关于中央空调节能控制技术的分析

关于中央空调节能控制技术的分析

王作为

王作为（沈阳建筑大学信息与控制工程学院，辽宁沈阳110168）

摘要：就中央空调节能控制技术进行分析，主要分析中央空调的控制特点，即干扰性，调节对象的特性，湿度的相关性，多工况运行及转换控制和整体控制等几个方面。然后，分析了中央空调节能控制途径和节能方法的选择，以保证在满足要求的前提下最大限度的节约能源，真正发挥楼宇自控系统的作用。

关键词：中央空调系统；控制技术；节能

引言

变风量空调系统是以节能为目的发展起来的一种空调系统形式，它的设计是真正基于逐时负荷的设计，系统可根据需要随时调节分配到各区域的送风量或供冷、供热量，系统总送风量（冷、热负荷）为各时段中所有区域要求的风量（冷、热量）这和的最大值，而不是通常定风量空调系统设计中所有区域在各时段要求的风量（冷、热量）的最大值之和。前者通常只占后者的70%~90%。因此，变风量空调系统可显著减少系统总送风量和装机容量，达到节能和减少投资的目的。

空调系统的作用就是对室内空气进行处理，使空气的温度、湿度、流动速度及新鲜度、洁净度等指标符合场所的使用要求。为此必须对空气进行冷却或加热、减湿或加湿以及过滤等处理措施。其相应设备有制冷机组、热水炉、空调机组、风机盘管等。当被调房间温度与湿度受内部热源干扰或室外温湿度变化而发生波动时，首先由温度与湿度传感器把信号送给调节器，调节器与设定值进行比较后发出指令给执行器，执行器动作后，不断调整以符合要求。在中央空调系统中，冷水机组是由设备生产厂成套供应的，它一般是根据空气调节原理及规律等由微处理器自动控制的。冷水机组由压缩机、冷凝器、蒸发器与节流元件组成，压缩机把制冷剂压缩，压缩后的制冷剂进入冷凝器，被冷却水冷却后，变成液体，析出的热量由冷却水带走，并在冷却塔里排入大气。液体制冷剂由冷凝器经过节流元件进入蒸发器进行蒸发吸收，使冷冻水降温，然后冷冻水进入水冷风机盘管吸收空气中的热量，如此循环不已，把房间的热量带出。

空调系统按处理设备及处理方法不同可以分为喷淋与表冷式两种类型。这两种类型又可分为全新风直流系统、一次回风系统与二次回风复合系统及旁路系统。按调节精度要求不同可分为高精度空调，一般精度空调及舒适性空调。舒适性空调一般应按照等效温度（ET）和CO2浓度来进行设计。所谓等效温度是反映人们舒适感觉的一个综合感觉的一个综合指标，它结合干球温度、湿球温度和空气流速的效应来反映人的冷热感觉。因此等效温度随四季变化有较大变化。

1中央空调的控制特点

空调系统的特性可以归纳如下：（1）干扰性。空调系统在全年或全天的运行中，由于外部条件（如气温、太阳辐射、风、晴、雨、雪）和内部条件（如空调房间中设备、照明的启、停和投入运行的多少，以及工作人员的增减等）的变化，都将对空调系统的运行形成干扰。（2）调节对象的特性。不同的被控对象，在相同的干扰作用下，被控量随时间的变化过程也并不一样。空调自控系统的任务就是为了克服这些干扰因素，维持空调房间一定的温、湿度和空气品质。但温、湿度的控制效果不但取决于自控系统，更主要的是取决于空调系统的合理性及空调的对象特性。（3）湿度的相关性。在空调的控制中，大多数情况下主要是对空调房间内温度和湿度的控制，这两个参数常常是在一个调节对象里同时进行调节的两个被调量两个参数在调节过程中又相互影响。如果由于某些原因使空调房间内温度升高，引起空气中水蒸气的饱和分压力发生变化，在含湿量不变的情况下，就引起了室内相对湿度的变化温度升高相对湿度就会降低，温度降低相对湿度就会增加，在调节过程中，对某一参数进行调节时，同时也引起另一参数的变化。（4）多工况运行及转换控制，由于空调系统是在全年的室内外条件变化下，按照一定的运行方式（即工况）进行调节的。同时在内外条件发生显著变化时要改变运行调节方式，即进行运行工况的转换。（5）整体控制性，空调自动控制系统一般是以空调房阳内的空气温度和相对湿度控制为中心，通过工况转换与空气处理过程每个环节紧密联系在一起的整体控制系统。空调系统中空气处理设备的启停都要根据系统的工作程序，按照有关的操作规程进行，处理过程的各个参数调节及联锁控制都不是孤立进行，而是与室内温、湿度密切相关的。

