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城市建筑中中央空調(diào)常見節(jié)能技術(shù)分析

一、節(jié)能潛力與技術(shù)背景分析

市場潛力

隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市建筑（政府部門、星級酒店、寫字樓、大型商場綜合性大樓等）的數(shù)量及容量日趨增大。據(jù)統(tǒng)計，我國已安裝中央空調(diào)的建筑物約有7萬棟左右，若能全部采用節(jié)能技術(shù)，保守預(yù)估每年可節(jié)電約500億kw.h，節(jié)約電費開支約378億元。由此可見，城市建筑具有巨大的節(jié)能潛力。

背景分析

中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計一般按建筑物所在地的極端氣候條件來計算其最大負荷，并以其最大冷（熱）負荷的1.2-1.5倍確定空調(diào)主機的裝機容量及空調(diào)水系統(tǒng)的供水流量。然而，實際上每年絕大多數(shù)中央空調(diào)系統(tǒng)在大部分時間是在部分（低）負荷狀態(tài)下運行，實際空調(diào)負荷平均只有設(shè)備設(shè)計能力的50%左右，因此出現(xiàn)了“大馬拉小車”的現(xiàn)象，不但浪費大量能源，而且還帶來設(shè)備磨損，縮短壽命等一系列問題。

另一方面，城市建筑中央空調(diào)負荷具有較大變動性，長期以來，由于季節(jié)交替、氣候變幻、晝夜輪回、人流量增減（賓館入住率的變化）及使用場所等各種因素變化的影響，在傳統(tǒng)的定流量控制方式，僅依靠人工手段對空調(diào)系統(tǒng)進行控制和管理，空調(diào)系統(tǒng)的運行不能實現(xiàn)冷媒流量跟隨末端負荷的變化而動態(tài)調(diào)節(jié)，勢必造成了巨大的能源浪費。

盡管現(xiàn)在許多空調(diào)主機已能夠根據(jù)負荷變化自動隨之加載或減載，但與冷凍主機相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能跟隨負荷的變化自動調(diào)節(jié)負載，始終在額定功率下運行，仍然造成了輸送能量的很大浪費。

二、常見節(jié)能技術(shù)概況與控制原理

節(jié)能技術(shù)概況

近年來，隨著自動化控制技術(shù)的發(fā)展，計算機技術(shù)和變頻技術(shù)日趨完善，智能模糊控制技術(shù)已被成功引入和應(yīng)用在中央空調(diào)控制領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的恒溫差、恒壓差PID調(diào)節(jié)控制方式不同，中央空調(diào)智能模糊控制系統(tǒng)將計算機技術(shù)、模糊控制技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)集合應(yīng)用于中央空調(diào)的系統(tǒng)控制，為用戶提供了一個先進的智能化和個性化的中央空調(diào)運行管理技術(shù)平臺，實現(xiàn)了中央空調(diào)冷媒流量系統(tǒng)運行的智能模糊控制，在保證空調(diào)服務(wù)質(zhì)量的前提下實現(xiàn)了中央空調(diào)系統(tǒng)的高效節(jié)能運行，可使空調(diào)主機節(jié)能10%-30%，水泵、風機節(jié)能60%-80%（中央空調(diào)系統(tǒng)綜合節(jié)能達20%-40%）。

控制原理

模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的計算機智能控制，尤其適合于中央空調(diào)這樣復(fù)雜的、非線性的和時變性系統(tǒng)的控制。中央空調(diào)智能模糊控制系統(tǒng)采用了模糊預(yù)測算法對冷凍水系統(tǒng)進行控制，當環(huán)境溫度、空調(diào)末端負荷發(fā)生變化時，各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量亦隨之變化，流量計、壓差傳感器和溫度傳感器將檢測到的這些參數(shù)送至模糊控制器，模糊控制器依據(jù)所采集的實時數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷史運行數(shù)據(jù)，實時預(yù)測計算出末端空調(diào)負荷所需的制冷量，以及各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量的最佳值，并以此調(diào)節(jié)各變頻器輸出頻率，控制冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，改變其流量使冷凍水系統(tǒng)的供回水溫度、溫差、壓差和流量運行在模糊控制器給出的最優(yōu)值。

系統(tǒng)對冷凍水系統(tǒng)采用了輸出能量的動態(tài)控制，使空調(diào)主機冷媒流量跟隨末端負荷的需求供應(yīng)，使空調(diào)系統(tǒng)在各種負荷情況下，都能既保證末端用戶的舒適性，又最大限度地節(jié)省了系統(tǒng)的能量消耗。

