浅谈中央空调节能控制技术
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作者: 徐君华
摘要：节能效果对于楼宇自控系统是非常重要的指标，中央空调是大厦里的耗电大户，每年的电费中空调耗电占整个大厦60%左右，因此中央空调的节能改造显得非常重要，有着非常好的经济效益和社会效益。本文首先阐述了中央空调的控制特点，其次，就中央空调节能控制途径进行深入的探讨，具有一定的参考价值。
关键词：中央空调；节能控制；技术
1.前言
中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成。制冷系统为空气调节系统提供所需冷量，用以抵消室内环境的冷负荷；制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量。中央空调是大厦里的耗电大户，每年的电费中空调耗电占整个大厦60%左右，因此中央空调的节能改造显得非常重要，有着非常好的经济效益和社会效益。空调系统的作用就是对室内空气进行处理，使空气的温度、湿度、流动速度及新鲜度、洁净度等指标符合场所的使用要求。为此必须对空气进行冷却或加热、减湿或加湿以及过滤等处理措施。其相应设备有制冷机组、热水炉、空调机组、风机盘管等。当被调房间温度与湿度受内部热源干扰或室外温湿度变化而发生波动时，首先由温度与湿度传感器把信号送给调节器，调节器与设定值进行比较后发出指令给执行器，执行器动作后，不断调整以符合要求。在中央空调系统中，冷水机组是由设备生产厂成套供应的，它一般是根据空气调节原理及规律等由微处理器自动控制的。冷水机组由压缩机、冷凝器、蒸发器与节流元件组成，压缩机把制冷剂压缩，压缩后的制冷剂进入冷凝器，被冷却水冷却后，变成液体，析出的热量由冷却水带走，并在冷却塔里排入大气。液体制冷剂由冷凝器经过节流元件进入蒸发器进行蒸发吸收，使冷冻水降温，然后冷冻水进入水冷风机盘管吸收空气中的热量，如此循环不已，把房间的热量带出。
2.中央空调的控制特点
中央空调系统的特性可以归纳如下：（1）干扰性。空调系统在全年或全天的运行中，由于外部条件（如气温、太阳辐射、风、晴、雨、雪）和内部条件（如空调房间中设备、照明的启、停和投入运行的多少，以及工作人员的增减等）的变化，都将对空调系统的运行形成干扰。（2）调节对象的特性。不同的被控对象，在相同的干扰作用下，被控量随时间的变化过程也并不一样。空调自控系统的任务就是为了克服这些干扰因素，维持空调房间一定的温、湿度和空气品质。但温、湿度的控制效果不但取决于自控系统，更主要的是取决于空调系统的合理性及空调的对象特性。（3）湿度的相关性。在空调的控制中，大多数情况下主要是对空调房间内温度和湿度的控制，这两个参数常常是在一个调节对象里同时进行调节的两个被调量两个参数在调节过程中又相互影响。如果由于某些原因使空调房间内温度升高，引起空气中水蒸气的饱和分压力发生变化，在含湿量不变的情况下，就引起了室内相对湿度的变化温度升高相对湿度就会降低，温度降低相对湿度就会增加，在调节过程中，对某一参数进行调节时，同时也引起另一参数的变化。（4）多工况运行及转换控制，由于空调系统是在全年的室内外条件变化下，按照一定的运行方式（即工况）进行调节的。同时在内外条件发生显著变化时要改变运行调节方式，即进行运行工况的转换。（5）整体控制性，空调自动控制系统一般是以空调房阳内的空气温度和相对湿度控制为中心，通过工况转换与空气处理过程每个环节紧密联系在一起的整体控制系统。空调系统中空气处理设备的启停都要根据系统的工作程序，按照有关的操作规程进行，处理过程的各个参数调节及联锁控制都不是孤立进行，而是与室内温、湿度密切相关的。
3.中央空调节能控制途径
（1）改善围护结构的保温性能
建筑物冬季的热负荷和夏季的冷负荷有一部分来自建筑物的外围护结构。从建筑体形来说，同样面积的建筑物，接近立方体的外表面积最小，可以节能。
围护结构保温性能在建筑的节能中起着很重要的作用。一些研究表明，增大围护结构的保温性能，年空调冷负荷反而有所增加，其原因是在室外气温高的月份和时刻，保温性能好，可以节省空调冷量，但在非最热月或一天中的夜间，气温低时，不利于建筑散热，反而增加了冷负荷。当然，围护结构保温性能好，空调的设计冷负荷会小些。
（2）减少输送系统的能耗
中央空调系统中，空气与水通常是冷量载体。输送过程能耗包括：通过传热的冷量损失和输送过程的流动阻力损失。对于输送冷量的水系统或空气的管路系统，克服流动阻力的能量又转变为热量导致冷量损失。
（3）电能控制程序。
电能消耗的计费主要取决两个因素耗电量和需求系数，即峰、谷电价不同，因此，合理地启动或停止能耗较高的暖通空调设备，以使用电量保持平稳值，或在用电的高峰期使设备的用电量低、运行时间较短，而在用电低谷期设备的用电量高、运行时间较长，使总的电费最低。
（4）空调机组。空调机组是智能建筑中耗能最多的设备，其运行方式不同，应从以下几个方面考虑空调机组的节能：
1）全年运行系统的工况自动转换。根据室外气候条件和空调系统的不同结构及其工艺的不同要求进行工况的转换，一般以焙值作为转换的判断条件，通过调节空调运行参数来实现。2）控制器参数选择。合理选择每个回路的PID参数，使之具有良好的响应性能，或选择各种先进的控制算法，提高控制系统的性能指标。避免控制回路总处于不断调节或响应过程慢等不利影响，既浪费能量又影响执行器的寿命。3）多级控制的有效配合。对有些系统具有中央空调机组外，在房间配有再加热盘管（特别是工艺空调）实现单独调节，此时应合理地选择控制方法及配合关系控制送风温度，防止中央空调送风的温度过低，而房间再加热的能量浪费现象发生，应考虑整体系统的节能效果。4）选用高质量温度传感器。室内空气每相差1℃的调节都要消耗很多的能量，选用传感器的精度差，产生的节能效益远大于传感器的价格。5）温度设定值应随室外温度自动调节。对于舒适性空调系统，可在夏季随室外温度的升高，适当提高温度的设定值，减小室内、外的温差，既能保证人的舒适度的要求，又能实现节能同样也适合冬季情况。
（5）冷水机组。
通过计算机对楼宇内外环境温度、湿度实时测量及对楼宇热惯性的预测，确定最优化的设备启、停时间。此项措施预计可使主机、水泵、冷却塔风机平均每天减少运行时间。同时根据楼宇冷负荷变化，通过变频装置调节冷冻水、冷却水的流量及风机类设备的风量，也可使主机负荷下降，从而控制机组运行台数。
4. 中央空调节能方法的选择
（1）任何节能方法必须与现场设备配置情况相适应，在满足要求的前提下尽量选用简单的控制方案，防止控制过程复杂，造成整个系统的成本过高。各种节能方法是相互联系的，对一个实际的系统必须综合考虑整体的节能，避免相互之间产生的影响可能抵消，达不到很好的节能效果。
（2）注意每个回路控制算法及参数的优化调节，使控制系统有良好的性能。注意设备本身的运行和限制条件，防止因采用的节能方法对设备寿命产生影响。
（3）重视系统的在线调试、传感器精度的校正及各种联动功能等的综合测试，防止设计参数和实际运行情况的背离。充分利用楼宇自控系统强大的软件功能和信息的集成性，保证系统的软、硬件得到合理的利用。
参考文献：
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