中央空调节能控制研究

2018-02-11赵科河南绿地广场置业发展有限公司河南郑州450000

中国房地产业 2018年17期

文/赵科河南绿地广场置业发展有限公司河南郑州 450000

赵年斌河南徐辉建筑工程设计有限公司河南郑州 450000

1、冷热源节能控制的背景与必要性

随着国民经济的发展和人民生活水平的日益提高，中央空调已经广泛应用于各种工业与民用建筑。根据相关的统计，中央空调的用电量占各类大厦总用电量的60%以上，能耗消耗极大。在传统的中央空调冷热源设计中，制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机等设备的容量基本按建筑物最大制冷量或最大制热量等需求选定，且在日常的运行和管理中，只进行简单人为管理，一般各电机都长期运行在工频状态下，部分具有自动控制的中央空调系统，也只有简单的控制，没有群控，电机即使有变频控制，一般也是认为的设定一个运行频率，造成了很大的能源浪费。因此，采用一种以变频调速技术为核心的中央空调冷热源节能群控系统显得十分必要。

2、冷热源节能控制技术原理

2.1 中央空调运行的基本原理

中央空调制冷的工作原理为：制冷机组通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送到蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷。冷冻水泵将冷冻水加压送到各房间风机风口的冷却盘管中。盘管充当热交换器，和室内空气进行热交换。风机把室内空气吸入，流经盘管表面，进行冷却，再送入室内达到降温的目的。热交换过程中冷冻水温度升高，被送回冷冻主机后又成为冷冻水，继续循环。而在制冷过程中制冷剂蒸发后会释放出大量热量，通过冷凝器与冷却循环水进行热交换，冷却水温度升高，再由冷却水泵将带走热量的冷却水送到冷却塔上。冷却塔也相当于一个热交换器，冷却水在这里进行喷淋，由冷却塔风扇加快其与大气之间的热交换，最终将热量散发到大气中去，冷却水温度降低进入冷却水管路继续循环。如此周而复始就实现了建筑物内的空气调温。

2.2 节能控制技术原理

中央空调系统包括多个相互联系、相互制约的子系统，如冷冻水循环系统、冷却水循环系统、冷却塔风机系统等。各部件之间的耦合关联，导致子系统中的变量也以各种形式相互制约着，任何一个变量的变化都可能引起其他变量发生变化，使得中央空调系统的控制往往十分复杂，中央空调系统的控制具有多样性。对于给定的一个中央空调系统，其运行参数包括主机冷冻水出水温度，冷冻供回水总管温度，冷却水出水温度，冷却供回水总管温度，冷冻水流量，供回水压差，室外温湿度以及蒸发冷凝压力等，必须兼顾各个子系统，集中监测多个运行参数，综合分析计算，选定合理的控制策略，才能得到满意的控制效果。

在满足空调区室内空气温度、湿度、空气品质等级要求并保证空调系统正常运行的基础上，根据负荷特性，优化现有空调系统的运行、控制模式，对空调循环水系统进行负载跟踪调节，实现水系统的供需平衡，提高能源利用效率，减少能源的不必要浪费，降低空调电费开支。通过系统集中监控，提高中央空调系统管理效率和控制质量，实现绿色建筑设计目标。

3、冷热源节能控制策略介绍

传统的冷热源控制一般只有简单的启停以及人为的水泵变频调速控制，控制比较粗糙，策略比较简单，不能很好的节能。中央空调冷热源群控需要从冷热源的全局出发，结合室外温湿度情况，根据末端负荷使用情况来控制冷水机组、水泵、冷却塔等设备的开启台数，调节水泵的相关频率，从而达到节能的效果。控制策略上更加复杂，节能效果更加明显。

3.1 主机控制策略

中央空调冷热源群控系统可以通过对系统参数实时采集和分析运算，以负荷预测为前提对冷水主机进行手动/自动台数控制，优化组合，轮换使用和参数设置。

（1）冷水机组启停控制

机房集控系统会基于以下原因启停一台冷水机组：有系统启动/停止请求；有加机/减机请求；前一台冷水机组故障。

（2）主机加减机台数智能控制

监测各冷冻水回水支路的温度传感器和冷冻水出水总管的温度传感器，根据系统供回水温度值自动计算建筑空调实际所需冷负荷；根据运行中实际负荷变化实现主机的加减机台数控制，实现主机节能。

3.2 水泵控制策略

对冷热源中的冷冻水泵、冷却水泵以及热水泵进行智能变频调速控制，通过检测水温度、压力、流量监视末端负荷变化，根据水温度、压力、流量计算该工况下所需的冷冻水、冷却水、热水等流量，从而通过调整频率调节电机的转速，达到节能目的。在电机转速调节过程中采用多元参数采集，根据参数变化区间对电机频率和频率变化幅度进行分段调整，兼顾各参数、参量变化的耦合关系，使调整结果最优。

3.3 冷却塔控制策略

根据冷却水回水总管的温度传感器和冷却水供水总管的温度传感器所测定的温度，通过系统智能管理控制器自动计算，调整冷却塔运行参数，控制冷却塔运行台数；同时采集各冷冻水主机冷却水进出水管道温度传感器所测温度，控制冷却水泵运行台数、频率；实现冷却水侧管路运行监控及数据采集修正，实时调整冷却水侧运行参数，使冷却水侧运行平稳。

3.4 水力平衡控制策略

基于冷热水系统能量分配平衡的动态水力平衡优化控制，可以实现整个空调冷冻（热）水系统负荷侧和冷（热）源侧的动态水力平衡。在分水器出水各支管设置电动调节阀，从整个冷冻水系统全局的水力工况出发，电动调节阀在调节各环路所需冷冻（热）水流量的同时，也会进行各环路的阻力匹配，有效屏蔽其他支路冷冻（热）水流量变化的影响，保证在总管变流量的情况下，实现各支路水利平衡。同时通过集水器各回水支管上的温度传感器所采集的数据计算出每个区域的负荷需求，通过调节阀对各个区域的负荷进行分配，以达到冷源侧到负荷侧整个水系统的动态能量平衡，实现系统节能稳定运行。