中央空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備節(jié)能優(yōu)化控制探討

陸華龍

摘 要：中央空調(diào)在大型建筑中對房間溫度舒適性調(diào)節(jié)方面的應(yīng)用，使得中央空調(diào)逐漸成為人們生活的必需品。與此同時，中央空調(diào)能耗占建筑能耗總量比例也在持續(xù)增加。對此，為了降低中央空調(diào)的能源消耗，實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化，詳細分析了中央空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備節(jié)能優(yōu)化控制措施。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；末端設(shè)備；節(jié)能；優(yōu)化控制

中圖分類號：TB657.2 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.084

中央空調(diào)系統(tǒng)主要由2部分組成，分別是制冷主機機組控制系統(tǒng)和末端空氣處理設(shè)備。末端空氣處理設(shè)備主要包含風(fēng)柜、風(fēng)機盤管以及新風(fēng)處理機組等多個類型的設(shè)備。當(dāng)前，對中央空調(diào)末端設(shè)備的節(jié)能控制方式主要是借助檢測空調(diào)房間的回風(fēng)溫度，并將其與房間的設(shè)定溫度值相比，通過單變風(fēng)量或單冷凍水流量達到節(jié)能的目的。但是仍然存在許多問題。對此，研究中央空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備節(jié)能優(yōu)化控制具有顯著的節(jié)能意義。

1 末端設(shè)備優(yōu)化控制措施

表冷器的換熱原理主要是通過里面流動的空調(diào)冷凍水（冷媒水）把流經(jīng)管外換熱翅片的空氣冷卻，風(fēng)機將降溫后的冷空氣送到使用場所供冷，冷媒水從表冷器的回水管道將所吸收的熱量帶回制冷機組，放出熱量、降溫后再被送回表冷器吸熱、冷卻流經(jīng)的空氣，不斷循環(huán)。從表冷器換熱原理可以發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)送風(fēng)量以及調(diào)節(jié)冷凍水流量都會對表冷器的換熱量形成干擾，也就是存在耦合。但是，想要從物理層面實現(xiàn)解耦具有較高的難度。對此，在實際的工程當(dāng)中，普遍是采用空調(diào)房間溫度設(shè)置以及空調(diào)房間回風(fēng)溫度的差值設(shè)計，對表冷器實行單邊冷凍水流量以及單變風(fēng)量的調(diào)控。但是，一般的控制策略都是按照空調(diào)房間溫度的實時改變來調(diào)節(jié)冷凍水的流量和單邊風(fēng)機的風(fēng)量。單變的調(diào)控方式雖然操作起來相對而言較為簡單，但是空調(diào)房間的熱穩(wěn)定所需要的時間卻非常長，而表冷器的換熱過程所需要的時間比較短，兩者之間相差過大，導(dǎo)致在流量和風(fēng)量被調(diào)節(jié)之后的數(shù)值并不符合房間的具體情況，促使調(diào)節(jié)效果存在問題，甚至是在一些溫度變化較大的房間中無法發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。中央空調(diào)系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)計負荷來工作的，在實際的工作中，負荷只能夠達到設(shè)計負荷的60%左右。相關(guān)研究顯示，冷凍水流量在實現(xiàn)額定流量的60%時，表冷器的換熱量將會達到額定流量的80%，再繼續(xù)提升冷凍水流量對表冷器的數(shù)值并不會形成較大影響。與此同時，這一狀態(tài)下調(diào)節(jié)表冷器送風(fēng)量能夠非常良好的改善表冷器換熱量的目的。按照這一原理特點，對中央空調(diào)系統(tǒng)的末端應(yīng)用雙向反饋回路的方式優(yōu)化設(shè)計風(fēng)、水聯(lián)合調(diào)控，可以在一定程度上采用單變量的方式來處理冷凍水流量與送風(fēng)量對表冷器換熱的耦合影響，從而達到節(jié)能目的。

優(yōu)化控制中所采用的控制器都應(yīng)用了PI控制器，因為設(shè)定溫度和回風(fēng)溫度都采用了梯度的方式，調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，可改善表冷器的換熱量和送風(fēng)量，將室內(nèi)的溫度控制在相應(yīng)的范圍之內(nèi)。水閥的控制器也可以采用PI的控制方式，按照室內(nèi)設(shè)計的溫度和回風(fēng)溫度的差值來調(diào)整水閥的開關(guān)程度，從而改善表冷器的換熱量，通過最低的能源消耗將溫度控制在適當(dāng)范圍內(nèi)。

