浅谈基于大空间的节能控制方案

陆珺

上海浦公节能环保科技有限公司 上海 201209

1 大空间建筑主要的空调设计及控制

1.1 空调风系统

在不同的功能区域采用不同的空调系统，主要有双风机全空气系统、单风机全空气系统、单风机全空气系统+VAV（变风量）系统。

双风机全空气系统是四管制定（变）风量空调机组，带有送、回风机（变风量系统为变频送、回风机），可调节控制冷热水阀、新风阀、回风阀、排风阀，监测室内空气质量、回风温湿度、室内温度，进行防冻报警保护。

采用温度控制、CO2控制节能措施，可节约20%左右能源；采用冷热水系统节能措施，可节约30%左右电力；采用时间表控制节能措施，平均每天可减少设备运行时间2h；利用新风机控制变风量，可节约20%左右电力。

1.2 空调水系统

大楼冷热源来自于能源中心。通过管网系统，冷冻水或蒸汽进入建筑的热力交换站，通过热交换器产生空调用的二次冷、热水。空调节能控制系统能实时监控冷热水循环水泵，能根据末端负荷进行变频控制，控制板式热交换器的二次冷热水的供水温度[1]。

2 主要空调系统的控制节能策略的设计研究

2.1 四管制空调机组

2.1.1 冷、热盘管水调节阀控制：测量回风温湿度，根据回风温度调节2个水阀开度。冷热盘管调节阀按分层控制方式工作，不得同时处于打开状态。2个调节阀阀位信号（模拟量）返回，湿度信号用于测量。当测量的回风湿度高于回风湿度设定值时，冷热水盘管调节阀控制进入除湿模式，此时冷水阀开至最大，以使空气温度降低至露点温度进行除湿，同时调节热水调节阀开度，以使送风温度维持在送风温度设定值，以避免送风温度过低造成结露。

2.1.2 风阀控制：空调机组设有回风风阀，新风风阀，根据回风CO2浓度调节新风风阀开度，回风风阀连动反方向开闭，回风阀与新风阀开度的比例关系在调试中决定，风阀执行器均应有机械限位附件，强制限制风阀开度。

2.1.3 风机控制：按时间程序控制启停，风机停运时，联动关闭水调节阀、风阀。风机前后安装空气压差开关，以取得风机的真实运行信号。

2.2 VAV空调机组

2.2.1 风机启停及转速控制：测量主送风管约2/3处风管静压，调节变频器频率。变频器的频率信号（模拟量），运行及故障信号（开关量）返回。风机按时间程序启停，风机停运时，联动关闭水调节阀、风阀及加湿器。

系统静压的设定是关键的问题。如果设定点太低，则某些VAV末端的风门开度到了100%，但实际流量还是比所需流量要小。而如果设定点过高，风机的能源就被浪费掉了；静压的设定点越高，风机就越难于保持设定点，严重时导致系统工作不稳定，系统噪声增大，根据末端风量控制装置的实际阀位来判断当前系统静压设定值是否合适。静压再设法的原则是保证系统静压设定值既满足系统送风量的需求，又不会因设定得过高而造成能耗浪费或噪声等问题。

当系统中VAVBOX的实际阀位都在90%以上，则反映系统静压设定值偏小，此时应适当增加系统静压设定值；当系统中VAVBOX的实际阀位都小于70%，则反映系统静压设定值偏大，此时应适当减小系统静压设定值。

2.2.2 冷、热盘管水调节阀控制：测量送风温湿度，依据送风温度调节水阀开度。冷、热盘管调节阀按分层方式工作，不得同时处于打开状态。

当测量的送风湿度高于回风湿度设定值时，冷热水盘管调节阀控制进入除湿模式，此时冷水阀开至最大，以使空气温度降低至露点温度进行除湿，同时调节热水调节阀开度，以使送风温度维持在送风温度设定值，以避免送风温度过低造成结露。

