馮鋒

【摘要】電能作為重要的能源，很大程度上的支撐著我國工業(yè)的發(fā)展以及人民的日常生活，然而，中央空調(diào)等電器的使用消耗了大量的電能，并且與可持續(xù)發(fā)展道路相悖。本文首先簡(jiǎn)單介紹了現(xiàn)階段的節(jié)能方案，然后闡述了中央空調(diào)變頻節(jié)能技術(shù)的原理，最后對(duì)新型中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，希望能夠?yàn)槲覈墓?jié)能減排作出貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】節(jié)能；新型中央空調(diào)；原理；變頻；控制系統(tǒng)

前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，居民生活以及工業(yè)生產(chǎn)對(duì)電能的需求越來越大。電能緊缺問題的日漸嚴(yán)重，而現(xiàn)階段我國現(xiàn)代高層大廈飛速發(fā)展，中央空調(diào)的高耗能特點(diǎn)造成了諸多電能的浪費(fèi)。因此，熟悉現(xiàn)階段的節(jié)能方案，了解中央空調(diào)變頻節(jié)能技術(shù)的原理，并對(duì)新型的中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)進(jìn)行研究具有十分重要的意義。

1現(xiàn)階段的節(jié)能方案

一般來說，根據(jù)節(jié)能技術(shù)的原理及其不同的適用情況，目前的節(jié)能方案主要可以分為以下幾種：

（1）水（冰）蓄冷型，該節(jié)能方案的原理是在夜間把空調(diào)的冷凍水制冷并且儲(chǔ)存起來，白天不打開空調(diào)的主機(jī)而僅僅使用水系統(tǒng)循環(huán)進(jìn)行制冷，其特點(diǎn)是避峰但是無法節(jié)電；

（2）熱交換型（余熱利用），該方案主要是利用平隔板來實(shí)現(xiàn)空調(diào)回風(fēng)以及新風(fēng)透過型全熱交換的，這種節(jié)能方案的缺點(diǎn)是節(jié)能的幅度比較低；

（3）通用變頻器型，該方案是利用通用變頻器來完成對(duì)水泵和風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的PID控制，這種方案的局限性在于只要選定了微分時(shí)間常數(shù)TD、積分時(shí)間常數(shù)Tl和比例常數(shù)KP之后，其控制方式就已確定，無法隨受控量值變化而自動(dòng)調(diào)整，進(jìn)而無法達(dá)到最佳節(jié)能效果。

2中央空調(diào)變頻節(jié)能技術(shù)的原理

2.1中央空調(diào)及電控系統(tǒng)基本組成

中型的中央空調(diào)以及大型的中央空調(diào)一般都由三個(gè)部分構(gòu)成：空調(diào)水管網(wǎng)系統(tǒng)、制熱/制冷站、空調(diào)末端裝置（包括新風(fēng)機(jī)組，風(fēng)機(jī)盤管和空調(diào)機(jī)組等）。

中央空調(diào)的變頻調(diào)速系統(tǒng)控制依據(jù)是：中央空調(diào)系統(tǒng)外部熱交換是由兩個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。循環(huán)水系統(tǒng)的進(jìn)（出）水與回水的溫度差，是需要進(jìn)行的熱交換熱量的一種反映。所以，以進(jìn)（出）水與回水的溫度差為依據(jù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)水流動(dòng)速度的控制，進(jìn)而控制好熱交換速度，是一種較為合理的控制方法。與此同時(shí)，還可以將循環(huán)水的進(jìn)出口壓差當(dāng)作控制的一種參數(shù)。

中央空調(diào)系統(tǒng)的耗能拖動(dòng)設(shè)備主要有：冷凍泵拖動(dòng)系統(tǒng)（主要由多臺(tái)水泵組成）；冷水機(jī)組拖動(dòng)系統(tǒng)（即常說的中央空調(diào)主機(jī)）；風(fēng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)（該系統(tǒng)主要包括若干冷卻塔風(fēng)機(jī)和若干室內(nèi)風(fēng)機(jī)）；冷卻泵拖動(dòng)系統(tǒng)（主要由多臺(tái)水泵構(gòu)成）。

中央空調(diào)的電控系統(tǒng)主要由冷卻水子系統(tǒng)、冷凍水子系統(tǒng)和主機(jī)系統(tǒng)等構(gòu)成。其中冷卻水子系統(tǒng)和冷凍水子系統(tǒng)的節(jié)能潛力比較大。因?yàn)闀円箽鉁匾约翱土髁康淖兓容^大，再加上每時(shí)每刻所需的熱（冷）量的變化也比較大。而電機(jī)無法調(diào)速，外界的客流量和氣溫變化不受人為控制，為滿足最大客流量的要求，冷卻風(fēng)機(jī)、冷卻水泵、冷凍水泵（熱泵）都要長(zhǎng)期在滿載荷的狀態(tài)下運(yùn)行。在這種情況下容易導(dǎo)致壓縮機(jī)組和泵機(jī)電能的冷量浪費(fèi)巨大。

2.2中央空調(diào)變頻節(jié)能技術(shù)的基本原理

選用冷卻風(fēng)機(jī)變頻子系統(tǒng)、冷卻泵變頻子系統(tǒng)、冷凍泵變頻子系統(tǒng)，對(duì)冷凍水及其溫度進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，對(duì)冷卻風(fēng)機(jī)、冷卻水泵、冷凍水泵（熱泵）進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使它處在最好的運(yùn)行狀態(tài)，并減少冷（熱）量在管道循環(huán)里面的浪費(fèi)。

3新型的中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)

