中央空調管理節能與技術(shù)節能的方法

卩央空調管理節能與技術(shù)節能的方法文|北京泰豪智能工程有限公司殷文強【摘要】中央空調能耗占據了建筑能耗的40%~60%的比例,因此如何有效降低空調能耗就成為建筑節能的重中之重,本文就如何通過(guò)行為管理的手段實(shí)現節能進(jìn)行了論述,并對技術(shù)節能所常用的幾種控制方法進(jìn)行了分析和比較?！娟P(guān)鍵詞】建筑能耗管理節能技術(shù)節能智能模糊控制1我國建筑能耗的現狀技術(shù)手段調整設備的運行狀態(tài),從而避免不能源是人類(lèi)社會(huì )生存與發(fā)展的物質(zhì)基礎必要的能源浪費。能源問(wèn)題是關(guān)系經(jīng)濟建設全局的一個(gè)重大戰總之,要想真正實(shí)現建筑物的節能不僅略問(wèn)題。隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展,能源問(wèn)題已經(jīng)成要利用技術(shù)手段進(jìn)行節能改造,而且還必須為制約國民經(jīng)濟發(fā)展的重要因素,各國政府配合有效的管理手段,只有兩者有效配合才紛紛采取措施應對能源危機,我國已經(jīng)將節能達到節能的最大化。約能源作為一項基本國策。在我國的能源消費主體中,建筑能耗占2管理節能了很大的比例。據權威統計,建筑能耗在我目前我國建筑內的中央空調系統大部分國能源總消費中所占的比例已經(jīng)達到276%。設計都趨于保守,存在配置過(guò)大、管理不便在發(fā)達國家,建筑能耗一般占全國總能耗的的現象,空調設計很少從節能的角度來(lái)進(jìn)行因此,隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展,我國考慮,這種狀況無(wú)疑增加了中央空調的能耗。的建筑能耗必然會(huì )持續上升,建筑節能工作為了達到節能的效果,需要做到“功能適當任重而道遠。運行合理”",在保持舒適度的前提下,盡可能而在建筑能耗中,中央空調能耗一般占的降低能耗,同時(shí)應該有切實(shí)可行的管理手到了40%-60%的比例,因此如何有效降低段,使得系統運行科學(xué)、合理,操作簡(jiǎn)單、方便空調能耗就成為建筑節能的重中之重,本文要實(shí)現對中央空調的管理節能,我們必將就有關(guān)中央空調的節能進(jìn)行專(zhuān)項論述。須能夠找到空調系統存在哪些能耗浪費的地中央空調的節能可通過(guò)以下兩種方法方,設備存在怎樣的不合理運行狀態(tài)等。只進(jìn)行:有找到了原因,我們才能夠找到相應的解決(1)管理節能:在保障建筑物舒適的前途徑。因此,要想實(shí)現中央空調系統的節能,提下,通過(guò)對行為的約束管理或通過(guò)調整設就必須對中央空調的系統進(jìn)行節能診斷,為備的不合理運行狀態(tài)來(lái)達到節能的目的此我們重點(diǎn)將介紹中央空調系統節能診斷的(2)技術(shù)節能:技術(shù)節能是通過(guò)先進(jìn)的方法和思路,然后針對此提供解決方案?？茖W(xué)技術(shù),通過(guò)對建筑物內用能設備的改進(jìn)來(lái)達到節能的目的。技術(shù)節能的兩種方法:H中國煤化工種是提高用能設備的效率,另一種是通過(guò)CNMHG機容量最大的Intelligent Building& City Information 2009 8 No 153 45■B樓宇自動(dòng)化Uilding Automation設備,物業(yè)部門(mén)一般對其維修保養都很重視的冷塔閥門(mén)不關(guān)的情況,這樣造成的后果是熱基本能做到運行狀況的連續記錄,但是記錄數水經(jīng)過(guò)該冷塔后與其他的正常運行的冷卻塔冷據往往沒(méi)有用于指導設備的高效運行,為了有水混合,進(jìn)入了主機,導致主機冷凝器的進(jìn)水效地對中央空調進(jìn)行診斷,我們可以根據運行溫度偏高,主機的cop減小,主機的能耗增加,記錄的數據對系統的存在問(wèn)題作出診斷。浪費大量能源。