在關(guān)于中央空調(diào)節(jié)能方面，我們已經(jīng)清楚的知道，它主要是包含管理節(jié)能和技術(shù)節(jié)能兩個方面。昨天，小編已經(jīng)詳細為大家說明了在石家莊中央空調(diào)清洗時管理節(jié)能方案的內(nèi)容，那么今天我們將繼續(xù)來詳解中央空調(diào)節(jié)能方案的另一種節(jié)能方案——技術(shù)節(jié)能。
通過行為管理來達到節(jié)能的目的，證明是一種最簡單有效的節(jié)能方式，在某種程度上可以達到一定的節(jié)能效果，但是管理節(jié)能的方式也有一定的局限性，因為它不能從根本上解決中央空調(diào)所存在的巨大能源浪費問題。
一般來說，中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計通常按建筑物所在地的極端氣候條件來計算其最大冷負荷（或最大熱負荷），并由此確定空調(diào)主機的裝機容量及空調(diào)水系統(tǒng)的供水流量。然而，實際上每年只有極短時間出現(xiàn)最大冷負荷（或最大熱負荷）的情況。因此，中央空調(diào)系統(tǒng)在絕大部分時間里，都是在部分負荷（遠小于其額定容量）條件下運行。據(jù)統(tǒng)計，實際空調(diào)負荷平均只有設(shè)備能力的50%左右，因而出現(xiàn)了“大馬拉小車”的現(xiàn)象，這無疑造成了大量的能源白白浪費。
另一方面，空調(diào)負荷又具有變動性。由于受季節(jié)交替、氣候變幻、晝夜輪回、使用變化及人流量增減等各種因素變化的影響，中央空調(diào)系統(tǒng)的負荷具有起伏變化和不恒定的特點。如果中央空調(diào)的運行方式不能根據(jù)負荷的變化而調(diào)節(jié)，始終在額定容量（即滿負荷狀態(tài)）下運行，勢必造成巨大的能源浪費。
隨著科技的發(fā)展，不少空調(diào)主機已能夠根據(jù)負荷變化自動隨之減載或加載，但輸送空調(diào)水（冷凍水和冷卻水）的水泵如果不能跟隨負荷的變化做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，始終在額定功率下運行，仍然會造成輸送能量的很大浪費。
目前，國內(nèi)的中央空調(diào)系統(tǒng)，由于沒有先進的技術(shù)手段支持，基本上都采用傳統(tǒng)的定流量控制方式，即空調(diào)冷凍（溫）水流量、冷卻水流量和冷卻風(fēng)風(fēng)量都是恒定的。也就是說，只要啟動空調(diào)主機、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機都在工頻狀態(tài)下運行。
定流量控制方式的特征是系統(tǒng)的循環(huán)水量保持定值不變，當(dāng)負荷變化時，通過改變供水或回水溫度來匹配，定流量供水方式的優(yōu)點是系統(tǒng)簡單，不需要復(fù)雜的控制設(shè)備。但這種控制方式存在以下問題：
（1） 無論末端負荷大小如何變化，空調(diào)系統(tǒng)均在設(shè)計的額定狀態(tài)下運行，系統(tǒng)能耗始終處于設(shè)計的最大值，能源浪費很大。
（2） 舒適型空調(diào)系統(tǒng)是一個多參量、非線性、時變性的復(fù)雜系統(tǒng)，由于末端負荷的頻繁波動，必然造成系統(tǒng)循環(huán)溶液（載冷劑、冷卻劑、制冷劑溶液）的運行參量偏離空調(diào)主機的最佳工作狀態(tài)，導(dǎo)致主機熱轉(zhuǎn)換效率（cop值）降低，系統(tǒng)長期在低效率狀態(tài)下運行，也會增加系統(tǒng)的能源消耗。
為了解決中央空調(diào)的能源浪費問題，社會各界都已開始研究中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能途徑，希望通過先進的技術(shù)手段來實現(xiàn)節(jié)能。目前主要的節(jié)能控制思想主要有以下幾種：
1、水泵變頻節(jié)電。直接在水泵電機前加裝變頻器通過人工調(diào)整頻率，去除水泵余量而節(jié)能。
2、簡單PID變頻控制。利用壓差或溫差作為控制參量，采用PID（比例、積分、微分）算法控制變頻器工作頻率，使水泵流量跟隨負荷變化，從而達到水泵節(jié)能的目標(biāo)。
（1）恒壓差控制
在冷凍水系統(tǒng)供、回水總管間設(shè)置水力壓差傳感器，通過檢測壓差△P控制變頻器，為水泵提供變速調(diào)節(jié)。
其控制原理是以保持冷凍水供、回水壓差的恒定為依據(jù)，來調(diào)節(jié)用戶側(cè)冷凍水的供水流量，從而達到節(jié)能的目的，其控制過程如下：
