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        中央空調(diào)系統(tǒng)的自動控制設(shè)計和節(jié)能思路探討

        2016-05-30 03:45:19段連濤李竹然
        關(guān)鍵詞:自動控制節(jié)能能耗

        段連濤 李竹然

        摘 要:在我國建筑體系中,中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗量較大,通過數(shù)據(jù)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn),該系統(tǒng)的能耗約占整個建筑能耗總量的40%,甚至部分建筑可以達(dá)到70%,因此如何切實(shí)降低中央空調(diào)系統(tǒng)能源消耗量成為了社會研究的主要問題之一。過去,在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程中,負(fù)荷估算法是常用的方法,但是這種方法在計算中是以整個建筑最大的負(fù)荷量為計算基數(shù)的,且設(shè)計的系統(tǒng)在運(yùn)行過程中不能夠根據(jù)環(huán)境的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié),進(jìn)而導(dǎo)致中央空調(diào)系統(tǒng)能耗高,而中央空調(diào)系統(tǒng)自動化控制功能的實(shí)現(xiàn),一方面可以為建筑使用者提供一個高效、合理和舒適的辦公環(huán)境,另一方面也降低了空調(diào)系統(tǒng)的能耗水平,進(jìn)而節(jié)省管理成本,提高了經(jīng)濟(jì)效益。為了更加全面的了解建筑中央空調(diào)系統(tǒng)的自動控制設(shè)計以及節(jié)能方式,文章將結(jié)合筆者自身的工作經(jīng)驗(yàn),對此進(jìn)行詳細(xì)的探討,以供今后參考使用。

        關(guān)鍵詞:中央空調(diào)系統(tǒng);自動控制;節(jié)能;能耗

        中圖分類號:TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-8937(2016)32-0011-02

        1 前 言

        這些年,隨著中央空調(diào)系統(tǒng)在社會生產(chǎn)和生活應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大,如何降低中央空調(diào)系統(tǒng)能耗量成為了當(dāng)下社會研究的熱點(diǎn)問題之一,因而許多的公司和學(xué)者等都加大了對空調(diào)節(jié)能技術(shù)的研究力度,例如在20世紀(jì)70年代開始,研究學(xué)者就對中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能控制技術(shù)進(jìn)行了研究,但是這一時期受到技術(shù)等條件的限制,導(dǎo)致研究成果并不理想,與預(yù)期的節(jié)能目標(biāo)還存在著一定的距離。而我國中央空調(diào)的發(fā)展與國外相比較為落后,同時我國的節(jié)能控制技術(shù)研究方向與國外也存在著一定的差異。例如暖通系統(tǒng)研究人員在進(jìn)行節(jié)能控制技術(shù)研究過程中比較注重優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行以及設(shè)置冷機(jī)組和水泵數(shù)量方面,對具體的控制效果和系統(tǒng)運(yùn)行的性能等沒有給予高度的重視,最終導(dǎo)致節(jié)能效果差強(qiáng)人意。

        2 中央空調(diào)自控系統(tǒng)基本構(gòu)成以及中央控制系統(tǒng) 配置基本原則

        首先,中央站計算機(jī)應(yīng)當(dāng)使用Intel180386及以上處理器的電腦,且在條件允許的情況下可以使用奔騰II微處理機(jī)或者是相同類型及以上機(jī)型,內(nèi)存32 M,硬盤2.5 G,增強(qiáng)型鍵盤104,高分辨率的顯示器,且具有兩個串行和一個并行口,彩色打印機(jī)一臺。

        其次,操作站的基礎(chǔ)平臺建設(shè)可以使用Microsoft Windows軟件或者是相兼容的程序,利用實(shí)時圖形監(jiān)控操作軟件來對系統(tǒng)中空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行情況及數(shù)據(jù)變化等進(jìn)行圖形化的顯示以及打印,以便操作人員及時掌握設(shè)備的運(yùn)行情況,另外基礎(chǔ)平臺建設(shè)應(yīng)當(dāng)采用TCP/IP協(xié)議,同時數(shù)據(jù)庫還應(yīng)當(dāng)具備一定的開放性,為設(shè)備監(jiān)控實(shí)現(xiàn)集中化提供基礎(chǔ),并且數(shù)據(jù)庫還應(yīng)當(dāng)與系統(tǒng)規(guī)模相符,以便系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

