中央空调的节能控制优化

摘要：在日常生活中，空调系统与我国的室内生活是密切相关的。通过对空调系统的应用，进行室内空气的积极处理，确保空气的新鲜度、湿度、温度、流动速度等的指标的优化，以满足现实工作的需要。文中就此探讨了中央空调的节能控制优化，以供参考。

关键词：中央空调 节能 控制优化

中图分类号：TE08文献标识码： A

前言

实践表明，实际空调负荷在大多数时间只是设计负荷的40％ ～80％。在我国，建筑能耗约占全国能耗的11.7％ ，而空调能耗又在建筑能耗中占了很大的比重。以上海为例，上海夏季空调用电量约占全市用电量的1／3。因此空调系统的节能研究对降低建筑能耗、节约能源，乃至对国民经济的可持续发展都具有十分重要的意义。

一、热回收利用控制

由于城市居民的生活热水，多数是用燃烧燃油、燃气等加热对低温自来水制取的，燃烧消耗了一次能源，还排放了大量的二氧化碳等温室气体，所以对冷却水的热量进行回收利用具有重要意义中央空调冷却水流量很大，一部分流进作为预加热用的板式换热器，以高的传热效率，将余热转移到温度较低的补水中，补水预热升温后进入储热箱 储热箱用于调节冷却水排热量与卫生热水用热量在时间上不同步的矛盾，起储热缓冲作用。另一部分冷却水流进热泵机组。热泵机组是一种高效的节能装置，它的高效率表现在消耗一部份能量，可转移数份等量的热量，热泵的另一个特点是可以通过消耗掉小部分电能把低位热源提升为高位热源。热泵机组二次端循环水温应提升到高于卫生热水温度值，经板式换热器流入的预热水进行热交换后，预热水就成为町直接应用的卫生热水可以根据建筑物的规模以及卫生热水的用水量，选择多台热泵机组并联运行，根据卫生热水的需求量确定投入运行的热泵机组数量。这样不仅可以节省加热卫生热水的能耗，又节约了空调冷却水的补水，具有节能和节水的双重功效，还可以减少排放热气对环境造成的污染在此情况下，就可以把制取卫生热水的主机去掉，而用热泵机组或热交换器代替一台主机运行，可以节省很大的能量，因为热泵机组就是通过消耗少量高品位能量，将冷却水中不可直接利用的低品位热量提取出来，变成可以直接利用的高品位能源的装置。热泵经过严格测试及不同地区热泵的应用实例测算，热泵的制热性能系数在3，1―4，7之间。热回收利用的原理图如下所示：

图一热回收利用的原理图

二、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，绝大多数中央空调系统在大部分时间是在低负荷状态下运行的，实际空调负荷平均只有设备设计能力的50％左右。

因为中央空调系统本身是一个多变量的、复杂的、时变的系统，其过程要素之间存在着严重的非线性、大滞后及强耦合关系。对这样的系统，无论用经典的PID控制，还是现代控制理论的各种算法，都很难实现较好的控制效果，所以一般采用智能模糊控制智能模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制，适合于中央空调这样复杂的、非线性的和时变性系统的控制。基于模糊控制的变频调速可以实现中央空调水系统真正意义上的变温差运行，使控制系统具有高度的跟随性和应变能力，可根据对被控动态过程特征的识别，自适应地调整运行参数。以获得最佳的控制效果。

智能模糊控制器是一种基于PC机的数据采集及控制的独立控制器，该控制器为16位微处理器及设备组成，智能控制器的模拟量输入模块，实时采集冷却水的出水温度和进水温度以及冷冻水，冷温水的供水和回水温度的动态温度信号，并把它们转变为数字量送入智能模块，对这些输入信号进行识别、综合、解算，按预先设定的运行参数和模糊控制规则库，自动输出两路优化的控制信号。分别向变频器输出最佳的工作频率。

1、冷温水泵电动机采用软启动。冷温水泵电动机启动频率系统设定为45Hz。为保护空调系统的安全运行，冷温水系统最低运行频率设定值为30Hz。

冷温水泵启动后，按智能控制器输出的控制参数值，调节冷温水泵变频器的运行频率，控制冷温水泵的转速，动态调节冷温水的流量，使冷温水的供回水温度逼近智能控制器给定的最优值。当冷温水泵正常运行后，若实际所需耗冷量大于1台空调主机制冷量，应提示操作人员准备启动第二台空调主机。在得到冷却水阀门和冷冻水阀门都已开启的确认后，系统以软启动方式依次启动第二台冷却水泵和第二台冷冻水泵 当第二台变频器的运行频率达到第一台变频器的运行频率时，提示操作人员可以开启第二台空调主机 系统依据供回水温度实测值与设定值的误差及误差变化率，智能控制器根据模糊控制的运算值，确定冷冻水泵运行频率，此时二台水泵保持相同频率运行。

当第二台水泵正常运行后，若实际所需耗冷量小于1台空调主机制冷量，应提示操作人员准备停止第二台空调主机。在得到第二台空调主机已经停止的确认后，系统以软停机方式依次停止第二台冷冻水泵和第二台冷却水泵 系统仍然依据供回水温度实测值与设定值的误差及误差的变化率，智能控制器根据模糊控制的运算值，确定冷冻水泵的运行频率，使供回水温度逼近设定值。冷冻水的额定供水温度为7℃，额定回水温度为12％，温差 T=5℃，温水供水温度为50℃，回水温度为45℃，温差T=5℃。

2、冷却水泵电机采用软启动。冷却水泵电动机启动频率系统设定为25Hz。为保护空调系统的安全运行。冷却水系统最低运行频率设定值可根据用户的空调主机状况，设置为25 Hz～30Hz。冷却水泵启动后，按智能控制器输出的控制参数值调节冷却水泵变频器的运行频率，控制冷却水泵的转速，动态调节冷却水的流量，使冷却水的进、出水温度逼近智能控制器给定的最优值。冷却水进水温度为32％，出水温度为37％，温差AT=5％。

3、冷却塔风机采用软启动，启动后冷却塔风机在频率设定高限值45Hz保持运行30分钟后，系统根据空调主机冷却水进出水温度传感器的输入值变频调节风机转速，使冷却水进水温度逼近设定值，从而保证中央空调主机随时处于最佳运行状态 以实现冷却塔风机和空调主机在最佳工况下的节能运行冷却塔风机出水温度(冷却水进水温度)设定值为32％。进水温度(冷却水出水温度)设定值为37％。温差AT=5％。冷却塔风机自动停机温度为冷却塔风机出水温度(冷却水进水温度)28℃ 。当冷却塔风机出水温度(冷却水进水温度)降至28℃，风机自行软停机；当冷却塔风机出水温度(冷却水进水温度)升至32℃，风机自行软开机模糊控制的原理框图如下所示：

图二 风机自行软开机模糊控制

结束语

总之，通过对中央空调系统中耗能最大的泵采用了变频模糊控制和对冷却水的回收利用，一方面节省了中央空调运行中消耗的无效能量。另一方面实现了冷却水输出总量减排30％一50％的目的。解决了实际应用中循环回收的热能大于需求的热能时产生的无效利用问题，寻找到了冷热联产系统的热能平衡有效控制区域。把基于模糊控制理论的智能控制技术应用到冷热联产的热量转移及管理控制过程，使系统工作及节能状态优化。

参考文献

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