當(dāng)空調(diào)實際負荷減少時，隨著末端眾多二通閥的關(guān)閉，冷凍水供、回水壓差會增大（偏離了設(shè)定值），壓差傳感器檢測出壓差的變化后，將信息傳送到變頻器，變頻器的輸出頻率隨之降低。是冷凍水泵電機轉(zhuǎn)速降低，供水流量減少，使冷凍水供、回水壓差減少并回到設(shè)定值，系統(tǒng)用戶側(cè)進入低流量狀態(tài)。由于水泵電機轉(zhuǎn)速降低，從而達到節(jié)約電能的目的。
反之，當(dāng)空調(diào)實際負荷增加時，隨著末端眾多二通閥開啟，冷凍水供、回水壓差會變�。ㄆx了設(shè)定值），壓差傳感器檢測出壓差的變化后，將信息傳送到變頻器，變頻器的輸出頻率隨之升高，使冷凍水泵電機轉(zhuǎn)速提高，高水流量增加，是冷凍水供、回水壓差增大并重新趨于設(shè)定值，系統(tǒng)用戶側(cè)進入新的流量運行狀態(tài)。
（2）恒溫差控制
在水系統(tǒng)供、回水總管上分別設(shè)置溫度傳感器T出和T入，通過PLC檢測供、回水溫差△T的變化來控制變頻器，為水泵提供變速調(diào)節(jié)。
其控制原理是以保持供、回水溫差的恒定為依據(jù)，來調(diào)節(jié)用戶側(cè)水系統(tǒng)的供水流量，從而達到節(jié)能的目的。其控制過程如下：
采用恒溫差對空調(diào)系統(tǒng)的水泵電機進行控制，它根據(jù)需要設(shè)定水系統(tǒng)的正常工作溫差，并給出最高和最低的運行水溫差，在此范圍內(nèi)，可人工調(diào)節(jié)所需的運行溫差。
當(dāng)空調(diào)實際負荷減少時，隨著末端眾多二通閥的關(guān)閉，水系統(tǒng)供、回水溫差會變�。ㄆx了設(shè)定值），PLC檢測出溫差的變化后，經(jīng)比例積分微分（PID）運算并控制變頻器的輸出頻率隨之降低，使水泵電機轉(zhuǎn)速降低，供水流量減少，使供、回水溫差增大并回到設(shè)定值，系統(tǒng)用戶側(cè)進入低流量運行狀態(tài)，由于水泵電機轉(zhuǎn)速的降低，從而達到節(jié)約電能的目的。
反之，當(dāng)空調(diào)實際負荷增加時，隨著末端眾多二通閥的開啟，水系統(tǒng)供、回水溫差會增大（偏離了設(shè)定值），PLC檢測出溫差的變化后，經(jīng)PID運算并控制變頻器的輸出頻率隨之升高，使水泵電機轉(zhuǎn)速提高，供水流量加大，使供、回水溫差減小并重新趨于設(shè)定值，系統(tǒng)用戶側(cè)進入新的流量運行狀態(tài)。
以上所述的恒壓差和恒溫差控制方式都是依據(jù)單參量數(shù)據(jù)采集對系統(tǒng)進行比例、積分、微分（PID）控制。PID歷史悠久、原理簡單、使用方便、投資較低，在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了極好的應(yīng)用，具有較好的控制效果。但中央空調(diào)系統(tǒng)是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)，這種以壓差或溫差作為控制效果參量的PID調(diào)節(jié)，在中央空調(diào)控制中存在較大的局限性，主要在于：
沒有全面采集空調(diào)系統(tǒng)的運行參數(shù)，也沒有對空調(diào)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)進行全面控制，系統(tǒng)設(shè)計是有局限性的、不完整的，不可能實現(xiàn)系統(tǒng)綜合優(yōu)化與最佳節(jié)能。
比例積分微分（PID）控制中最重要的工程參數(shù)比例系統(tǒng)K、積分時間常數(shù)TI和微分時間常數(shù)TD，一旦選定后，如果人不去調(diào)節(jié)，它是不定不變的，不可能跟隨受控參量的變化而自動調(diào)整。也就是說，工程參數(shù)整定之后，就用同一種參數(shù)去對付各種不同的運行工況。實際上，中央空調(diào)系統(tǒng)是一個時變性的動態(tài)系統(tǒng)，其運行工況受季節(jié)變化、氣候條件、環(huán)境溫度、人流量等諸多種因素的綜合影響，是隨時變化的，且始終處于波動之中。因此，靜態(tài)參數(shù)的PID控制方法不可能達到最佳的控制效果。
PID工程參數(shù)的整定在很大程度上依賴于精確的數(shù)學(xué)模型，而中央空調(diào)系統(tǒng)是一個多變量的、復(fù)雜的、時變的系統(tǒng)，其過程要素之間存在著嚴(yán)重的非線性，大滯后及強耦合關(guān)系，一般難以獲得精確的數(shù)學(xué)模型。對這樣的系統(tǒng)，傳統(tǒng)的PID控制很難實現(xiàn)較好的控制效果。實踐證明，恒壓差或恒溫差的單參量控制，很容易引起水系統(tǒng)參量振蕩，長時間都不能到達設(shè)定值的穩(wěn)定狀態(tài)，即影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又降低了空調(diào)效果的舒適性。