解決該問(wèn)題的辦法是將不運行在一般的電制冷主機運行記錄表中的冷塔的進(jìn)出水閥門(mén)關(guān)掉。般都會(huì )記錄主機的蒸發(fā)溫度和冷水出水溫度,另外,通常吸收式空調主機因真空度降一般對于水冷方式的主機來(lái)說(shuō),蒸發(fā)溫度要低或制冷劑污染造成制冷效率降低;冷卻塔比出水溫度低3~4度,實(shí)際值若超出這個(gè)數常因失修導致散熱效率下降。主機或冷卻塔值,則說(shuō)明蒸發(fā)器或制冷劑有問(wèn)題,應注意的效率是否降低可按下述方法大致鑒別檢修。同時(shí)一般冷凝溫度要比冷卻水出水溫(1)主機輸出制冷量減少(冷凍水運行度高2~4度,若實(shí)際運行情況超出此值,供水溫度大于設置溫度l般是主機的冷凝器有問(wèn)題,應注意及時(shí)清洗。(2)冷卻水進(jìn)口溫度高,主機曾報警,在實(shí)際的運行中,往往出現這樣的情況冷卻水進(jìn)出口溫差小于5℃。冷水的供回水溫差在2~3度之間,說(shuō)明了空(3)冷凍水供水溫度高,末端用戶(hù)曾報調末端負荷不大,但是冷卻水出水溫度很高熱投訴,冷凍水供回水溫差小于5℃。且冷凝壓力很高,導致主機的負荷在90%以如果主機或冷卻塔出現了效率降低的情上,這種情況基本是由于冷凝器出了問(wèn)題況,就該及時(shí)維修,以免造成能源的浪費。在進(jìn)行及時(shí)清理后,主機的負荷將會(huì )大幅度下降,將會(huì )節約大量的能耗。23冷凍水系統的診斷另外,通過(guò)記錄主機的冷凍水流量、供目前的冷凍水系統中,往往存在著(zhù)水泵回水溫度,及壓縮機電流等參數的監測,我選型過(guò)大的問(wèn)題,造成的結果是一方面功率們就可以計算出主機的性能系數cop,通過(guò)偏大造成能耗的浪費;另一方面是水泵偏離此我們可以對主機的運行效率有一個(gè)大致的標準工況運行,導致水泵長(cháng)期工作在低效區,判斷。如果主機的運行效率過(guò)低,將會(huì )導致水泵效率偏低導致能耗的浪費。對于這種能源的浪費,對此應該找出原因并加以改善。況解決的辦法是更換水泵或者采用變頻調速對主機的節能診斷,還要觀(guān)察不運行的的手段來(lái)實(shí)現節能。冷凍機的水閥是否關(guān)閉,若閥門(mén)不關(guān)將會(huì )導冷凍水管路如果存在水力不平衡將會(huì )使致回水箱的部分熱水經(jīng)過(guò)該主機旁通到供水整個(gè)系統的能耗增加。一般空調運行中存在箱,在供水箱內發(fā)生冷水跟熱水混合的現個(gè)誤區,認為空調末端效果差是由于總水這樣將會(huì )導致大量的能源浪費。量偏小,所以往往會(huì )通過(guò)增加水泵開(kāi)啟臺數同理,冷凍水分水箱和集水箱之間的旁通或者換大流量水泵來(lái)解決。但實(shí)際的原因是閥若處于未關(guān)狀態(tài),或者存在一臺冷機對開(kāi)兩大多是由于工程竣工后空調水系統從未做過(guò)臺冷凍泵的現象時(shí),也會(huì )出現冷熱水混合的現水力平衡,導致部分末端水量不足。而部分象,導致能源浪費,這個(gè)問(wèn)題應引起注意。末端水景過(guò)剩,而工作人員為了滿(mǎn)足水量不足這部分末端的換熱要求,只能增大總水量22冷卻水系統的診斷TYH中國煤化工白白浪費了在實(shí)際的冷卻水運行中往往存在著(zhù)不運行CNMHG46智能建筑與城市信息2009年第8期總第153期因此,冷凍水流量分配診斷內容應該為會(huì )造成輸送能量的浪費。測量系統各分支的冷凍水量和進(jìn)回水溫度目前,國內的中央空調系統,由于沒(méi)有從而判斷各分支冷量的提供情況,以此判斷先進(jìn)的技術(shù)手段支持,基本上都采用傳統的系統是否存在水力不平衡現象。定流量控制方式,即空調冷凍(溫)水流量對水力不平衡的解決方法是:找出水力冷卻水流量和冷卻風(fēng)風(fēng)量都是恒定的。也就不平衡的原因,如果是因為個(gè)別風(fēng)機盤(pán)管支是說(shuō),只要啟動(dòng)空調主機,冷凍水泵、冷卻路堵塞,可對此修復;若因局部末端負荷水水泵和冷卻塔風(fēng)機都在工頻狀態(tài)下運行。