变风量系统在负荷变化不大时通过调节每个VAVBOX的送风量来调节负荷。但当区域负荷显著下降时，如果一味减小系统送风量，则会造成散流器因风速不够不能形成良好的贴附射流以充分混合空气，在送冷风的场合，冷风会直接“掉”到散流器正下方的区域，使这部分区域过冷，而其他区域因为没有冷风混合而过热。为了解决这个问题，在系统负荷降低为设计负荷的60%以下时，也就是当空调箱送风机频率降低至30Hz以下时，应保持送风机频率不变，而重新调整送风温度，在送冷风的场合应适当提高送风温度设定值，在送热风的场合应适当降低送风温度设定值。这样一方面保证了末端装置有良好的气流组织，另一方面也可以进一步降低系统对冷冻水或者热水的需求，节省了冷热源及冷冻水泵或热水泵的能耗。

2.2.3 风阀控制：空调机组设有回风风阀，新风风阀。根据回风CO2浓度调节新风风阀开度，回风风阀连动反方向开闭，回风阀与新风阀开度的比例关系在调试中决定。

2.2.4 空调机组过滤器安装空气压差开关，过滤器堵塞时发出信号。

2.3 空调水系统控制节能策略

循环水泵台数及频率的控制：

当系统处于部分负荷时，循环水泵将运行于部分负荷的工况下。无论是板式换热器一次侧水泵还是二次侧水泵，都是多台变频水泵并联的形式，当系统所需流量需要调节时，既可以改变运行水泵的台数（台数控制），也可以调节运行中水泵的频率（频率调节）。因此在制定水泵台数控制和频率调节的控制策略时，以水泵特性曲线为依据，找到满足系统稳定、且能耗最低的最佳运行状态点。

按照水泵的特性曲线（流量-扬程曲线、效率-扬程曲线）采用经验曲线的方法，其中效率的定义如下。

下图是典型的水泵特性曲线：

图1 不同频率下水泵流量－扬程特性曲线

图2 不同频率下水泵流量－效率特性曲线

从图中可以看出，对于不同的频率和流量，水泵的运行效率是不同的，我们可以得知对应某一扬程和流量时，一台水泵的能耗，再乘以水泵运行的台数，就可以得知水泵组的总能耗。

如果运行的水泵台数为2，则每台水泵流量为750m3/h，则根据流量－扬程特性曲线可知每台水泵运行频率均为37.5Hz，根据流量－效率特性曲线可知每台水泵的效率均为65%，根据效率公式，每台水泵功率为94.2kW，则水泵组总能耗为188.4kW。

如果此时运行的水泵台数为3，则每台水泵流量为500m3/h，则根据流量－扬程特性曲线可知每台水泵运行频率均为35Hz，根据流量－效率特性曲线可知每台水泵的效率均为55%，根据效率公式，每台水泵功率为74.2kW，则水泵组总能耗为222.5kW。

比较上述两种台数组合，则可以判定在这样的工况下水泵组开启2台更节能。因此建议在制定控制策略时对水泵性能参数进行全面的搜集整理，并基于此计算出节能数据库，在实际运行时根据节能数据库中所得出的节能参数来控制水泵的台数。

板式换热器台数控制和二次侧出水温度设定值调节策略在板式换热器和二次侧热水或冷水水泵组成的系统当中，二次侧出水温度－空调水循环水泵总流量是一组相关变量，它们共同负担着系统负荷。在负荷一定的情况下，空调循环水流量与二次侧供回水温差成反比。

当系统处于低负荷运行时，既可以降低二次侧循环水泵的流量，也可以减小二次侧供回水温差，或者是这两者的组合。我们建议在制定控制策略的时候应该以整个系统作为分析对象，找到系统的效率最佳点。

一次侧与二次侧水泵能耗是此消彼长的关系，而影响能耗分配的参数则是换热器的台数和温差参数的设置。

3 结束语

通过上述对空调水系统、空调风系统的典型控制策略的研究，在建筑节能领域广泛运用自控技术会极大地提高大空间建筑能耗节约，可以在节能环保绿色建筑中更好的凸显其绿色环保的特点。