2中央空调节能控制途径

对于每个系统采用的节能方法是不同的，应根据实际的设备和系统配置情况进行合理选择，使之在充分利用现有的设备基础上达到最佳的节能效果。

2.1空调机组。空调机组是智能建筑中耗能最多的设备，其运行方式不同，应从以下几个方面考虑空调机组的节能：（1）全年运行系统的工况自动转换。根据室外气候条件和空调系统的不同结构及其工艺的不同要求进行工况的转换，一般以焙值作为转换的判断条件，通过调节空调运行参数来实现。（2）控制器参数选择。合理选择每个回路的PID参数，使之具有良好的响应性能，或选择各种先进的控制算法，提高控制系统的性能指标。避免控制回路总处于不断调节或响应过程慢等不利影响，既浪费能量又影响执行器的寿命。（3）多级控制的有效配合。对有些系统具有中央空调机组外，在房间配有再加热盘管（特别是工艺空调）实现单独调节，此时应合理地选择控制方法及配合关系控制送风温度，防止中央空调送风的温度过低，而房间再加热的能量浪费现象发生，应考虑整体系统的节能效果。（4）选用高质量温度传感器。室内空气每相差1℃的调节都要消耗很多的能量，选用传感器的精度差，产生的节能效益远大于传感器的价格。（5）温度设定值应随室外温度自动调节。对于舒适性空调系统，可在夏季随室外温度的升高，适当提高温度的设定值，减小室内、外的温差，既能保证人的舒适度的要求，又能实现节能同样也适合冬季情况。

2.2冷水机组。通过计算机对楼宇内外环境温度、湿度实时测量及对楼宇热惯性的预测，确定最优化的设备启、停时间。此项措施预计可使主机、水泵、冷却塔风机平均每天减少运行时间。同时根据楼宇冷负荷变化，通过变频装置调节冷冻水、冷却水的流量及风机类设备的风量，也可使主机负荷下降，从而控制机组运行台数。

2.3热水系统。（1）锅炉系统。首先，根据供暖需求量，通过开关锅炉的台数进行控制；其次，根据室外温度对供水水温重新进行设定，减小能量消耗；第三，采用变频泵调节供水量，以适合负荷变化。（2）热交换器系统。首先，根据空调负荷的大小，通过变频泵调节供水量；其次，通过一个室外恒温器，当负荷减少时重新设定供水温度，当热水泵不运行时，通过流量开关联锁把两通阀关闭。

2.4变风量系统（VAV）。变风量系统是当房间的热湿负荷低于设计值时，保持送风参数不变而通过减少送风量的办法来保持室内的温度不变。与定风量空调系统相比，它减少了再热量及相应的冷量，而且，随着各房间的送风量的变化，系统总送风量也相应变化，可以节省风机运行能耗。此外，根据变风量空调系统运行的特点，在计算空调系统总负荷时，可以考虑各房间负荷发生的同时性，还可适当减少风机容量。

变风量系统控制可以分为两个部分变风量末端控制和变风量空调机组控制。一个好的变风量空调系统，除了精确的设计计算，合理的系统布置，到位的施工安装外，选择一个最佳的控制方法也很关键。在工程实际运用中，采用较多的有：定静压控制法；变静压控制法；直接数字控制法；风机总风量控制法。

2.5电能控制程序。电能消耗的计费主要取决两个因素耗电量和需求系数，即峰、谷电价不同，因此，合理地启动或停止能耗较高的暖通空调设备，以使用电量保持平稳值，或在用电的高峰期使设备的用电量低、运行时间较短，而在用电低谷期设备的用电量高、运行时间较长，使总的电费最低。

3节能方法的选择

3.1任何节能方法必须与现场设备配置情况相适应，在满足要求的前提下尽量选用简单的控制方案，防止控制过程复杂，造成整个系统的成本过高。

3.2各种节能方法是相互联系的，对一个实际的系统必须综合考虑整体的节能，避免相互之间产生的影响可能抵消，达不到很好的节能效果。

3.3注意每个回路控制算法及参数的优化调节，使控制系统有良好的性能。

3.4注意设备本身的运行和限制条件，防止因采用的节能方法对设备寿命产生影响。

3.5重视系统的在线调试、传感器精度的校正及各种联动功能等的综合测试，防止设计参数和实际运行情况的背离。

3.6充分利用楼宇自控系统强大的软件功能和信息的集成性，保证系统的软、硬件得到合理的利用。

结语

智能建筑的发展，是建筑技术与信息技术相结合的产物，是电子技术、通信技术、网络技术、计算机技术、自动控制技术、传感技术等一系列先进技术飞速发展的结果，它是随着科学技术的进步而逐步发展和充实的。众所周知，节能可以说是智能建筑楼宇自动控制系统的出发点和归宿。在智能建筑中，HVAC（采暖、通风和空调）系统所消耗的能量要占到大楼消耗的总能量的极大部分，而变风量系统由于其降低了设备和系统的能耗，而被得以大量采用，变风量系统运行工况是随时间变化的，它的运行工况是随时间变化的，它的运行必须依靠自动控制给以保证。变风量空调系统（VAV）及其计算机控制系统是紧密结合的。节能效果对于楼宇自控系统是非常重要的指标，应在设计系统时充分进行考虑，以保证在满足要求的前提下最大限度的节约能源，真正发挥楼宇自控系统的作用。

参考文献

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