中央空调系统高效节能技术分析与应用

摘要：随着社会经济的发展，中央空调设备在民用建筑和商业中使用越来越广泛，给生活以及工作创造了一个舒适高效的环境。但是随着设备数量和功率的不断增加，其能耗也越来越大，为了迎合国家提倡的构建节约型社会和可持续发展，中央空调系统节能技术越来越受到广泛关注。本文从系统的运行模式上对无效能耗成因进行探讨，提出解决的关键技术。并对装置进行实测比对，对测试结果进行分析。

关键词：中央空调系统；高效节能；技术分析

Abstract: As social and economic development, central air-conditioning equipment in residential and commercial use and more widely, to the life and work to create a comfortable and efficient environment. But with the increasing number of devices and power, its energy consumption is also increasing in order to meet the state advocates the construction of a conservation-oriented society and sustainable development, central air conditioning system, energy-saving technology more and more widespread concern. From the operation of the system model discussed, and ineffective energy consumption causes to solve the key technology. And the device measured than to analyze the test results.

Keywords: central air conditioning system; energy efficient; technical analysis.

中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：

影响国民经济发展的重要因素在于能源的供给情况。随着对能源需求的不断提高，电气供应紧缺十分严重，对能源的开发和利用迫在眉睫。目前，建筑能耗十分巨大，其在社会总能耗中所占比例在百分之三十以上，因此，开发建筑节能技术显得尤为重要。在建筑行业中，中央空调耗能量占整个建筑能耗量的百分之五十到百分之六十之间，耗能十分严重。因此。作为建筑节能的重要方面，对中央空调系统节能研究是亟待解决的难题。

对系统运行的分析和测试是对重要空调系统节能是目前研究的主要集中方面，且研究多偏向于理论，缺乏实际操作。本文将结合计算机先进技术，系统集成技术、模糊控制技术以及变频调速技术等，采用现代热工检测的相关性技术，对中央空调系统运行相关联的如其参量、时变性等进行研究分析，对运行的各种参数实时采集，同时将之与系统设定的理性状态的参数进行比较，将各个子系统运行参量的理想值以及空调末端需要的实际供冷量进行准确计算，用来作为变频率输出频率的参考值，使各参数理想运行达到最佳值状态。

装置节能技术控制原理

1.1节能技术数学模型

主机系统、辅机系统以及空调末端装置是中央空调系统能耗的主要组成部分。其中冷却泵、冷冻泵、冷却塔组成辅机系统，空调末端装置主要由新风系统、风机盘管以及全空气系统构成。其中，主机系统与辅机系统能耗占整个空调系统的百分之八十五以上，是系统能耗巨大的主要影响因素。

1.1.1系统能耗函数

中央系统的节能改造主要是在空调满足其工作区舒适度的条件下，寻求系统能耗最小化方案。系统运行总能耗值设为F，子系统的相关约束条件设置为R，则：

在公式中，机组运行台数为n；T是机组的运行时间；f1(i,t)、f2(i,t)、f2(i,t)、f2(i,t)分别是第i台主机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔在t时刻的能耗。

根据公式（2）可看出，对机组运行时间和减少机组运行数量可以使F减少。制冷主机具体运行时，对其负荷变化进行实时跟踪，尽量减少机头运行数量，对主机的卸载幅度适度增加。

1.1.2主机能耗函数拟合

在对冷负荷节能型实时跟踪控制时，空调系统循环的水流量时刻处于变化状态，无法进行准确的跟踪，检验。与此同时，循环水温度测定却可以精确测量出。将冷却水与冷冻水的进口温度作为制冷量拟合的函数：

公式中，主机制冷量为QC,回归系数为Cij，主机的实际性能决定其大小。冷却水的进口温度值为Tcc,Tct是冷冻水的进口温度。

同样，也可以将主机耗电功率设置为冷却水和冷冻水的进口温度函数，

回归系数为Dij，与（3）相似，其系数大小由主机的实际性能决定。主机耗电量为Wd。

1.1.3主机部分符合修正系数拟合

对主机造成影响的另一方面在于主机的负荷调节性能，因为主机运行过程中，大部分时间都处于部分负荷工况状态。一般情况下，为了满足负荷需求，通过对卸载压缩机运行数量进行适量增加，进行非线性调节。