由于中央空調(diào)系統(tǒng)的被控對象是空調(diào)區(qū)域內(nèi)各個房間的溫度場，它與空調(diào)系統(tǒng)進行熱交換的工況相當(dāng)復(fù)雜，制約因素太多。中央空調(diào)系統(tǒng)是一個時滯、時變、非線性、多參量且參量之間耦合很強的復(fù)雜系統(tǒng)。其復(fù)雜性表現(xiàn)為：
結(jié)構(gòu)的高度復(fù)雜性；
環(huán)境和符合特性的高度不確定性，導(dǎo)致控制參數(shù)不易在線調(diào)節(jié)；
大時滯，多個慣性環(huán)節(jié)；
大惰性；
高度非線性；
多變量，時變性，復(fù)雜的信息結(jié)構(gòu)。
這些都是難以用精確的數(shù)學(xué)模型或方法來描述，因此，基于精確模型的傳統(tǒng)控制難以解決這種復(fù)雜系統(tǒng)的控制。
3、智能模糊控制方式
對于中央空調(diào)這種復(fù)雜系統(tǒng)，很難用精確的數(shù)學(xué)模型進行描述，或者所得數(shù)學(xué)模型不是過于復(fù)雜就是較為粗糙，以精確性為主要特點的經(jīng)典數(shù)學(xué)，對于這類控制問題往往難以奏效。
如果把人（操作人員、管理人員或?qū)＜遥┑牟僮鹘?jīng)驗、知識和技巧歸納成一系列的規(guī)則，存放在計算機中，使控制器模仿人的操作策略，就可以實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的人工智能模糊控制。其控制的基本思想就是按照中央空調(diào)主機所要求的最佳運行參數(shù)去控制中央空調(diào)系統(tǒng)的運行，根據(jù)系統(tǒng)的運行工況及制冷工質(zhì)參數(shù)的變化，通過模糊控制器動態(tài)調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)運行參數(shù)，確�？照{(diào)主機施工處于優(yōu)化的最佳工作點上，使主機始終保持具有高的熱轉(zhuǎn)換效率，有效地解決了傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)在低負荷狀態(tài)下熱轉(zhuǎn)換效率下降的難題，提高了系統(tǒng)的能源利用率。
中央空調(diào)系統(tǒng)是一個較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的最佳運行和節(jié)能，從局部去解決問題（如采用通用變頻器PID控制）是不可能辦到的，必須針對空調(diào)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)（包括主機、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等）統(tǒng)一考慮，全面控制，使整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行，才能實現(xiàn)最佳綜合節(jié)能。
（1）冷凍水系統(tǒng)蠶蛹最佳輸出能量控制
當(dāng)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。
（2）冷卻水系統(tǒng)采用系統(tǒng)效率最佳控制
當(dāng)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，主機的效率也隨之變化。
由于主機效率與冷卻水入口溫度有關(guān)，冷卻水入口溫度降低，有利于提高主機效率，降低主機能耗。但冷卻水溫度降低，將導(dǎo)致冷卻水泵和冷卻塔的能耗升高。因此，只有將主機能耗、冷卻水泵能耗、冷卻塔風(fēng)機能耗三者統(tǒng)一考慮，才能找到一個系統(tǒng)最佳效率點，是整個制冷系統(tǒng)能效比最高。要達到系統(tǒng)效率最佳控制，冷卻水入口溫度應(yīng)隨室外氣溫變化進行動態(tài)調(diào)節(jié)。
（3）系統(tǒng)控制原理圖
當(dāng)中央空調(diào)系統(tǒng)負荷變化造成空調(diào)主機及其水系統(tǒng)偏離最佳工況時，模糊控制器根據(jù)數(shù)據(jù)采集得到各種運行參數(shù)值，如系統(tǒng)供回水溫度等，經(jīng)推理運算后輸出優(yōu)化的控制參數(shù)值，對系統(tǒng)運行參數(shù)進行動態(tài)調(diào)整，，確保主機在任何負荷條件下，都有一個優(yōu)化的運行環(huán)境，始終處于最佳運行工況，從而保持效率(cop)最高，能耗最低，實現(xiàn)主機節(jié)能10%~30%，水泵系統(tǒng)節(jié)能60%以上，事實證明只能模糊控制方式是在空調(diào)控制領(lǐng)域最為先進的節(jié)能控制策略，該方式可以達到很好的節(jié)能效益和社會效益。
|