除此之外，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，一些關(guān)于網(wǎng)絡(luò)控制空調(diào)末端出風(fēng)的技術(shù)也越發(fā)成熟，借助在空調(diào)末端安裝盤管風(fēng)機控制器，可以按照每一個房間的實際環(huán)境、濕度等數(shù)據(jù)調(diào)整房間的需冷量，達到以房間為單位的送風(fēng)溫度、風(fēng)速等精細化管理的效果，從而實現(xiàn)優(yōu)化中央空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備節(jié)能性能的目標(biāo)。

2 控制器的控制策略

回風(fēng)溫度可以由溫度傳感器檢測，冷凍水流量由流量傳感器檢測，送風(fēng)量由風(fēng)量傳感器檢測，CO2濃度由相應(yīng)的傳感器檢測，并在檢測到上述數(shù)據(jù)之后將數(shù)值傳輸?shù)街悄芸刂破鳟?dāng)中，從而實現(xiàn)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)的目標(biāo)。控制程序可以先讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后按照讀入的輸入量進行預(yù)定化計算，并對當(dāng)前系統(tǒng)所呈現(xiàn)的工作狀態(tài)進行判斷，達到相應(yīng)的控制目的。對空調(diào)系統(tǒng)末端的冷凍水流量和送風(fēng)量同時進行調(diào)節(jié)控制時，能夠獲得最大化的節(jié)能效益。但是，因為冷凍水流量和送風(fēng)量對表冷器的換熱量會形成耦合作用，假設(shè)對2個變量實行持續(xù)性的調(diào)節(jié)，對送風(fēng)量和冷凍水量的調(diào)節(jié)必然需要有參數(shù)依據(jù)，從而才可以實現(xiàn)最大化的節(jié)能效益和溫度控制效果。

在冷凍水相對流量在60%以上時，表冷器的吸濕系數(shù)和表冷器換熱量受影響程度都會相對較低，同時相對流量在低于60%時，對表冷器的吸濕系統(tǒng)的影響最大。對此，應(yīng)當(dāng)將控制器的冷凍水流量維持在60%，在空氣處理機組的流量調(diào)節(jié)當(dāng)中進行控制，盡量不改變冷凍水的流量，促使其維持在60%左右，借助改善送風(fēng)量來實現(xiàn)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、熱負荷以及濕度等目的。通過這樣的控制策略，可以規(guī)避因為頻繁變動冷凍水的流量所導(dǎo)致的冷水機組性能改變以及空調(diào)系統(tǒng)冷凍水管網(wǎng)水力失衡的情況。因為這2種情況的發(fā)生都會帶來較大的能源消耗，在穩(wěn)定回來時也會形成額外的能源損耗。除此之外，彭彥平的“中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)雙機變頻節(jié)能控制研究”研究顯示，在表冷器的冷凍水流量和送風(fēng)量同時進行調(diào)節(jié)控制的情況下和冷凍水的流量設(shè)計相比，換熱量已經(jīng)能夠達到80%～85%，對表冷器的換熱性能不會形成較大的影響。這也就間接地降低了冷凍水側(cè)應(yīng)用在輸送方面的能源消耗，促使空調(diào)系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定。

3 結(jié)論

綜上所述，雖然中央空調(diào)能夠?qū)崿F(xiàn)非常顯著的生活環(huán)境優(yōu)化，為人們營造舒適的環(huán)境，但是中央空調(diào)在運行時存在嚴重的能源消耗問題。這也導(dǎo)致中央空調(diào)的社會價值不斷下降。對此，應(yīng)當(dāng)合理分析中央空調(diào)的經(jīng)濟性、節(jié)能性、美觀性、舒適性和安全性等多元化的性能，并在中央空調(diào)系統(tǒng)的末端設(shè)備方面，采取合理的節(jié)能控制措施，在多方面實現(xiàn)能源控制，從而降低中央空調(diào)工作時所消耗的能源。

參考文獻

[1]王日英，羅文廣，吳小娜，等.中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化控制研究[J].計算機測量與控制，2014，22（11）：3568-3571.

[2]黃莉，范瑞祥，楊永標(biāo)，等.一種面向傳統(tǒng)水冷式中央空調(diào)主機系統(tǒng)能效優(yōu)化控制方法[J].電氣自動化，2015，37（6）：90-92.

[3]彭彥平，任慶昌，閆秀英.中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)雙機變頻節(jié)能控制研究[J].控制工程，2015，22（6）：1047-1052.

[4]陳曦.基于混合模型的中央空調(diào)能源優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計[D].北京：北京交通大學(xué)，2015.

〔編輯：劉曉芳〕