中央空調節(jié)能改造的探討

王丹

摘 要：隨著經(jīng)濟建設的飛速發(fā)展、人們生活質量的不斷提高，空調的應用日益廣泛和普及，空調系統(tǒng)的能耗逐年增加。中央空調是大型商場、賓館、超市、寫字樓、工廠等許多用電場所里耗電最大的單元，在總電費支出中，僅中央空調就占去了60%左右，而其中近三成被電能浪費。在暖通空調企業(yè)不斷對中央空調節(jié)能技術升級的同時，中央空調空調節(jié)能改造設計卻受到忽視，造成大量的能源耗費。因此，本文以中央空調節(jié)能改造為研究對象，對中央空調系統(tǒng)的特點、節(jié)能改造的內容及節(jié)能改造后的節(jié)能效果進行分析論述。

關鍵詞：中央空調；節(jié)能改造；節(jié)能效果

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，人民生活水平和提高，中央空調在各行各業(yè)中得到了廣泛的推廣應用。因為水冷式中央空調冷熱水循環(huán)系統(tǒng)的能效比COP相對來說比風冷式中央空調系統(tǒng)的能效比COP高，即更節(jié)能，所以被廣泛的應用在各大型或高層建筑物中。在整個建筑的能耗中，空調采暖的能耗要占到總建筑能耗的50%以上。為此，“節(jié)能減排”是現(xiàn)代建設項目中的一項重要國策。早期的中央空調工程，因空調機組及水泵等設備的選型等多種因素存在問題，能耗較大，節(jié)能改造是有潛力可挖的。于是，對既有大型高層建筑中央空調工程作節(jié)能與管理改造，降低能耗就顯得十分重要。下文將對中央空調節(jié)能改造的相關內容進行詳細的論述。

1 中央空調系統(tǒng)的概述

1.1 特點分析

第一，干擾性。空調系統(tǒng)的干擾性來自于在全天或者全年的工作中內部條件和外部條件的改變，外部條件例如太陽照射、溫度、風、雨、雷電、雪等；投入運行的量、照明的啟和停、工作人員的變化等是內部條件的主要內容。第二，調節(jié)對象?？照{的自控系統(tǒng)主要是用來對一些干擾因素進行排除。由于不同的被控對象在相同的干擾作用下，被控量隨著時間發(fā)生變化的多少和過程也并不是完全一樣的。空調自控系統(tǒng)就是用來對此類干擾因素進行排除，控制空調房間的空氣品質以及溫、濕度。但是，溫度和濕度的控制效果不僅來自于自控系統(tǒng)，更重要的是來自于空調的對象特性和空調系統(tǒng)的合理性。第三，溫濕度的相關性。在空調系統(tǒng)的控制中，通常主要是對空調所在房間內溫、濕度進行控制，而溫、濕度往往屬于相同的調節(jié)對象，這兩個量同時被調節(jié)，在調節(jié)過程中有相互產(chǎn)生影響。要是由于一些原因，室內溫度升高，導致空氣里水蒸氣的飽和分壓力產(chǎn)生變改變，在含濕量不變的基礎之上，就會導致室內相對濕度的改變，溫度上升相對濕度就會下降，溫度下降相對濕度就會上升，在調節(jié)操作過程中，調節(jié)某一參數(shù)時，會引起另一參數(shù)的改變。第四，多種運行方式的轉換控制。工況即運行方式。在全天或全年的運行中，空調系統(tǒng)在進行室內外的調節(jié)工作時，是通過多種運行方式的轉換與控制來實現(xiàn)的。也就是說，空調系統(tǒng)的運行方式要隨室內外條件的明顯改變進行轉換調節(jié)，即隨環(huán)境改變而進行工況轉換。第五，整體控制性?？照{的自動控制系統(tǒng)通常是圍繞空調房的室內相對濕度和空氣溫度的控制，經(jīng)過工況轉換和空氣處理的每個環(huán)節(jié)密切聯(lián)系的統(tǒng)一性控制系統(tǒng)。在空調系統(tǒng)中，對空氣處理設備進行啟用和停止要按照相關的工作準則，除此之外，聯(lián)鎖控制和各個參數(shù)調節(jié)與室內溫、濕度是密切相關的，不可單獨調節(jié)。

1.2 存在的問題

由于在中央空調系統(tǒng)使用期間，每一天的天氣狀況不一樣和使用狀況的不同，所以每天所要求的冷卻水和冷凍水的流量要求是不一樣的，如制冷量僅為其額定負荷的80%時，冷卻水流量僅需其額定流量的80%，冷凍水流量僅需其額定流量的80%。而依照建筑設計來說，選用空調系統(tǒng)都是按當?shù)刈顭崽鞖獾淖畲笾评淞縼磉x擇機型的，而根據(jù)一年當中空調機組運行狀況進行分析，其中90%的運行時間處于非滿負荷運行狀態(tài)。而冷卻水泵、冷凍水泵在此90%的時間內仍處于100%的滿負荷運行狀態(tài)。

