中央空调---从控制方式看节能.doc

1、中央空调-从控制方式看节能摘要：让空调系统更有效率的运转，不仅为物业管理带来很大的经济效益，而且还可使系统在较佳的工况下运行，从而延长设备的使用寿命以及达到提供舒适的空调环境和节能之目的。关键词： 中央空调 控制方法 节能 Abstract: let air conditioning system more efficient operation, not only for the property management has brought great economic benefits, but also can make the system in good working condi

2、tion, thereby prolonging the service life of the equipment and to provide a comfortable air conditioning environment and the purpose of energy saving. Key words: central air-conditioning energy saving control method 中图分类号：TE08 文献标识码： A 文章编号： 节能可以说是楼宇自动控制系统的出发点和归宿。众所周知，在智能建筑中，空调系统所耗费的能量要占到大楼消耗的总能量的极大

3、部分比例，大致在 5060%左右。所以实有必要发展一种有效的空调系统节能方法。尤其是在改善现有大楼空调系统自动化方面。让空调系统更有效率的运转，不仅为物业管理带来很大的经济效益，而且还可使系统在较佳的工况下运行，从而延长设备的使用寿命以及达到提供舒适的空调环境和节能之目的。 中央空调系统的设计通常按建筑物所在地的极端气候条件来计算其最大冷负荷（或最大热负荷） ，并由此确定空调主机的装机容量及空调水系统的供水流量。然而，实际上每年只有极短时间出现最大冷负荷（或最大热负荷）的情况。因此，中央空调系统在绝大部分时间里，都是在部分负荷（远小于其额定容量）条件下运行的。据统计，实际空调负荷平均只有设备能

4、力的 50%左右，因而出现了“大马拉小车”的现象，这无疑造成了大量的能源白白浪费。而且，空调水系统的水泵、风机等机电设备，长期处在额定状态下高速运行，机械磨损严重，导致设备故障增加和使用寿命缩短。另一方面，空调负荷又具有变动性。由于季节交替、气候变换、昼夜轮回、使用变化（旅游旺、淡季）及人流量增减（宾馆入住率的变化）等各种因素变化的影响，中央空调系统的负荷具有起伏变化和不恒定的特点，如果中央空调的运行方式不能根据负荷的变化而调节，始终在额定容量（即满负荷状态）下运行，也势必造成巨大的能源浪费。 随着科技的发展，现在，不少空调主机已能够根据负荷变化自动随之减载或加载，但输送空调水（冷冻水和冷却水

5、）的水泵如果不能跟随负荷的变化做出相应的调节，始终在额定功率下运行，仍然会造成输送能量的很大浪费。1.常用的中央空调控制方法 其实，中央空调的能源浪费的症结既不在于其设计余量的大小，也不在于末端负荷的变动性。为了保障中央空调在夏季和冬季极端气候条件下的空调效果，空调设计容量的冗余是必需的，不可缺少的。末端使用情况的变化是十分正常的、不可避免的，不变是不现实的。问题的关键在于中央空调缺乏先进的控制方式，如果中央空调的冷（热）量供应，能够实现根据末端需要的多少而自动调节，那么，不论空调设计余量如何，也不论空调负荷如何变化，都不会产生能量的浪费。目前，国内的中央空调系统，由于没有先进的技术手段支持，

6、基本上都采用传统的定流量控制方式，即空调冷冻（温）水流量、冷却水流量和冷却风风量都是恒定的。也就是说，只要启动空调主机，冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机都在 50Hz 工频状态下运行。 定流量控制方式的特征是系统的循环水量保持定值不变，当负荷变化时，通过改变供水或回水温度来匹配。定流量供水方式的优点是系统简单，不需要复杂的自控设备。但这种控制方式存在以下问题：（1） 无论末端负荷大小如何变化，空调系统均在设计的额定状态下运行，系统能耗始终处于设计的最大值，能源浪费很大。 （2） 舒适性中央空调系统是一个多参量、非线性、时变性的复杂系统，由于末端负荷的频繁波动，必然造成系统循环系统的运行参量偏离空

7、调主机的最佳工作状态，导致主机热转换效率降低，系统长期在低效率状态下运行，也会增加系统的能源消耗。 （3） 在工频状态下启停大功率水泵，冲击电流大，不利于电网的安全运行，且水泵等机电设备长期在工频额定状态下高速运行，机械磨损严重，导致设备故障增加和使用寿命缩短。2.通用变频器 PID控制方法中央空调系统定流量控制方式的这些缺陷是显而易见的，所以找到一种更先进的中央空调运行控制方式，以减少其浪费，实现中央空调的高效节能运行。 长期以来，人们为了降低空调的运行成本，减少宝贵的能源浪费，设计工作者和节能科技工作者们，都进行了艰苦不懈的努力。一些有经验的中央空调系统操作和维护人员，在没有技术手段的情况

