【百科】中央空調節能控制的設計應用

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　　采用樓宇自動(dòng)化系統(BAS)實(shí)現對空調末端設備的節能自動(dòng)控制。當空調負荷發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)采集一組參數值，經(jīng)模糊運算，改變冷水機組工作狀態(tài)、冷凍(溫)水和冷卻水流量和冷卻塔風(fēng)機的風(fēng)量，確保冷水機組始終工作在效率最佳狀態(tài)，使主機始終處于高轉換效率的最佳運行工況。

　　在智能建筑中通常采用樓宇設備自控系統，對中央空調系統末端的新風(fēng)機、回風(fēng)機、變風(fēng)量風(fēng)機、風(fēng)機盤(pán)管等裝置進(jìn)行狀態(tài)監視和使用的“精細化”控制，以實(shí)現節能的目的。它通過(guò)DDC(直接數字控制器)控制器，將檢測的相關(guān)量值進(jìn)行PID(比例、積分、微分)運算，實(shí)現對上述設備的PID控制，達到一定的節能效果。

　　這種對空調末端設備的控制可節能10％-15％，因為不能實(shí)現對空調制冷站及空調水系統的智能控制，因此，節能效果不顯著(zhù)。

　　空調末端設備的控制采用樓宇自動(dòng)化系統 (BAS)，這些設備的主要特性均實(shí)現了對空調末端設備的節能自動(dòng)控制，并為動(dòng)態(tài)變流量空調節能控制系統的運行創(chuàng )造了更為良好的外部條件。

　　為降低中央空調系統的能源浪費，宜采用通用變頻器來(lái)控制空調系統的水泵和風(fēng)機，通過(guò)對供、回水壓差或溫差的采集，對水泵和風(fēng)機進(jìn)行PID調節，以達到節能效果。這種控制方法通?？梢怨澕s水泵和風(fēng)機等電機拖動(dòng)系統的電能約20％，最高可達30％。

　　當空調負荷發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)采集一組參數值經(jīng)模糊運算，及時(shí)調節冷水機組、各水泵和冷卻塔風(fēng)機的運行工作參數，從而改變冷水機組工作狀態(tài)、冷凍 (溫)水和冷卻水流量，改變冷卻塔風(fēng)機的風(fēng)量，確保冷水機組始終工作在效率最佳狀態(tài)，使供回水溫度始終處于設定值，從而使主機始終處于高轉換效率的最佳運行工況。

　　動(dòng)態(tài)變流量控制的核心是變流量控制器，在控制器中建立了知識庫、模糊控制模型和模糊運算規則，形成智能模糊控制。通過(guò)采集影響冷水機組運行的各種參數，經(jīng)模 糊運算，得出相應的控制參數，這些控制參數被送到冷水機組、冷凍(溫)水控制子系統、冷卻水控制子系統、冷卻塔風(fēng)機控制子系統。這些子系統根據控制參數的 變化，利用現代變頻控制技術(shù)，改變空調系統循環(huán)水的流量和溫度，以保證整個(gè)系統在滿(mǎn)負荷和部分負荷情況下，均處于最佳工作狀態(tài)，從而最終達到綜合節能的目的。

　　2.2.1 變流量冷卻水泵系統 當末端空調負荷減少時(shí)，反映到冷水機組將出現冷卻水出水溫度降低的現向，溫度傳感器檢測出這種變化趨勢后，模糊控制系統將自動(dòng)降低冷卻水泵的工作頻率，降低冷卻水進(jìn)水流量，提高冷卻水出水溫度，并使進(jìn)、出水溫差控制在最佳設定值上，維持冷水機組的高效率運行。

　　2.2.2 一次泵變流量系統 當末端空調負荷變小時(shí)，末端空調設備前的兩通閥將會(huì )關(guān)閉或減小，負荷側回路管路的阻力增大，冷凍水供、回水溫差將出現減小，供回水管的壓差將出現增高的趨勢。水溫傳感器及水流壓差器檢測出這種趨勢后，模糊控制系統將自動(dòng)降低冷凍水泵的工作頻率，減少冷凍水流量，并使供回水溫差及供回水壓差控制在最佳設定值上，維持冷水機組的高效率運行。

　　2.2.3 二次泵變流量設計 二次泵變流量系統分為一級泵變流量系統和二級泵變流量系統。其控制原理及效果與一次泵變流量大致相同(在這里不再一一贅述)。而一級泵系統負責確保冷水機組的安全運行，一級泵系統的旁通管路一般設計為直通管，管徑按一臺冷水機組額定流量設計。一次泵變流量系統跟蹤二級泵環(huán)路的流量變化，并保證一級泵環(huán)路的流量大于二級泵環(huán)路的流量，使 旁通冷凍水管保持從供水管流向回水總管。當旁通管的流量超出設定值的范圍時(shí)，變流量控制器將模糊PID調節一級泵的工作頻率，使旁通管的流量返回設定值。

　　通用變頻器控制是采用通用變頻器對受控的水泵電機、風(fēng)機電機進(jìn)行單獨的控制。當其控制系統檢測到某一受控量值時(shí)，就按這個(gè)量值與給定值之間的誤差進(jìn)行比例 (P)、積分(1)和微分(D)之間的線(xiàn)性組合進(jìn)行控制，即PID控制。這種控制方法只適合于線(xiàn)性系統中，并對單一控制對象實(shí)施控制。