壓不足,應考慮采用調整水力平衡調節閥或定流量控制方式的特征是系統的循環(huán)水增加小型管道泵的可能性。量保持定值不變,當負荷變化時(shí),通過(guò)改變供水或回水溫度來(lái)匹配。定流量供水方式的3技術(shù)節能優(yōu)點(diǎn)是系統簡(jiǎn)單,不需要復雜的自控設備。以上介紹的是通過(guò)行為管理來(lái)達到節能但這種控制方式存在以下問(wèn)題:的目的,事實(shí)證明這是一種最簡(jiǎn)單有效的節(1)無(wú)論末端負荷大小如何變化,空調能方式,在某種程度上可以達到一定的節能系統均在設計的額定狀態(tài)下運行,系統能耗效果,但是管理節能的方式也有一定的局限始終處于設計的最大值,能源浪費很大。性,因為它不能從根本上解決中央空調所存(2)舒適性中央空調系統是一個(gè)多參量在的巨大能源浪費問(wèn)題。非線(xiàn)性、時(shí)變性的復雜系統,由于末端負荷般來(lái)說(shuō),中央空調系統的設計通常按的頻繁波動(dòng),必然造成系統循環(huán)溶液的運行建筑物所在地的極端氣候條件來(lái)計算其最大參量偏離空調主機的最佳工作狀態(tài),導致主冷負荷,并由此確定空調主機的裝機容量及機熱轉換效率降低,系統長(cháng)期在低效率狀態(tài)空調水系統的供水流量。然而,實(shí)際上每年下運行,也會(huì )增加系統的能源消耗。只有極短時(shí)間出現最大冷負荷的情況。因此,為了解決中央空調系統的能源浪費問(wèn)題,中央空調系統在絕大部分時(shí)間里,都是在部社會(huì )各界都開(kāi)始研究中央空調系統的節能途分負荷條件下運行的。據統計,實(shí)際空調負徑,希望能通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)手段來(lái)實(shí)現節能荷平均只有設備能力的50%左右,因而出現目前主要的節能控制思想主要有以下幾種:了“大馬拉小車(chē)”的現象,這無(wú)疑造成了大量的能源白白浪費。3.1水泵變頻節電另一方面,空調負荷又具有變動(dòng)性。由直接在水泵電機前加裝變頻器,通過(guò)人于季節交替、氣候變幻、晝夜輪回、使用變工調整頻率,去除水泵余量而節能?；叭肆髁吭鰷p等各種因素變化的影響,中央空調系統的負荷具有起伏變化和不恒定的32簡(jiǎn)單PD變頻控制特點(diǎn),如果中央空調的運行方式不能根據負利用壓差或溫差作為控制參量,采荷的變化而調節,始終在額定容量(即滿(mǎn)負PD算法控制變頻器工作頻率,使水泵流量荷狀態(tài))下運行,也勢必造成巨大的能源浪費。跟隨負荷變化,從而達到水泵節能的目標。隨著(zhù)科技的發(fā)展,不少空調主機已能夠(1)恒壓差控制:中央空調冷凍水系統根據負荷變化自動(dòng)隨之減載或加載,但輸送的恒壓差控制原理圖,如圖1所示空調水的水泵如果不能跟隨負荷的變化做出相應的調節,始終在額定功率下運行,仍然TYH出中國煤化工曹間設置水力CNMHG控制變頻器Intelligent Building City Information 2009 8 No 153 47■B樓宇自動(dòng)化通閥旁通閥壓差傳感器溫度傳感器溫度傳感器變頻器水泵空調主機水泵LvF變頻器為水泵提供變速調節。其控制原理是以保持冷凍水供、回水壓差的恒定為依據,來(lái)調節用戶(hù)側冷凍水的供水流量,從而達到節能的目的。其控制過(guò)程定為依據,來(lái)調節用戶(hù)側水系統的供水流量如下從而達到節能的目的。其控制過(guò)程如下當空調實(shí)際負荷減少時(shí),隨著(zhù)末端眾多采用恒溫差對空調系統的水泵電機進(jìn)行二通閥的關(guān)閉,冷凍水供、回水壓差會(huì )增控制,它根據需要設定水系統的正常工作大,壓差傳感器檢測出壓差的變化后,將信差,并給出最高和最低的運行水溫差,在此息傳送到變頻器,變頻器的輸出頻率隨之降范圍內,可人工調節所需的運行溫差。低,使冷凍水泵電機轉速降低,供水流量減當空調實(shí)際負荷減少時(shí),隨著(zhù)末端眾多少,使冷凍水供、回水壓差減小并回到設定值,二通閥的關(guān)閉,水系統供、回水溫差會(huì )變小,系統用戶(hù)側進(jìn)入低流量狀態(tài)。