8、下，常常采用人工控制的方法来进行节能。如：空调负荷减少时，减少投入运行的主机台数和水泵台数，或者使主机间断工作，这可以收到一定节能效果，但这种人工步进式的调节非常粗糙，实时性差，且受设备配置的限制和人的因素影响较大。 近年来，随着大功率电力电子器件的出现，促进了通用变频器的小型化和实用化，为降低中央空调系统的能源浪费，人们开始采用通用变频器来控制空调系统的水泵和风机，通过供、回水压差或温差的采集，对水泵和风机进行 PID（比例、积分、微分）调节，以达到节能效果。这种基于精确数学模型的 PID 控制，历史悠久，原理简单，使用方便，价格较低。但其不足之处在于：中央空调是一种多参量、非线性、时变性且

9、参量间耦合很强的复杂系统，不易获得较精确的数学模型，近似的或粗糙的模型难以实现精确控制。 也就是说，工程参数整定之后，就用同一种参数去对付各种不同的运行工况，因此，不可能达到最佳的节能效果。PID 只能实现单参量（温度或压力）的简单控制功能，在一些单参量工业生产过程的控制中效果较好，当用于控制中央空调这样的多参量、非线性、时变的且参量间耦合很强的复杂系统时，很容易引起中央空调系统振荡，使控制温度在较大范围内起伏，长时间都不能到达设定值的稳定状态，既影响了系统的稳定性，又降低了空调效果的舒适性。中央空调实现节能有两个基本的前提条件：（1） 确保中央空调系统主机和外围设备的安全运行，因为节能固然重

10、要，但安全应是第一位的；（2） 确保空调末端用户环境的舒适性，效益固然重要，但服务超越一切。这两个条件是保护用户的根本利益所在，如果不能满足这两个前提条件，所实现的“节能” ，则是以牺牲用户的利益（即系统的安全性及空调效果）为代价的。可以想到，如果能寻求到一种新的控制方法，使得中央空调主机的冷量（或热量）供应都能跟随负荷的变化而同步变化，就能够在保证空调舒适性的前提下，实现空调系统的最大节能。3.智能模糊控制方法它与当今普遍使用的定流量中央空调控制模式相比，具有以下技术特点：（1） 实现空调高效节能控制突破了传统中央空调冷媒系统的运行方式，通过对中央空调能源运行系统的动态监测和闭环控制，将空调

11、主机的定流量运行改为变流量运行，实现空调主机冷媒流量跟随末端负荷需求而同步变化，在空调系统的任何负荷条件下，都能既确保中央空调系统的舒适性，又实现最大的节能。 （2） 保障空调主机始终保持高的热转换效率众所周知，随着中央空调系统负荷的变化，必将导致整个空调系统运行参数偏离空调主机的最佳设计参数，导致主机热转换效率降低，这一直是传统中央空调运行方式无法解决的一大难题。智能模糊控制的一个基本思想就是按照中央空调主机所要求的最佳运行参数去控制中央空调系统的运行，根据系统的运行工况及制冷工质参数的变化，通过模糊控制器动态调整空调系统运行参数，确保空调主机始终处于优化的最佳工作点上，使主机始终保持具有高

12、的热转换效率，有效地解决了传统中央空调系统在低负荷状态下热转换效率下降的难题，提高了系统的能源利用率。 （3） 实现中央空调全系统综合性能优化和协调运行中央空调系统是一个较复杂的系统工程，要实现中央空调系统的最佳运行和节能，从局部去解决问题（如采用通用变频器 PID 控制）是不可能办到的，必须针对空调系统的各个环节（包括主机、冷冻水系统、冷却水系统等）统一考虑，全面控制，使整个系统协调运行，才能实现最佳综合节能。 为此，智能模糊控制从系统工程学的理念出发，不仅对中央空调各部分进行全面控制，而且通过系统集成技术将各个控制子系统在物理上、逻辑上和功能上互连在一起，实现它们之间的信息综合、资源共享，在一个计算机平台上进行集中控制和统一管理，实现中央空调全系统的协调运行和综合性能优化。