中央空调管理节能与技术节能的方法

卩央空调管理节能与技术节能的方法文|北京泰豪智能工程有限公司殷文强【摘要】中央空调能耗占据了建筑能耗的40%~60%的比例,因此如何有效降低空调能耗就成为建筑节能的重中之重,本文就如何通过行为管理的手段实现节能进行了论述,并对技术节能所常用的几种控制方法进行了分析和比较。【关键词】建筑能耗管理节能技术节能智能模糊控制1我国建筑能耗的现状技术手段调整设备的运行状态,从而避免不能源是人类社会生存与发展的物质基础必要的能源浪费。能源问题是关系经济建设全局的一个重大战总之,要想真正实现建筑物的节能不仅略问题。随着社会的发展,能源问题已经成要利用技术手段进行节能改造,而且还必须为制约国民经济发展的重要因素,各国政府配合有效的管理手段,只有两者有效配合才纷纷采取措施应对能源危机,我国已经将节能达到节能的最大化。约能源作为一项基本国策。在我国的能源消费主体中,建筑能耗占2管理节能了很大的比例。据权威统计,建筑能耗在我目前我国建筑内的中央空调系统大部分国能源总消费中所占的比例已经达到276%。设计都趋于保守,存在配置过大、管理不便在发达国家,建筑能耗一般占全国总能耗的的现象,空调设计很少从节能的角度来进行因此,随着经济的发展,我国考虑,这种状况无疑增加了中央空调的能耗。的建筑能耗必然会持续上升,建筑节能工作为了达到节能的效果,需要做到“功能适当任重而道远。运行合理”",在保持舒适度的前提下,尽可能而在建筑能耗中,中央空调能耗一般占的降低能耗,同时应该有切实可行的管理手到了40%-60%的比例,因此如何有效降低段,使得系统运行科学、合理,操作简单、方便空调能耗就成为建筑节能的重中之重,本文要实现对中央空调的管理节能,我们必将就有关中央空调的节能进行专项论述。须能够找到空调系统存在哪些能耗浪费的地中央空调的节能可通过以下两种方法方,设备存在怎样的不合理运行状态等。只进行:有找到了原因,我们才能够找到相应的解决(1)管理节能:在保障建筑物舒适的前途径。因此,要想实现中央空调系统的节能,提下,通过对行为的约束管理或通过调整设就必须对中央空调的系统进行节能诊断,为备的不合理运行状态来达到节能的目的此我们重点将介绍中央空调系统节能诊断的(2)技术节能:技术节能是通过先进的方法和思路,然后针对此提供解决方案。科学技术,通过对建筑物内用能设备的改进来达到节能的目的。技术节能的两种方法:H中国煤化工种是提高用能设备的效率,另一种是通过CNMHG机容量最大的Intelligent Building& City Information 2009 8 No 153 45■B楼宇自动化Uilding Automation设备,物业部门一般对其维修保养都很重视的冷塔阀门不关的情况,这样造成的后果是热基本能做到运行状况的连续记录,但是记录数水经过该冷塔后与其他的正常运行的冷却塔冷据往往没有用于指导设备的高效运行,为了有水混合,进入了主机,导致主机冷凝器的进水效地对中央空调进行诊断,我们可以根据运行温度偏高,主机的cop减小,主机的能耗增加,记录的数据对系统的存在问题作出诊断。浪费大量能源。解决该问题的办法是将不运行在一般的电制冷主机运行记录表中的冷塔的进出水阀门关掉。般都会记录主机的蒸发温度和冷水出水温度,另外,通常吸收式空调主机因真空度降一般对于水冷方式的主机来说,蒸发温度要低或制冷剂污染造成制冷效率降低;冷却塔比出水温度低3~4度,实际值若超出这个数常因失修导致散热效率下降。