新型的中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)要求能隨時(shí)跟蹤系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷量進(jìn)行實(shí)時(shí)變換，并調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的各能耗設(shè)備的輸出功率從而順應(yīng)空調(diào)負(fù)荷變化，確保主機(jī)系統(tǒng)從始至終的都位于優(yōu)化的最佳工作點(diǎn)上，并且使空調(diào)系統(tǒng)的效率（COP值）保持為最大值。因此系統(tǒng)既要采用一般的變頻節(jié)能技術(shù)，還要綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、模糊控制技術(shù)、最優(yōu)化控制原理，最終形成一種具備負(fù)荷隨動(dòng)跟蹤節(jié)能控制功能的新型的中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)。

3.1新型的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

新型的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)是以變頻控制為基礎(chǔ)，利用模糊控制、最優(yōu)化的控制原理等現(xiàn)代化的控制理論技術(shù)，并結(jié)合機(jī)電一體化技術(shù)以及當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)智能化控制系統(tǒng)。它能夠以空調(diào)末端的負(fù)荷變化以及空調(diào)的主機(jī)運(yùn)行工況為依據(jù)，對(duì)中央空調(diào)的水系統(tǒng)參數(shù)（壓力、流量、溫度等）進(jìn)行自動(dòng)完整采樣和控制，進(jìn)而使系統(tǒng)的冷媒流量隨負(fù)荷變化而變化，與此同時(shí)對(duì)主機(jī)的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，最終大幅度的降低能耗。

3.2負(fù)荷隨動(dòng)跟蹤節(jié)能控制技術(shù)

對(duì)中央空調(diào)的各部分進(jìn)行全面的控制，并且利用系統(tǒng)集成技術(shù)把各控制子系統(tǒng)在邏輯上、功能上和物理上互相連接起來，使它們能夠?qū)崿F(xiàn)信息綜合以及彼此之間的資源共享，進(jìn)而在同一個(gè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)集中控制以及統(tǒng)一管理。此外，還要以制冷工作的參數(shù)變化以及系統(tǒng)運(yùn)行工況為依據(jù)，利用模糊控制器來動(dòng)態(tài)調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)，保證空調(diào)主機(jī)從始至終處在最佳工作點(diǎn)上，并使主機(jī)保持高的熱轉(zhuǎn)換效率。

3.3中央空調(diào)的管理專家系統(tǒng)

新型的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)是一個(gè)集成大系統(tǒng)，應(yīng)該以其規(guī)模大小為依據(jù)配置相應(yīng)規(guī)模的成套設(shè)備進(jìn)行控制。為方便用戶對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，基于組態(tài)軟件技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)的中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)能夠勝任該工作。一般來說，中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)由以下幾個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：

（1）系統(tǒng)組態(tài)：以用戶的規(guī)模大小和需求為依據(jù)對(duì)系統(tǒng)的控制對(duì)象規(guī)模和連接方式進(jìn)行靈活配置。

（2）運(yùn)行策略：以用戶特點(diǎn)及需求為依據(jù)選擇最好的運(yùn)行策略，其中包括聯(lián)動(dòng)控制對(duì)象、服務(wù)質(zhì)量控制、系統(tǒng)控制模式等。

（3）狀態(tài)監(jiān)控：全面采集運(yùn)行參數(shù)，并利用圖形化的組態(tài)軟件全面、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、形象地對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視與控制，其中包括閥門系統(tǒng)、一次冷溫水系統(tǒng)、主機(jī)系統(tǒng)、二次冷溫水系統(tǒng)、冷卻塔系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、器件系統(tǒng)等。

（4）數(shù)據(jù)分析：對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行主要參數(shù)進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)和分析，并且將其提供給用戶作為用戶的決策判斷依據(jù)，其中包括電耗累計(jì)值、能耗曲線、主機(jī)效率曲線、故障記錄、操作記錄、等。

（5）系統(tǒng)管理：用來給系統(tǒng)及企業(yè)管理者提供管理平臺(tái)和信息平臺(tái)。

安裝了中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)之后，不僅僅操作人員可以在計(jì)算機(jī)上面實(shí)時(shí)監(jiān)控冷凍水泵機(jī)組、冷水機(jī)組、冷卻水泵機(jī)組、樓層風(fēng)柜、冷卻水塔、新風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)等工作狀態(tài)，樓宇內(nèi)外環(huán)境濕度、溫度、空氣品質(zhì)、樓層溫度等上百個(gè)工藝參數(shù)，以降低設(shè)備運(yùn)行盲目性，且大廈的管理人員還能夠利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，提升樓宇管理的水平。中央空調(diào)的管理專家系統(tǒng)可以把整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、工藝參數(shù)以及故障報(bào)警無限期的保存下來并打印，方便管理人員查閱，還可以對(duì)空調(diào)設(shè)備的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)記錄，為設(shè)備的檢修提供依據(jù)。

4結(jié)語

堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展的道路，必須重視節(jié)能減排的問題。新型中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)是基于變頻技術(shù)，并且結(jié)合最優(yōu)化控制、模糊控制、現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)以及專用管理專家系統(tǒng)軟件，成為了中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。新型中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的推廣既能夠給企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)效益又能夠給企業(yè)帶來社會(huì)效益，而且符合我國科學(xué)發(fā)展觀的理念。因此相關(guān)單位和企業(yè)應(yīng)當(dāng)大力使用該系統(tǒng)，促進(jìn)我國節(jié)能減排事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣紹輝.DDC自控對(duì)智能建筑節(jié)能方法的探討[J]科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng).2010（5）：10—11.

[2]孫見君，制冷與空調(diào)裝置自動(dòng)控制技術(shù)，北京：高等教育出版社，2009.139-159

[3]安大偉，暖通空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)化，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.223-230

[4]倪維斗，構(gòu)建節(jié)能中國的四重思考，科學(xué)時(shí)報(bào)，2010-04-20