　　動(dòng)態(tài)變流量節能控制系統是采用模糊控制技術(shù)與變頻技術(shù)相結合的控制原理，雖然也使用了通用變頻器(VVVF)，但它不是采用PID控制方式，而是采用模糊控制方法。 也就是在整個(gè)系統控制過(guò)程中，以語(yǔ)言描述人類(lèi)知識，并把它表示成模糊規則或關(guān)系，通過(guò)推理、利用知識庫，把某些知識與過(guò)程狀態(tài)結合起來(lái)的控制行為。它并不具有明顯的PID結構，但也可以稱(chēng)為非線(xiàn)性PID控制器，它是根據系統的誤差信號和誤差的微分或差分來(lái)決定控制器的參數，尤其適合非線(xiàn)性和時(shí)變性的被控對象。

　　中央空調系統的受控參數受季節變化、環(huán)境變化、使用時(shí)間、人流量等多種因素的綜合影響，是一個(gè)隨機變量，而不是一個(gè)線(xiàn)性系統，只是一個(gè)非線(xiàn)性系統。因此，決定中央空調系統冷凍(溫)水流量和溫度、冷卻水流量和溫度的需求量也是一個(gè)隨機變量。

　　通用變頻器所采用的最重要的控制參數，如比例系數K、積分時(shí)間常數T1和微分時(shí)間常數Td都是使用經(jīng)驗數據或試驗數據確定的，一旦選定就不能自動(dòng)調節。因 此，PID控制系統只適合于線(xiàn)性系統，對于非線(xiàn)性系統不可能達到最佳控制，即選用比例系數和時(shí)間常數后，采用同一種控制方法對付各種不同的負荷狀態(tài)，效果 當然是不理想的。

　　模糊控制系統本來(lái)就不要求準確掌握受控量的數值，但是它已經(jīng)考慮了受控量的各種可能性，跟蹤受控參數的變化，始終使被控系統處于最佳運行狀態(tài)，對于各種非線(xiàn)性系統和時(shí)變性系統都能提供最佳的決策。

　　通用變頻器用PID控制方法，控制非線(xiàn)性系統時(shí)，很容易引起中央空調系統的強烈振蕩，使控制范圍在較大范圍內波動(dòng)，增加了系統的能耗，也很容易使系統長(cháng)時(shí)間 都不能達到給定值的穩定狀態(tài)，控制效果不理想，對于主機所配套的冷凍水泵和冷卻水泵以及冷卻塔風(fēng)機等設備的節能最多在20％-30％之間。因其采取了保障 冷水機組工作狀態(tài)的措施，不可能節約燃料和主機電能。當然，也不能實(shí)現資源共享和無(wú)人值守管理。

　　而動(dòng)態(tài)變流量節能控制系統由于建立了優(yōu)化模糊控制 模型，對于中央空調系統可能出現的問(wèn)題都給出充分的估計，因此，在計算中存儲的總決策表能提供最佳的控制方案，系統穩定性好，極少出現振蕩現象，系統很快 就能達到穩態(tài)?？刹捎脺蚀_調節流量的方法去實(shí)現節能，水泵以及冷卻塔等平均節能達60％-80％。由于采取了特殊措施保障中央空調主機的高轉換效率，機組 COP值始終處于最佳值，因此對于吸收式溴化鋰機組可節約燃料20％-40％，對于電制冷主機可節電10％-30％。

　　動(dòng)態(tài)變流量控制器具有強大的節能功能，在系統設計時(shí)就進(jìn)行了系統集成，實(shí)現了各子系統的聯(lián)動(dòng)和互操作，達到了資源的共享的目的。由于自動(dòng)功能非常強大，從而實(shí)現了無(wú)人值守管理和聯(lián)網(wǎng)管理等，節省了人力、物力。這些都是通用變頻控制系統無(wú)法實(shí)現的。

　　動(dòng)態(tài)變流量空調節能控制系統在很多工程中得到實(shí)際運行考核，驗證了動(dòng)態(tài)變流量空調節能控制系統的節能效果。

　　實(shí)踐證明：變流量中央空調系統與定流量中央空調系統相比較，水泵以及冷卻塔等平均節能達60％~80％；對于吸收式溴化鋰機組可節約燃料20％- 40％；對于電制冷主機可節電10％-30％。

　　基于動(dòng)態(tài)變流量空調節能控制系統的節能效果，以建筑面積30000m2，采用電制冷主機和建筑面積40000m2，采用吸收式溴化鋰機組為例，在設計中采用動(dòng)態(tài)變流量空調節能控制系統，預計每項工程每年節約中央空調總運行費用達50-80萬(wàn)元。

　　中央空調系統節能的潛力巨大，動(dòng)態(tài)變流量空調節能控制系統給空調水系統的控制帶來(lái)一場(chǎng)革命，同時(shí)，給空調系統節能帶來(lái)前所未有的效果，具有廣闊的應用前景，值得大力推廣。