主机或冷却塔值,则说明蒸发器或制冷剂有问题,应注意的效率是否降低可按下述方法大致鉴别检修。同时一般冷凝温度要比冷却水出水温(1)主机输出制冷量减少(冷冻水运行度高2~4度,若实际运行情况超出此值,供水温度大于设置温度l般是主机的冷凝器有问题,应注意及时清洗。(2)冷却水进口温度高,主机曾报警,在实际的运行中,往往出现这样的情况冷却水进出口温差小于5℃。冷水的供回水温差在2~3度之间,说明了空(3)冷冻水供水温度高,末端用户曾报调末端负荷不大,但是冷却水出水温度很高热投诉,冷冻水供回水温差小于5℃。且冷凝压力很高,导致主机的负荷在90%以如果主机或冷却塔出现了效率降低的情上,这种情况基本是由于冷凝器出了问题况,就该及时维修,以免造成能源的浪费。在进行及时清理后,主机的负荷将会大幅度下降,将会节约大量的能耗。23冷冻水系统的诊断另外,通过记录主机的冷冻水流量、供目前的冷冻水系统中,往往存在着水泵回水温度,及压缩机电流等参数的监测,我选型过大的问题,造成的结果是一方面功率们就可以计算出主机的性能系数cop,通过偏大造成能耗的浪费;另一方面是水泵偏离此我们可以对主机的运行效率有一个大致的标准工况运行,导致水泵长期工作在低效区,判断。如果主机的运行效率过低,将会导致水泵效率偏低导致能耗的浪费。对于这种能源的浪费,对此应该找出原因并加以改善。况解决的办法是更换水泵或者采用变频调速对主机的节能诊断,还要观察不运行的的手段来实现节能。冷冻机的水阀是否关闭,若阀门不关将会导冷冻水管路如果存在水力不平衡将会使致回水箱的部分热水经过该主机旁通到供水整个系统的能耗增加。一般空调运行中存在箱,在供水箱内发生冷水跟热水混合的现个误区,认为空调末端效果差是由于总水这样将会导致大量的能源浪费。量偏小,所以往往会通过增加水泵开启台数同理,冷冻水分水箱和集水箱之间的旁通或者换大流量水泵来解决。但实际的原因是阀若处于未关状态,或者存在一台冷机对开两大多是由于工程竣工后空调水系统从未做过台冷冻泵的现象时,也会出现冷热水混合的现水力平衡,导致部分末端水量不足。而部分象,导致能源浪费,这个问题应引起注意。末端水景过剩,而工作人员为了满足水量不足这部分末端的换热要求,只能增大总水量22冷却水系统的诊断TYH中国煤化工白白浪费了在实际的冷却水运行中往往存在着不运行CNMHG46智能建筑与城市信息2009年第8期总第153期因此,冷冻水流量分配诊断内容应该为会造成输送能量的浪费。测量系统各分支的冷冻水量和进回水温度目前,国内的中央空调系统,由于没有从而判断各分支冷量的提供情况,以此判断先进的技术手段支持,基本上都采用传统的系统是否存在水力不平衡现象。定流量控制方式,即空调冷冻(温)水流量对水力不平衡的解决方法是:找出水力冷却水流量和冷却风风量都是恒定的。也就不平衡的原因,如果是因为个别风机盘管支是说,只要启动空调主机,冷冻水泵、冷却路堵塞,可对此修复;若因局部末端负荷水水泵和冷却塔风机都在工频状态下运行。压不足,应考虑采用调整水力平衡调节阀或定流量控制方式的特征是系统的循环水增加小型管道泵的可能性。量保持定值不变,当负荷变化时,通过改变供水或回水温度来匹配。定流量供水方式的3技术节能优点是系统简单,不需要复杂的自控设备。以上介绍的是通过行为管理来达到节能但这种控制方式存在以下问题:的目的,事实证明这是一种最简单有效的节(1)无论末端负荷大小如何变化,空调能方式,在某种程度上可以达到一定的节能系统均在设计的额定状态下运行,系统能耗效果,但是管理节能的方式也有一定的局限始终处于设计的最大值,能源浪费很大。