由于水泵電機PLC檢測出溫差的變化后,經(jīng)比例積分微分轉速的降低,從而達到節約電能的目的。運算并控制變頻器的輸出頻率隨之降低,使反之,當空調實(shí)際負荷增加時(shí),隨著(zhù)末端水泵電機轉速降低,供水流量減少,使供、眾多二通閥的開(kāi)啟,冷凍水供、回水壓差會(huì )變回水溫差增大并回到設定值,系統用戶(hù)則進(jìn)壓差傳感器檢測出壓差的變化后,將信息入低流量運行狀態(tài)。由于水泵電機轉速的降傳送到變頻器,變頻器的輸出頻率隨之升高,低,從而達到節約電能的目的。使冷凍水泵電機轉速提高,供水流量增加,使反之,當空調實(shí)際負荷增加時(shí),隨著(zhù)末冷凍水供、回水壓差增大并重新趨于設定值端眾多二通閥的開(kāi)啟,水系統供、回水溫差系統用戶(hù)側進(jìn)入新的流量運行狀態(tài)。會(huì )增大(偏離了設定值),PLC檢測出溫差的(2)恒溫差控制:中央空調水系統的恒變化后,經(jīng)PD運算并控制變頻器的輸出頻溫差控制原理圖,如圖2所示。率隨之升高,使水泵電機轉速提高,供水流在水系統供、回水總管上分別設置溫度量加大,使供、回水溫差減小并重新趨于設傳感器T出和T入,通過(guò)PLC檢測供、回水定值,系統用戶(hù)側進(jìn)入新的流量運行狀態(tài)溫差△T的變化來(lái)控制變頻器,為水泵提供以上所述的恒壓差和恒溫差控制方式變速調節。mH中國煤化工統進(jìn)行比例其控制原理是以保持供、回水溫差的恒CNMHG原理簡(jiǎn)單,48智能建筑與城市信息2009年第8期總第153期使用方便,投資較低,在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得結構的高度復雜性;環(huán)境和負荷特性的高度不了極好的應用,具有較好的控制效果。但確定性,導致控制參數不易在線(xiàn)調節;大時(shí)滯中央空調系統是一個(gè)十分復雜的系統,這多個(gè)慣性環(huán)節;大惰性;高度非線(xiàn)性;多變量,種以壓差或溫差作為控制參量的PD調節,時(shí)變性,復雜的信息結構。在中央空調控制中存在較大的局限性,主這些都難以用精確的數學(xué)模型或方法來(lái)要在于:描述,因此,基于精確模型的傳統控制難以◆沒(méi)有全面采集空調系統的運行參數解決這種復雜系統的控制。也沒(méi)有對空調系統各個(gè)環(huán)節進(jìn)行全面控制,系統設計是有局限的、不完整的,不可能實(shí)3.3智能模糊控制方式現系統綜合優(yōu)化與最佳節能。對于中央空調這種復雜系統,很難用精◆比例積分微分(PID)控制中最重要確的數學(xué)模型進(jìn)行描述,或者所得數學(xué)模型的工程參數比例系數K,積分時(shí)間常數T和不是過(guò)于復雜就是較為粗糙,以精確性為主微分時(shí)間常數Td,一旦選定之后,如果人不要特點(diǎn)的經(jīng)典數學(xué),對于這類(lèi)控制問(wèn)題往往去調節,它是固定不變的,不可能跟隨受控難以奏效。參量的變化而自動(dòng)調整。也就是說(shuō),工程參如果把人的操作經(jīng)驗、知識和技巧歸納數整設定之后,就用同一種參數去對付各種成一系列的規則,存放在計算機中,利用模不同的運行工況。實(shí)際上,中央空調系統是糊集合理論將它定量化,使控制器模仿人的一個(gè)時(shí)變性的動(dòng)態(tài)系統,其運行工況受季節操作策略,就可以實(shí)現中央空調系統的人工變化、氣候條件、環(huán)境溫度、人流量等諸多智能模糊控制。其控制的基本思想就是按照種因素的綜合影響,是隨時(shí)變化的,且始終中央空調主機所要求的最佳運行參數去控制處于波動(dòng)之中。因此,靜態(tài)參數的P|D控制中央空調系統的運行,根據系統的運行工況方法不可能達到最佳的控制效果。及制冷工質(zhì)參數的變化,通過(guò)模糊控制器動(dòng)◆PD工程參數的整定在很大程度上依態(tài)調整空調系統運行參數,確?？