冷卻水泵、冷凍水泵長期處于滿負荷的運行狀態(tài)，在空調機組非滿負荷運行狀態(tài)時，電機作了大量的無用功，造成了電能的大量浪費。

2 案例分析

2.1 項目概況

北京某5A級寫字樓于2003年建成并投入使用，總建筑面積為12.6萬平方米。采用集中空調系統(tǒng)，空調總面積達9.2萬平方米?，F(xiàn)階段寫字樓出租率在95%以上。對該大廈進行調研后，我們對大廈的總體能耗情況有了大致了解。在大廈的整體能耗中，中央空調系統(tǒng)占能耗總量的40%、照明用電占25%、辦公用電占20%、動力用電占15%左右，大廈的總耗能支出大概是每年1265萬元。大廈主要耗能設備是中央空調系統(tǒng)，它的能耗支出大概是每年300萬左右。該大廈的中央空調制冷系統(tǒng)配有離心式制冷主機3臺，螺桿式制冷主機1臺以及90kW低區(qū)冷凍水泵5臺，37kW高區(qū)冷凍水泵3臺，55kW冷卻水泵3臺，45kW冷卻水泵1臺，11kW冷卻塔風機7臺?，F(xiàn)采用制冷主機隨機配備的控制系統(tǒng)進行聯(lián)控，水泵均采用星三角降壓方式啟動。

2.2 節(jié)能改造方案

在上述政策的支持下，該大廈通過建筑物節(jié)能管理系統(tǒng)，采用強弱電一體化的手段，對大廈中央空調制冷系統(tǒng)進行節(jié)能改造。

第一，系統(tǒng)原理

建筑物節(jié)能管理系統(tǒng)采用分布式構架、模塊化設計，其核心是模糊控制器及其控制軟件。模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎的計算機智能控制，是近幾年發(fā)展起來的新型控制技術，尤其適用于中央空調這樣復雜的、非線性的和時變性的系統(tǒng)控制。

系統(tǒng)以設備能效跟蹤為核心，以基礎能源統(tǒng)計和管理為手段，將制冷系統(tǒng)能耗設備的運行信息、能耗數(shù)據(jù)、故障信息及環(huán)境參數(shù)進行跟蹤采集、統(tǒng)計分析，進而運用現(xiàn)代模糊控制技術，實現(xiàn)冷凍水系統(tǒng)的模糊預期控制、冷卻水系統(tǒng)的自適應模糊優(yōu)化控制和主機系統(tǒng)的間接（或啟停）控制，實現(xiàn)空調冷媒流量跟隨負荷的變化而進行動態(tài)調節(jié)，確保整個空調系統(tǒng)始終保持高效、協(xié)調地運行，從而最大限度地降低空調系統(tǒng)能耗。

模糊控制器由模糊化接口、數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫、推理機、解模糊接口等構成。它的輸入變量都選用受控變量，能夠比較準確地反映受控過程中輸出變量的動態(tài)特性。對于中央空調節(jié)能控制系統(tǒng)而言，受控變量是由系統(tǒng)的供回水溫度、流量及壓差等造成的。

當中央空調系統(tǒng)負荷變化造成空調主機及其水系統(tǒng)偏離最佳工作狀況時，模糊控制器根據(jù)數(shù)據(jù)采集得到各種運行參數(shù)值，如系統(tǒng)供回水溫度、供回水壓差、流量及環(huán)境溫度等。經(jīng)推理運算后輸出優(yōu)化的控制參數(shù)值，對系統(tǒng)運行參數(shù)進行動態(tài)調整，確保主機在任何負荷條件下都有一個優(yōu)化的運行環(huán)境，始終處于最佳運行工況，從而保持效率最高、能耗最低，實現(xiàn)主機節(jié)能10%～30%。

2.3 系統(tǒng)構成

本系統(tǒng)主要由模糊控制柜、水泵智能控制柜、風機智能控制箱、現(xiàn)場模糊控制箱、各種傳感器件以及系統(tǒng)軟件組成。

3 模糊控制器

模糊控制器包括1臺模糊控制柜和1臺現(xiàn)場模糊控制箱，模糊控制柜內配置智能模糊控制單元1套，工業(yè)控制計算機1臺，通訊協(xié)議轉換單元1套，數(shù)字量接口單元4套，保護單元1套以及系統(tǒng)軟件1套。現(xiàn)場模糊控制箱內配置傳感器接口單元2套，鉑電阻輸入單元2套。

模糊控制柜與現(xiàn)場用通信線纜、水泵智能控制柜、風機智能控制箱、現(xiàn)場模糊控制箱以及原有的空調啟/?？刂乒襁B接。模糊控制器系統(tǒng)通過協(xié)議解析，可與以上各控制柜進行通信，通過對空調系統(tǒng)進行全面的參數(shù)采集，實現(xiàn)對空調系統(tǒng)運行的集中監(jiān)測、控制和管理。

參考文獻

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