性,因为它不能从根本上解决中央空调所存(2)舒适性中央空调系统是一个多参量在的巨大能源浪费问题。非线性、时变性的复杂系统,由于末端负荷般来说,中央空调系统的设计通常按的频繁波动,必然造成系统循环溶液的运行建筑物所在地的极端气候条件来计算其最大参量偏离空调主机的最佳工作状态,导致主冷负荷,并由此确定空调主机的装机容量及机热转换效率降低,系统长期在低效率状态空调水系统的供水流量。然而,实际上每年下运行,也会增加系统的能源消耗。只有极短时间出现最大冷负荷的情况。因此,为了解决中央空调系统的能源浪费问题,中央空调系统在绝大部分时间里,都是在部社会各界都开始研究中央空调系统的节能途分负荷条件下运行的。据统计,实际空调负径,希望能通过先进的技术手段来实现节能荷平均只有设备能力的50%左右,因而出现目前主要的节能控制思想主要有以下几种:了“大马拉小车”的现象,这无疑造成了大量的能源白白浪费。3.1水泵变频节电另一方面,空调负荷又具有变动性。由直接在水泵电机前加装变频器,通过人于季节交替、气候变幻、昼夜轮回、使用变工调整频率,去除水泵余量而节能。化及人流量增减等各种因素变化的影响,中央空调系统的负荷具有起伏变化和不恒定的32简单PD变频控制特点,如果中央空调的运行方式不能根据负利用压差或温差作为控制参量,采荷的变化而调节,始终在额定容量(即满负PD算法控制变频器工作频率,使水泵流量荷状态)下运行,也势必造成巨大的能源浪费。跟随负荷变化,从而达到水泵节能的目标。随着科技的发展,不少空调主机已能够(1)恒压差控制:中央空调冷冻水系统根据负荷变化自动随之减载或加载,但输送的恒压差控制原理图,如图1所示空调水的水泵如果不能跟随负荷的变化做出相应的调节,始终在额定功率下运行,仍然TYH出中国煤化工曹间设置水力CNMHG控制变频器Intelligent Building City Information 2009 8 No 153 47■B楼宇自动化通阀旁通阀压差传感器温度传感器温度传感器变频器水泵空调主机水泵LvF变频器为水泵提供变速调节。其控制原理是以保持冷冻水供、回水压差的恒定为依据,来调节用户侧冷冻水的供水流量,从而达到节能的目的。其控制过程定为依据,来调节用户侧水系统的供水流量如下从而达到节能的目的。其控制过程如下当空调实际负荷减少时,随着末端众多采用恒温差对空调系统的水泵电机进行二通阀的关闭,冷冻水供、回水压差会增控制,它根据需要设定水系统的正常工作大,压差传感器检测出压差的变化后,将信差,并给出最高和最低的运行水温差,在此息传送到变频器,变频器的输出频率随之降范围内,可人工调节所需的运行温差。低,使冷冻水泵电机转速降低,供水流量减当空调实际负荷减少时,随着末端众多少,使冷冻水供、回水压差减小并回到设定值,二通阀的关闭,水系统供、回水温差会变小,系统用户侧进入低流量状态。由于水泵电机PLC检测出温差的变化后,经比例积分微分转速的降低,从而达到节约电能的目的。运算并控制变频器的输出频率随之降低,使反之,当空调实际负荷增加时,随着末端水泵电机转速降低,供水流量减少,使供、众多二通阀的开启,冷冻水供、回水压差会变回水温差增大并回到设定值,系统用户则进压差传感器检测出压差的变化后,将信息入低流量运行状态。由于水泵电机转速的降传送到变频器,变频器的输出频率随之升高,低,从而达到节约电能的目的。使冷冻水泵电机转速提高,供水流量增加,使反之,当空调实际负荷增加时,随着末冷冻水供、回水压差增大并重新趋于设定值端众多二通阀的开启,水系统供、回水温差系统用户侧进入新的流量运行状态。