陳土貴

（廣東一也節(jié)能科技有限公司，廣東廣州510000）

中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制策略探討

陳土貴

（廣東一也節(jié)能科技有限公司，廣東廣州510000）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源短缺問題日益突出，而在社會總能耗中建筑能耗占據(jù)了較大的部分，對其進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化十分必要。中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化是當(dāng)前社會重點(diǎn)關(guān)注的問題，對其節(jié)能控制策略展開探討具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價值。對中央空調(diào)的工作原理進(jìn)行了介紹，并結(jié)合實(shí)際案例，對中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制策略進(jìn)行了詳細(xì)介紹，為類似中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造提供參考。

中央空調(diào)；節(jié)能控制策略；空氣處理系統(tǒng)；冷卻水泵

中央空調(diào)系統(tǒng)作為建筑的重要組成部分，在給人們帶來舒適建筑環(huán)境的同時，也消耗了大量的能量，對中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化是建筑節(jié)能優(yōu)化的重點(diǎn)?；诖?，筆者進(jìn)行了相關(guān)介紹。

1 中央空調(diào)工作原理

中央空調(diào)系統(tǒng)是一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)，主要由2部分組成，即水系統(tǒng)部分和空氣處理系統(tǒng)部分。其中，制冷機(jī)組為中央空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供所需要的冷負(fù)荷，不僅將制造的冷量傳遞給冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，且把工作過程中釋放的熱量傳遞給冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，是中央空調(diào)系統(tǒng)中最重要的組成部分。冷卻水泵、冷凍水泵以及冷卻塔為中央空調(diào)系統(tǒng)提供水循環(huán)，是進(jìn)行熱交換的載體。冷凍水將制冷機(jī)組制造的冷量帶到風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)中與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換，并將室內(nèi)熱量帶回到制冷機(jī)組中；冷卻水將制冷機(jī)組在工作和熱交換中產(chǎn)生的大量廢熱排放到室外空氣中，經(jīng)過冷卻塔降溫后的冷卻水又流回制冷機(jī)組的冷凝器中進(jìn)行熱交換，如此循環(huán)往復(fù)。

2 控制策略

不同的控制策略對中央空調(diào)系統(tǒng)總能耗的影響特別明顯，由于中央空調(diào)的系統(tǒng)由冷水機(jī)組、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)組成，冷水機(jī)組的控制由其自身的控制策略直接控制，但其制冷效果會受中央空調(diào)系統(tǒng)中水系統(tǒng)控制的影響。某酒店主樓高18層，輔樓高4層，擁有178余間客房。酒店中央空調(diào)系統(tǒng)原控制策略采用冷凍水恒壓控制，冷凍水回水壓力作為反饋值，0.558 MPa作為目標(biāo)值；冷卻水出水恒溫控制，冷卻水出水溫度作為反饋值，目標(biāo)值設(shè)為31℃；冷卻塔風(fēng)機(jī)工頻控制。經(jīng)過對系統(tǒng)運(yùn)行狀況的評估同時考慮現(xiàn)場條件，節(jié)能改造采用以下的控制方式：冷凍水恒溫差控制，冷凍水進(jìn)出水溫差作為反饋值，5℃做目標(biāo)值；冷卻水恒溫差控制，冷卻水進(jìn)出水溫差作為反饋值，目標(biāo)值為5℃；冷卻塔風(fēng)機(jī)采用回水溫度作為反饋值同時室外濕球溫度+冷幅作為目標(biāo)值的控制。

3 系統(tǒng)搭建

根據(jù)優(yōu)化的控制策略，進(jìn)一步搭建起新的中央空調(diào)系統(tǒng)，其中，主要包括中央空調(diào)系統(tǒng)硬件和上位軟件設(shè)計，從而實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的節(jié)能。整個中央空調(diào)系統(tǒng)由4個模塊組成，即空調(diào)主機(jī)、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和冷卻塔系統(tǒng)。

空調(diào)主機(jī)模塊包括1臺水冷螺桿式冷水機(jī)組。1#機(jī)組名義制冷量為1 050 kW，制冷輸入功率為197 kW，COP為5.33.冷水機(jī)組主要由PLC來實(shí)現(xiàn)采集信號并且控制冷水機(jī)組的運(yùn)行，監(jiān)測制冷機(jī)的運(yùn)行狀況以配合其他設(shè)備的運(yùn)行。

冷凍水模塊主要由2臺冷凍水泵（1臺常開、1臺備用）、集水器、分水器、閥門組成；冷凍水泵額定功率為22 kW，備用泵為30 kW；冷凍水均采用變頻控制，變頻器是型號為ACS510的ABB變頻器。冷凍水系統(tǒng)是連接制冷主機(jī)與空調(diào)房間的重要部分，帶走空調(diào)末端的熱量回送到冷水機(jī)組。

冷卻水模塊主要由2臺冷凍水泵（1臺常開、1臺備用）、閥門組成；冷卻水泵額定功率為37 kW，備用的為45 kW；冷卻水均采用變頻控制，變頻器是型號為ACS510的ABB變頻器。冷卻水系統(tǒng)將機(jī)組的熱量吸收并送到冷卻塔降溫，最后再回送到冷水機(jī)組。