公式中，部分符合的修正系数是PLcc，为机组满负荷与部分符合耗电量之比，部分负荷率为PLR,是制冷机满负荷与实际制冷量之比。部分负荷的修正系数是FPLcc。通过公示（4）、（5），可以对制冷机能耗函数表达式进一步推出。

1.2计算机监测控制技术

1.2.1装置控制工作原理

对装置的控制是通过系统运行过程，达到优化控制，实现设备能耗小、效果好的目的。具体操作如下，首先是在数模转换器中输送系统检测参量，保持输入量模糊化状态，将输入量与模糊集合一一对应，然后把输入量输送到人工控机中，比较其与专家库中的数据设定参数，进行推理运算，得出结论，对中央空调系统的运行参数进行调节，通过模数转换器，对模糊输出数据进行清晰化处理，保持输出量的唯一性，然后执行机构命令，对被控对象进行控制。通过采用这种方式，可以让系统始终对给定的最优化指标进行跟踪，使系统始终处于最佳工作形态。当主机运行工况得到全面优化后，能量转换效率能够保持最佳状态，COP值得以提升。辅机运行情况较长时间保持在部分额定负荷工况内，使辅机能耗大大降低，达到系统节能目的。

1.2.2装置检测控制工作过程

(1)对冷却水的出口温度进行跟踪检测，获取主机冷凝器散热信息，然后把检测信号输送至工控机以及可编程逻辑控制器内，冷却泵转速通过模糊运算进行控制，冷却循环流量参数得以改变。

(2)对冷冻机回水温度进行跟踪检测，获取空调区冷负荷的变化状况，将检测数据通过信号电缆输送到工控机与可编程逻辑控制器中，模糊计算编制的软件，然后发出指令到执行机构，对冷冻泵的变频器输出参数进行改变控制，冷冻泵水循环流量参数得以改变。

(3)对冷却水进口温度进行跟踪检测，掌握冷却水水量变化情况与冷却塔的冷却效果情况，把检测信号输送到工控机与可编程逻辑控制器中，对冷却塔的风机转速进行模糊计算。

(4)设置给定值在可编程逻辑控制器内，冷却水与冷冻水的进出口温差作为设置温差，温差范围在4度到6度之间，其中冷却水的入口温度在30度到被33度之间，出口温度为34度到38度，冷冻水的入口温度在10度到12度之间，出口温度保持在5度到7度。分水箱与集水箱之间的压差传感器需要的最小动压差值作为压差的设定值。

3、主机辅机系统能耗应用分析

通过对测试比对条件和参数测试，发现主机、辅机系统在变频、工频工况下，其所占的能耗比例值如图一、图二。变频工况各个子系统的节能量与工频工况相比较，在整个系统的总节能量比例情况如图三所示。

图一频能耗比例

图二频能耗比例

图三频各子系统节能占系统总节能的比例

由图中可以看出，主机节能是系统节能的重要组成部分。虽然主机节能难度较大，但是如果仅仅依靠辅机节能，其效果较差。同时由于主机节能率较低，其系统能耗相对较高，当节电装置投入使用后，辅机节能速度明显高于主机，说明你辅机节能率较高。此外，冷冻泵系统的节能量十分丰富，由于空调去负荷处于时刻变化的状态，与恒流量工况比较，冷冻泵的节能量较好。

4、结语

中央空调系统耗能量十分巨大，由于其运行的复杂特性，控制起来十分困难。通过采用先进的计算机控制与检测技术进行有效控制，节能效果十分明显。经过大量实践证明，该技术对中央空调节能效果有重要的促进作用，且运行稳定可靠，修理维护简单，经济效益、环境效益与社会效益十分显著，具有较大的发展前景。

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。