关的，不可单独调节。

1.2 存在的问题

由于在中央空调系统使用期间，每一天的天气状况不一样和使用状况的不同，所以每天所要求的冷却水和冷冻水的流量要求是不一样的，如制冷量仅为其额定负荷的80%时，冷却水流量仅需其额定流量的80%，冷冻水流量仅需其额定流量的80%。而依照建筑设计来说，选用空调系统都是按当地最热天气的最大制冷量来选择机型的，而根据一年当中空调机组运行状况进行分析，其中90%的运行时间处于非满负荷运行状态。而冷却水泵、冷冻水泵在此90%的时间内仍处于100%的满负荷运行状态。

冷却水泵、冷冻水泵长期处于满负荷的运行状态，在空调机组非满负荷运行状态时，电机作了大量的无用功，造成了电能的大量浪费。

2 案例分析

2.1 项目概况

北京某5A级写字楼于2003年建成并投入使用，总建筑面积为12.6万平方米。采用集中空调系统，空调总面积达9.2万平方米。现阶段写字楼出租率在95%以上。对该大厦进行调研后，我们对大厦的总体能耗情况有了大致了解。在大厦的整体能耗中，中央空调系统占能耗总量的40%、照明用电占25%、办公用电占20%、动力用电占15%左右，大厦的总耗能支出大概是每年1265万元。大厦主要耗能设备是中央空调系统，它的能耗支出大概是每年300万左右。该大厦的中央空调制冷系统配有离心式制冷主机3台，螺杆式制冷主机1台以及90kW低区冷冻水泵5台，37kW高区冷冻水泵3台，55kW冷却水泵3台，45kW冷却水泵1台，11kW冷却塔风机7台。现采用制冷主机随机配备的控制系统进行联控，水泵均采用星三角降压方式启动。

2.2 节能改造方案

在上述政策的支持下，该大厦通过建筑物节能管理系统，采用强弱电一体化的手段，对大厦中央空调制冷系统进行节能改造。

第一，系统原理

建筑物节能管理系统采用分布式构架、模块化设计，其核心是模糊控制器及其控制软件。模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制，是近几年发展起来的新型控制技术，尤其适用于中央空调这样复杂的、非线性的和时变性的系统控制。

系统以设备能效跟踪为核心，以基础能源统计和管理为手段，将制冷系统能耗设备的运行信息、能耗数据、故障信息及环境参数进行跟踪采集、统计分析，进而运用现代模糊控制技术，实现冷冻水系统的模糊预期控制、冷却水系统的自适应模糊优化控制和主机系统的间接（或启停）控制，实现空调冷媒流量跟随负荷的变化而进行动态调节，确保整个空调系统始终保持高效、协调地运行，从而最大限度地降低空调系统能耗。

模糊控制器由模糊化接口、数据库、规则库、推理机、解模糊接口等构成。它的输入变量都选用受控变量，能够比较准确地反映受控过程中输出变量的动态特性。对于中央空调节能控制系统而言，受控变量是由系统的供回水温度、流量及压差等造成的。

当中央空调系统负荷变化造成空调主机及其水系统偏离最佳工作状况时，模糊控制器根据数据采集得到各种运行参数值，如系统供回水温度、供回水压差、流量及环境温度等。经推理运算后输出优化的控制参数值，对系统运行参数进行动态调整，确保主机在任何負荷条件下都有一个优化的运行环境，始终处于最佳运行工况，从而保持效率最高、能耗最低，实现主机节能10%～30%。

2.3 系统构成

本系统主要由模糊控制柜、水泵智能控制柜、风机智能控制箱、现场模糊控制箱、各种传感器件以及系统软件组成。

3 模糊控制器

模糊控制器包括1台模糊控制柜和1台现场模糊控制箱，模糊控制柜内配置智能模糊控制单元1套，工业控制计算机1台，通讯协议转换单元1套，数字量接口单元4套，保护单元1套以及系统软件1套。现场模糊控制箱内配置传感器接口单元2套，铂电阻输入单元2套。

模糊控制柜与现场用通信线缆、水泵智能控制柜、风机智能控制箱、现场模糊控制箱以及原有的空调启/停控制柜连接。模糊控制器系统通过协议解析，可与以上各控制柜进行通信，通过对空调系统进行全面的参数采集，实现对空调系统运行的集中监测、控制和管理。

参考文献

[1]季晨雪，郑小倩.中央空调的节能控制优化[J].山西电子技术，2014（05）.

[2]王忻.浅谈中央空调控制特点与节能技术[J].科技风，2014（16）.