冷卻塔模塊主要由2臺風(fēng)機(jī)組成，兩臺風(fēng)機(jī)的額定功率分別為9 kW和11 kW，變頻器采用的是型號為ACS510的ABB變頻器。冷卻塔系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對冷卻水溫度的調(diào)節(jié)。在優(yōu)化改造過程中，增加了中央控制柜、冷卻塔變頻控制柜、溫度變送器、壓力變送器、濕球溫度傳感器、電動執(zhí)行器、電能表和工控機(jī)等。改造系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示，工控機(jī)作為整個采集控制系統(tǒng)的核心處理器，末端的參數(shù)采集以及控制設(shè)備通過RS485轉(zhuǎn)換器和工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 酒店中央空調(diào)改造系統(tǒng)構(gòu)架圖

改造后冷凍水變頻控制主要采用變頻器恒溫差控制，比之前的恒壓控制更適合于負(fù)荷變化較大的中央空調(diào)系統(tǒng)。目標(biāo)設(shè)定溫差為5℃，通過調(diào)節(jié)變頻器的轉(zhuǎn)速來改變冷凍水的水量，使冷凍水變頻器的轉(zhuǎn)速隨著空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的變化而變化，最終使冷凍水進(jìn)出水溫差穩(wěn)定在5℃左右，保證制冷量和系統(tǒng)的負(fù)荷相匹配，達(dá)到最佳的制冷效果和能耗。冷卻水變頻控制也類似于冷凍水的控制。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

為了驗(yàn)證改進(jìn)后的控制策略優(yōu)于之前的原策略，讓某酒店中央空調(diào)在原有的控制方式和新改造的控制方式下各運(yùn)行1 d，并采集系統(tǒng)各部分能耗。

為了讓采集的數(shù)據(jù)具有對比性，選取的酒店的人員入住率幾乎相同。除此之外，選取這2 d的外界環(huán)境參數(shù)要盡量接近，從外界環(huán)境參數(shù)可以看出，外界的條件雖有差別，但是差別非常微小；外界氣溫相差0.07%，外界濕度相差13.43%，外界失球溫度相差5.39%.

通過不同控制策略下系統(tǒng)總能耗對比可以看出，現(xiàn)控制總能耗比原有的控制策略下的能耗小很多。原控制方式當(dāng)天電能量2 630.4 kW·h，現(xiàn)控制方式系統(tǒng)總能耗為2 353 kW·h，比原控制方式系統(tǒng)1 d多節(jié)約277.3 kW·h，總能耗節(jié)能率10.5%，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行1 d各子系統(tǒng)的能耗對比如表1所示。

表1 不同控制方式下各子系統(tǒng)的日能耗（單位：kW·h）

由表1可知，現(xiàn)控制方式下比原控制方式下的能耗低，節(jié)能效果明顯。其中，現(xiàn)場常用的機(jī)組額定功率為197 kW，對應(yīng)的冷凍水泵為22 kW，冷卻水為37 kw，冷卻塔風(fēng)機(jī)為9 kW，可見，冷水機(jī)組功率占總額定功率的74.3%，在部分負(fù)荷下，理論上冷水機(jī)組的能耗節(jié)能空間是比較大的。但現(xiàn)場由于不可直接對空調(diào)主機(jī)進(jìn)行控制，想要間接地影響制冷機(jī)的制冷效率，最重要的是改變冷凍水系統(tǒng)的流量大小。對于冷凍水系統(tǒng)而言，如果當(dāng)前系統(tǒng)負(fù)荷減小，則要保證制冷量與系統(tǒng)負(fù)荷相匹配，必須減小冷凍水的流量。原冷凍水變頻器控制策略是冷凍水回水恒壓控制，這樣保證了整個系統(tǒng)的水力平衡，不會導(dǎo)致系統(tǒng)因流量不足而出現(xiàn)空調(diào)主機(jī)故障，但相比于改造后的冷凍水進(jìn)出水恒溫差控制策略而言，節(jié)能效果較差。冷凍水吸收了空調(diào)末端房間里的熱量，這些熱量需要冷卻水循環(huán)系統(tǒng)將其帶到大氣中去，當(dāng)冷凍水系統(tǒng)的流量減小時，空調(diào)主機(jī)的制冷量下降，冷卻水系統(tǒng)的需要帶走的熱量就會降低。此時，冷卻水泵轉(zhuǎn)速在可以滿足整個系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下降低了，從而達(dá)到了節(jié)能的目的。

5 結(jié)束語

綜上所述，中央空調(diào)系統(tǒng)在建筑工程中的應(yīng)用越來越普遍，其能耗占建筑總能耗的50%以上。因此，相關(guān)技術(shù)人員要采取有效的節(jié)能控制策略，對中央空調(diào)的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，從而降低中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗。該中央空調(diào)系統(tǒng)采取上述控制策略進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化后，取得了良好的成效，可供類似系統(tǒng)改造參考。

［1］朱肖晶.水冷式中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的應(yīng)用分析［J］.電力需求側(cè)管理，2015（06）.

［2］楊軼霞.基于PLC和變頻器的中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.廊坊師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2015（02）.

〔編輯：張思楠〕

TU201.5

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.15.064

2095-6835（2017）15-0064-02