自控系统在中央空调节能中实施方案

朱红艳

摘要随着经济的飞速发展，工业现代化步伐的加快，中央空调系统在各行业中得到了广泛应用。它的功能是对某区域内空气的温度、湿度、洁净度和空气流速等参数进行调节，以满足人体舒适或工艺过程的要求。本文所讲的就是如何尽可能地减少能源消耗量来达到预期的效果，实现资源节约。

关键词节能；空调；BAS

中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：

一、引言

中央空调是现代建筑中不可缺少的能耗运行系统。中央空调系统在给人们提供舒适的生活和工作环境的同时又消耗掉了大量的能源。正常运行的中央空调系统，其耗能主要有两个方面：一方面是为了供给空气处理设备冷量和热量的冷热源耗能；另一方面是为了输送空气和水，风机和水泵克服流动阻力所需的动力耗能。中央空调系统的耗能量受很多因素影响，许多运行环节都有节能措施，因此中央空调节能是一项综合性的工程。

二、节能系统实现目标

1、实施目标

空调机组新风机组实施控制。通过控制温度，合理调配冷源使用独立空间的空调末端需要实现有效的控制和计量模式。采用联网温控器的当量计费方式进行管理和监控。并可设置合理的区域控制面版。冷源整体控制系统实现最大COP值，并提供控制依据。

2、设计依据

为了保证系统既能适应今后网络技术的发展，又具有极高的可靠性，系统设计遵从以下标准和规范：

《中国采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87

《通风与空调工程质量验收规范》GBJ50243-2002

《商用建筑线缆标准》EIA/TIA 569A

《民用建筑线缆标准》EIA/TIA 606

《电子计算机机房设计规范》GB50174-93

《民用建筑电气设计标准》JGJ/16-92

《低压配电装置及线路设计规范》GBJ54-1983

《电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-92

建筑智能化系统工程设计管理暂行规定（建设部1997-290）

三、节能解决方案

1、冷水机组节能措施

制冷监控系统是整个空调系统的核心，系统监控对象：冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却水塔、补水泵、膨胀水箱等及相关温度、压力参数。由于制冷系统是建筑物内的用电大户，也是直接决定办公环境好坏的重要系统，并且该系统设备价格昂贵、日常保养和维护工作所需的人力和物力也很大。因此，对冷/热源系统实施有效的监控和管理是至关重要的。冷水机组控制系统，实现整体节能，就常规3冷水机组带变频水泵进行节能实施方案。

1.1变频技术节能

根据风机、水泵电机特性，风机、水泵的流量Q与转速n的一次方成正比，压力H（扬程）与转速n的二次方成正比，轴功率P与转速n的三次方成正比，转速n与电机的运行频率f成正比，他们之间的相互关系如下：

从以上公式可以得出，风机、水泵电机的轴功率P与电机转速n的三次方成正比。假设电机的运行频率由工频50Hz下调到45Hz，则理论上可以实现27％的节电率，如下所示：

同理，如果将电机的运行频率由工频50Hz下调到40Hz，则理论上可以达到49％的节电率。可见风机、水泵电机的变频调速，节能效果非常明显。

下图中，曲线①为管网特性曲线，曲线②为风机、水泵在转速n1下的性能曲线，此时风机水泵工作在A点时，轴功率P1＝KQ1H1(K=const)，即与图中面积AQ10H1A成正比。

图1：中央空调变频节能控制原理

若要将流量从Q1降到Q2时，如用风门(挡板)，则工作点由A移到C，流量下降，压力上升，轴功率减少不多；若采用变频调速，则工作点由A移到B，在满足同样流量Q2的情况下，压力也下降，轴功率大大降低，与上述节电率计算公式结果一致。

综合所述，在部分负荷下对风机、水泵采用变频器调节，也就是说将现有定流量变温差调节模式改变为变流量定温差，同时将定风量变焓值的调节模式，改变为定焓值变风量的调节方式，系统将获得非常好的节能效益。

1.2冷水机组系统优化节能

变频调速技术的应用，实际上只解决了水泵和风机的节能问题。在功率消耗最大的冷水主机的节能策略上，最重要的是需要提高冷水主机运行效率，即主机性能系数COP（Coefficient of Performance）。

国际制冷协会和各种权威机构研究发现，冷冻机在不同工况条件下COP值不同，有关曲线图如下：

（1）主机冷冻水出水温度不变，冷却水进水温度与空调系统负荷同步变化时（受外部环境影响），冷冻机运行效率在65%～75%区间内效率最高（见下图）。

图2：冷冻机运行效率比较（冷冻出水不变、冷却进水随负荷变化）

在冷却水回水温度、现场负荷需求一定的条件下，主机冷冻水出水温度越高，蒸发温度越高，主机COP值越大。每提高蒸发温度1℃，主机能效提高3%，通过检测机组的供电电流可以确定。

在冷冻水出水温度、现场负荷需求一定的条件下，主机冷却水出水温度越低，冷凝温度越低，主机COP值越高。每提高冷凝温度1℃，主机耗功率增加2%。然而，冷凝温度的降低会导致冷却水温差的下降，冷却水流量加大，冷却水泵运行成本的增加。

冷源系统的节能是指在一定负荷下，合理的群控匹配和参数调整使空调冷源系统处在最佳工况区，即综合能效比EER最高的区域。特别是针对多冷冻机配置条件下，依据空调末端实际冷量需求，优化选择冷冻机运行数量，综合考虑主机、水泵、风机等的总能耗，实现中央空调系统的节能运行。

1.3空调机组的控制过程说明

（1）在冷冻水/热水回水管上安装的电动调节阀,接受就地安装的DDC控制器的控制，当DDC控制器接受的温度与设定值有偏差时，通过在现场DDC控制器内置的控制算法，如PID（比例积分微分）和优化PID算法，DDC控制器发出控制信号到变频器进行调节，若调节温度达不到要求，进行电动调节阀调节，调节盘管内的水流量，这样构成闭环控制，保持送风温度在要求的控制范围内，当空调机组停止运行时，调节阀即关闭。

（2）联锁控制：新风风阀与风机和水阀联锁控制，停风机时自动关闭新风阀及水阀，风机启动前，延时自动打开风阀。

（3）为了节能，当所测新风温度达到可进行全新风操作时，DDC控制器根据预定程序控制新风阀至全新风位置，同时关闭盘管水阀，利用室外的自然风进行室内温度调节。

（4）在冬夏季季节转换后，程序自动调整控制程序，保证盘管水阀的动作满足负反馈的要求。

四、结语

本项目楼宇自控系统将建筑电气设备与控制子系统暖通空调系统、进行分散控制、集中监视、管理，实现一体化控制、检测和管理，创造舒适、安全的工作环境，以最低的能源和电力消耗来维持系统和设备的正常运行，取得最低的运作成本。同时，通过优化控制提高管理水平，极大的方便了设备的操作与维修，减少管理和维护人员，达到节约能源和人力资源的目的，为业主创造更高的经济效益。

参考文献：

王吉军.空调系统节能设计水平评价方法的研究【J】中国西部科技.2008(7):33.

马一太.冷水机组能效标准实施反馈分析【J】.电器.2007(3):26-27.

白雪莲.公共建筑暖通空调系统提高能效的措施分析【J】.建筑节能.2007(9):1-5.

中华人民共和国建设部.GB50189-2005公共建筑节能设计标准【S】.北京：中国建筑工业出版社.2005.

中华人民共和国建设部.GB50019-2003采暖通风与空气调节设计规范【S】.北京：中国计划出版社.2004.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。