系統(tǒng)對中央空調(diào)冷卻水及主機系統(tǒng)采用系統(tǒng)模糊優(yōu)化的控制方法，當環(huán)境溫度、空調(diào)末端負荷發(fā)生變化時，中央空調(diào)主機的負荷率將隨之變化，系統(tǒng)的最佳轉(zhuǎn)換效率也隨之變化。模糊控制器在動態(tài)預(yù)測控制冷媒循環(huán)的前提下，依據(jù)所采集的空調(diào)系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷史運行數(shù)據(jù)，計算出冷卻水最佳進、出口溫度，并與檢測到的實際溫度進行比較，動態(tài)調(diào)節(jié)冷卻水的流量和冷卻塔風量，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率逼進不同負荷狀態(tài)下的最佳值，保證中央空調(diào)系統(tǒng)在各種負荷條件下，均處于最佳工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)能耗最大限度的降低。

三、控制手段

數(shù)據(jù)的集中監(jiān)視和設(shè)備的自動控制

系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)模糊控制器與各控制柜之間的通信連接，將各水泵的狀態(tài)、以及中央空調(diào)系統(tǒng)中的主要過程參數(shù)在統(tǒng)一的軟件監(jiān)視界面上分別顯示出來（與用戶接口的監(jiān)控界面為觸摸屏操作方式的中文軟件界面），進行集中監(jiān)視。

◆系統(tǒng)預(yù)加壓功能

空調(diào)主機開機后，冷凍（溫）水泵在上位機軟件規(guī)定的時間內(nèi)先在允許的最高頻率運行，使其至少完成一個水循環(huán)周期，然后再進入系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)模式，以保證空調(diào)管路中無氣阻現(xiàn)象。

冷凍水供水低溫保護

當空調(diào)主機冷凍水供水溫度低于設(shè)定的下限值時，一級泵系統(tǒng)的冷凍水泵或二級泵系統(tǒng)的一次冷凍水泵應(yīng)立即進入低溫保護運行模式，快速提高冷凍水供水溫度，直至溫度值不低于設(shè)定的下限值為止，以保障空調(diào)主機蒸發(fā)器不致因溫度過低而結(jié)冰凍管。

冷凍水低流量保護

當空調(diào)主機冷凍水供水流量低于設(shè)定的下限值時，一級泵系統(tǒng)的冷凍水泵或二級泵系統(tǒng)的一次冷凍水泵應(yīng)立即進入低流量保護運行模式，快速增大冷凍水流量，直至流量值不低于設(shè)定的下限值為止，以保障空調(diào)主機蒸發(fā)器的安全。

凍（溫）水供回水低壓差保護

當冷凍（溫）水供回水壓差小于設(shè)定的下限值時，系統(tǒng)應(yīng)自動采取增大冷凍（溫）水供回水壓差的措施，直至壓差值不低于設(shè)定的下限值為止，以保障用戶空調(diào)末端的空調(diào)效果。

冷凍（溫）水供回水高壓差保護

當冷凍（溫）水供回水壓差大于設(shè)定的上限值時，系統(tǒng)應(yīng)自動采用減小冷凍（溫）水供回水壓差的措施，直至壓差值不高于設(shè)定的上限值為止，以保障管路系統(tǒng)的安全。

冷卻水出水高溫保護

當空調(diào)主機冷卻水的出水溫度高于其設(shè)定的上限值時，系統(tǒng)應(yīng)自動采取措施，降低冷卻水的出水溫度，直到冷卻水出水溫度不高于設(shè)定的上限值為止，以保障主機安全運行。

工變頻切換

當控制系統(tǒng)故障后，為了保證空調(diào)系統(tǒng)的正常使用，智能控制柜中設(shè)置有一套電氣互鎖的工變頻轉(zhuǎn)換裝置。當需作能耗比較測試或變頻器因嚴重故障短時間內(nèi)不能恢復(fù)或置換時，可方便快捷地切換為原工頻狀態(tài)運行。

總結(jié)

隨著國內(nèi)的城市綜合體、酒店、綜合大樓等城市建筑的大量興建，中央空調(diào)能耗已成為城市建筑設(shè)計和運營過程中亟待解決的重要課題。新型商業(yè)模式和先進節(jié)能技術(shù)的成功引入和推廣，為各行業(yè)客戶帶來巨大的節(jié)能經(jīng)濟收益和社會效益，同時也必將推動我國節(jié)能投資機制的深入變革，為節(jié)能產(chǎn)品在建筑節(jié)能領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用提供良好的發(fā)展前景。