照{主機始賴(lài)于精確的數學(xué)模型,而中央空調系統是終處于優(yōu)化的最佳工作點(diǎn)上,使主機始終保個(gè)多變量的、復雜的、時(shí)變的系統,其過(guò)程持具有高的熱轉換效率,有效地解決了傳統要素之間存在著(zhù)嚴重的非線(xiàn)性、滯后及強中央空調系統在低負荷狀態(tài)下熱轉換效率下耦合關(guān)系,一般難以獲得精確的數學(xué)模型。降的難題,提高了系統的能源利用率。對這樣的系統,傳統的PID控制很難實(shí)現中央空調系統是一個(gè)較復雜的系統工程較好的控制效果。實(shí)踐證明,恒壓差或恒溫要實(shí)現中央空調系統的最佳運行和節能,從局差的單參量控制,很容易引起水系統參量振部去解決問(wèn)題是不可能辦到的,必須針對空調蕩,長(cháng)時(shí)間都不能到達設定值的穩定狀態(tài)系統的各個(gè)環(huán)節統一考慮,全面控制,使整個(gè)既影響系統的穩定性,又降低空調效果的系統協(xié)調運行,才能實(shí)現最佳綜合節能。舒適性。(1)冷凍水系統采用最佳輸出能量控制由于中央空調系統的被控對象是空調區域冷凍水系統采用最佳輸出能量控制。當環(huán)境內各個(gè)房問(wèn)的溫度場(chǎng),它與空調系統進(jìn)行熱交溫度、空調末端負荷發(fā)生變化時(shí),各路冷凍換的工況相當復雜,制約因素太多。中央空調水供回水溫度、溫差、壓差和流量亦隨之變化系統是一個(gè)時(shí)滯、時(shí)變、非線(xiàn)性、多參量且參流量中國煤化工器將檢測到量之間耦合很強的復雜系統。其復雜性表現為的HCNMHG糊控制器依Intelligent Building City Information 2009 8 No 153 49■B自動(dòng)化據所采集的實(shí)時(shí)數據及系統的歷史運行數據,率點(diǎn),使整個(gè)制冷系統能效比最高。實(shí)時(shí)計算出末端空調負荷所需的制冷量,以要達到系統效率最佳控制,冷卻水入口及各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流溫度應隨室外氣溫變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)調節量的最佳值,并以此調節各變頻器輸出頻率,(3)系統控制原理圖,如圖3所示。當控制冷凍水泵的轉速,改變其流量使冷凍水中央空調系統負荷變化造成空調主機及其水系統的供回水溫度、溫差、壓差和流量運行系統偏離最佳工況時(shí),模糊控制器根據數據在模糊控制器給出的最優(yōu)值采集得到各種運行參數值,如系統供回水溫(2)冷卻水系統采用系統效率最佳控制:度、供回水壓差、流量及環(huán)境溫度等,經(jīng)推當環(huán)境溫度、空調末端負荷發(fā)生變化時(shí),中理運算后輸出優(yōu)化的控制參數值,對系統運央空調主機的負荷率將隨之變化,主機的效行參數進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整,確保主機在任何負荷率也隨之變化。條件下,都有一個(gè)優(yōu)化的運行環(huán)境,始終處由于主機效率與冷卻水入口溫度有關(guān),于最佳運行工況,從而保持效率(cop)最高、冷卻水入口溫度降低,有利于提高主機效率、能耗最低,實(shí)現主機節能10%-30%,水泵系降低主機能耗。但冷卻水溫度降低,將導致統節能60%以上。事實(shí)證明智能模糊控制方冷卻水泵和冷卻塔的能耗升高。因此,只有式是在空調控制領(lǐng)域最為先進(jìn)的節能控制策將主機能耗、冷卻水泵能耗、冷卻塔風(fēng)機能略,該方式可以達到很好的節能效益和社會(huì )耗三者統一考慮,才能找到一個(gè)系統最佳效效益。模糊控制器境溫度傳感器風(fēng)機盤(pán)管鳳機盤(pán)譽(yù)一通冷凍水泵智能控制柜冷卻水泵智能控制柜冷卻風(fēng)機智能控制柜通閥VF變頻器旁通閥壓差傳感器流量蒸發(fā)器主機冷凝器W次水列溫度傳感器PT溫度傳感器次水泵w溫度傳感器PT2T4溫度傳感器空調機組中國煤化工CNMH50智能建筑與城市信息2009年第8期總第153期