        最后,在進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)成設(shè)計的過程中,必須滿足建筑空調(diào)自控系統(tǒng)的安全使用標(biāo)準(zhǔn),同時還應(yīng)當(dāng)具備自行診斷異常故障的功能,并提供相應(yīng)的報警信號服務(wù)功能,為空調(diào)系統(tǒng)的使用和維護(hù)提供便捷。設(shè)計人員在進(jìn)行設(shè)計過程中,應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持“危險分散”的設(shè)計思路,盡量縮減故障發(fā)生后的波及范圍,例如中央操作站發(fā)生故障后,不會對控制器造成影響,且空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行也不會受到破壞。

        另外,設(shè)計人員還應(yīng)當(dāng)注重系統(tǒng)的擴(kuò)展性,以為今后系統(tǒng)優(yōu)化提供基礎(chǔ),同時設(shè)計中還應(yīng)當(dāng)盡可能的降低投資成本,提高系統(tǒng)設(shè)計的經(jīng)濟(jì)效益。

        3 中央空調(diào)系統(tǒng)自動化控制設(shè)計結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和節(jié)能技 術(shù)要求

        3.1 空調(diào)冷熱源自控系統(tǒng)分析

        冷熱源主機(jī)系統(tǒng)從出廠就帶有以微處理器為關(guān)鍵的單元控制器,且利用該控制器可以對蒸發(fā)器以及冷凝器等設(shè)備進(jìn)出口溫度進(jìn)行監(jiān)測,同時也可以提供水流開關(guān)狀態(tài)、壓縮機(jī)進(jìn)出口氣壓力值和溫度值,并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)來對壓縮機(jī)容量調(diào)節(jié)閥等進(jìn)行調(diào)節(jié)。但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中,受到無標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議條件的限制,使得不同廠家產(chǎn)品無法完成通訊,因此在設(shè)計過程中還應(yīng)當(dāng)安設(shè)水管溫度傳感器等來對主機(jī)工作情況進(jìn)行實(shí)時的檢測。

        目前在中央空調(diào)系統(tǒng)中,為了提高系統(tǒng)的節(jié)能效果,自控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)對自帶CPU設(shè)備進(jìn)行控制,且這些設(shè)備應(yīng)當(dāng)同時參與到系統(tǒng)運(yùn)行中去,而為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),主機(jī)(冷、熱)的啟停操作應(yīng)當(dāng)能夠被設(shè)在制冷機(jī)房控制器的控制,同時該控制器還可以對機(jī)組運(yùn)行情況、異常故障以及供回水溫度和流量等進(jìn)行監(jiān)測,而這時系統(tǒng)主機(jī)計算機(jī)就可以利用這些監(jiān)測數(shù)據(jù)計算出建筑實(shí)際冷負(fù)荷,并最終確定冷水機(jī)組的開啟數(shù)量,實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

        就目前技術(shù)水平來說,空調(diào)冷水機(jī)組節(jié)能邏輯控制思路主要有兩種形式。

        第一,以冷凍水回水溫度來對開啟機(jī)組臺數(shù)進(jìn)行控制,如圖1所示;

        第二,以主機(jī)運(yùn)行信號和故障報警信號為參考對冷熱主機(jī)進(jìn)行信號反饋調(diào)節(jié),如圖2所示。

        另外從節(jié)能方面考慮,建筑中央空調(diào)控制系統(tǒng)在符合室內(nèi)溫度要求的前提下,應(yīng)當(dāng)可以通過對室外溫濕度的變化來自動對室內(nèi)全年室內(nèi)的溫濕度設(shè)定參數(shù)值進(jìn)行調(diào)整。

        3.2 空調(diào)能量輸送部分自控分析

        在對中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能自控設(shè)計的過程中,空調(diào)能量輸送部分也是其中的一個重點(diǎn),而這部分主要包括空調(diào)冷凍泵、熱水泵、冷卻水泵及輸送管道部分等。

        首先空調(diào)冷卻水系統(tǒng)主要是利用冷卻塔和冷卻水泵及其管道系統(tǒng)等將冷卻水輸送至制冷機(jī)中,其監(jiān)控系統(tǒng)的功能是對冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷卻水泵等運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測,以保障制冷機(jī)組冷凝器側(cè)通過的冷卻水量充足,同時該系統(tǒng)還可以通過對室外溫濕度的變化以及建筑冷負(fù)荷情況等對冷卻水的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)節(jié),以使冷卻水溫度在設(shè)定溫度范圍之內(nèi)。因此設(shè)計人員在進(jìn)行這部分自控系統(tǒng)設(shè)計的過程中可以利用現(xiàn)場控制器實(shí)現(xiàn)對冷卻塔風(fēng)機(jī)啟停狀態(tài)、運(yùn)行情況的檢測、以及水路電動閥開閉狀態(tài)等的控制,而其中冷卻塔風(fēng)機(jī)啟動臺數(shù)則是綜合了冷凍機(jī)和冷卻泵開啟臺數(shù)、室外溫濕度等情況,并通過系統(tǒng)主機(jī)參數(shù)計算進(jìn)行確定的。

        其次,冷凍水系統(tǒng)自控功能是使蒸發(fā)器運(yùn)行正常,避免由于通過水量不足所導(dǎo)致的蒸發(fā)器被凍壞情況的發(fā)生,同時利用該系統(tǒng)還可以降低循環(huán)泵的電耗量,節(jié)省系統(tǒng)運(yùn)行成本。因此在對能量輸送部分自控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的過程中應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)。

        第一,通過提高冷熱水的供回水溫差,降低水流量、輸送動力以及送風(fēng)流量;

        第二,通過利用變風(fēng)量以及變流量末端自動控制來降低水泵、冷水機(jī)組以及風(fēng)機(jī)的電能消耗;第三,加大對空調(diào)供水各個環(huán)節(jié)的控制力度,以空調(diào)運(yùn)行需要為基礎(chǔ)來對水流量進(jìn)行控制,進(jìn)而在保障設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上提高節(jié)能效果。

        3.3 空調(diào)新風(fēng)機(jī)系統(tǒng)自控系統(tǒng)分析

        在整個中央空調(diào)冷熱負(fù)荷中,新風(fēng)量占有比重比較大,因此在自控系統(tǒng)設(shè)計過程中對新風(fēng)自動化和節(jié)能控制部分也應(yīng)當(dāng)給予一定的考慮,而為了實(shí)現(xiàn)對新風(fēng)的自控,空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)場控制器部分應(yīng)當(dāng)具備以下功能。

        首先,具備對新風(fēng)機(jī)啟停狀態(tài)的定時控制。一般情況下,時間控制可以以年、月、日、時、分等為時段進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,且每天最小應(yīng)當(dāng)設(shè)定三個啟停時段控制程序;

        其次,當(dāng)監(jiān)測到新風(fēng)機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)故障時,可以及時的發(fā)出報警信號,同時重新設(shè)定風(fēng)機(jī)出口溫濕度參數(shù)值,并使其滿足控制標(biāo)準(zhǔn)。

        另外一旦檢測相互新風(fēng)過濾器兩端壓差超過要求值后,會發(fā)出過濾網(wǎng)堵塞報警信號,同時中控室也會有出現(xiàn)報警信號;再次在冬季,一旦熱盤管的溫度小于設(shè)定參數(shù)值后,自控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)立即啟動防凍保護(hù)程序,使風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行,關(guān)閉新風(fēng)風(fēng)門,開啟熱水閥等。

        最后,為了進(jìn)一步提高節(jié)能控制水平,設(shè)計過程中還可以通過改變新風(fēng)回風(fēng)比來對供暖供冷進(jìn)行控制,例如冬夏季使用最小新風(fēng)量,過渡季節(jié)使用全新風(fēng)來量,而在預(yù)熱預(yù)冷過程中關(guān)閉新風(fēng)量使用。

        3.4 風(fēng)機(jī)管盤監(jiān)測自控控制分析

        現(xiàn)階段,在中央空調(diào)系統(tǒng)控制中,風(fēng)機(jī)盤管直接控制系統(tǒng)的應(yīng)用運(yùn)行成本較高,因此在實(shí)際應(yīng)用中該系統(tǒng)應(yīng)用比較少,但是從節(jié)能方面分析,監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用是必不可少的。而為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)可以通過利用溫控器和二通電動調(diào)節(jié)閥來對溫度和風(fēng)速進(jìn)行控制,而在對風(fēng)機(jī)盤管電源控制中可以以樓層、用途以及作用時間等為參考進(jìn)行分別控制。

        另外,還可以在現(xiàn)場設(shè)置手動啟停控制,而在時間控制方面可以以年、月、周、日等為基礎(chǔ)進(jìn)行分別設(shè)置。

        4 結(jié) 語

        綜上所述,在現(xiàn)代化通訊技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展的今天,中央空調(diào)系統(tǒng)的自動控制和節(jié)能性能也在不斷的提高,尤其是一些先進(jìn)自控技術(shù)的應(yīng)用,一方面提高了能源的利用效率,另一方面也優(yōu)化了空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行性能,為用戶提供了更加舒適和人性化的辦公環(huán)境,因此在今后空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計中,設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)加大對一些先進(jìn)技術(shù)的研究和應(yīng)用力度,以有效推動空調(diào)自控和節(jié)能系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)程。

        參考文獻(xiàn):

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        [2] 孫海峰.基于自然冷源的數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)節(jié)能潛力的分析[J].發(fā)電 與空調(diào),2016,(1).

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