会增大(偏离了设定值),PLC检测出温差的(2)恒温差控制:中央空调水系统的恒变化后,经PD运算并控制变频器的输出频温差控制原理图,如图2所示。率随之升高,使水泵电机转速提高,供水流在水系统供、回水总管上分别设置温度量加大,使供、回水温差减小并重新趋于设传感器T出和T入,通过PLC检测供、回水定值,系统用户侧进入新的流量运行状态温差△T的变化来控制变频器,为水泵提供以上所述的恒压差和恒温差控制方式变速调节。mH中国煤化工统进行比例其控制原理是以保持供、回水温差的恒CNMHG原理简单,48智能建筑与城市信息2009年第8期总第153期使用方便,投资较低,在工业控制领域获得结构的高度复杂性;环境和负荷特性的高度不了极好的应用,具有较好的控制效果。但确定性,导致控制参数不易在线调节;大时滞中央空调系统是一个十分复杂的系统,这多个惯性环节;大惰性;高度非线性;多变量,种以压差或温差作为控制参量的PD调节,时变性,复杂的信息结构。在中央空调控制中存在较大的局限性,主这些都难以用精确的数学模型或方法来要在于:描述,因此,基于精确模型的传统控制难以◆没有全面采集空调系统的运行参数解决这种复杂系统的控制。也没有对空调系统各个环节进行全面控制,系统设计是有局限的、不完整的,不可能实3.3智能模糊控制方式现系统综合优化与最佳节能。对于中央空调这种复杂系统,很难用精◆比例积分微分(PID)控制中最重要确的数学模型进行描述,或者所得数学模型的工程参数比例系数K,积分时间常数T和不是过于复杂就是较为粗糙,以精确性为主微分时间常数Td,一旦选定之后,如果人不要特点的经典数学,对于这类控制问题往往去调节,它是固定不变的,不可能跟随受控难以奏效。参量的变化而自动调整。也就是说,工程参如果把人的操作经验、知识和技巧归纳数整设定之后,就用同一种参数去对付各种成一系列的规则,存放在计算机中,利用模不同的运行工况。实际上,中央空调系统是糊集合理论将它定量化,使控制器模仿人的一个时变性的动态系统,其运行工况受季节操作策略,就可以实现中央空调系统的人工变化、气候条件、环境温度、人流量等诸多智能模糊控制。其控制的基本思想就是按照种因素的综合影响,是随时变化的,且始终中央空调主机所要求的最佳运行参数去控制处于波动之中。因此,静态参数的P|D控制中央空调系统的运行,根据系统的运行工况方法不可能达到最佳的控制效果。及制冷工质参数的变化,通过模糊控制器动◆PD工程参数的整定在很大程度上依态调整空调系统运行参数,确保空调主机始赖于精确的数学模型,而中央空调系统是终处于优化的最佳工作点上,使主机始终保个多变量的、复杂的、时变的系统,其过程持具有高的热转换效率,有效地解决了传统要素之间存在着严重的非线性、滞后及强中央空调系统在低负荷状态下热转换效率下耦合关系,一般难以获得精确的数学模型。降的难题,提高了系统的能源利用率。对这样的系统,传统的PID控制很难实现中央空调系统是一个较复杂的系统工程较好的控制效果。实践证明,恒压差或恒温要实现中央空调系统的最佳运行和节能,从局差的单参量控制,很容易引起水系统参量振部去解决问题是不可能办到的,必须针对空调荡,长时间都不能到达设定值的稳定状态系统的各个环节统一考虑,全面控制,使整个既影响系统的稳定性,又降低空调效果的系统协调运行,才能实现最佳综合节能。舒适性。(1)冷冻水系统采用最佳输出能量控制由于中央空调系统的被控对象是空调区域冷冻水系统采用最佳输出能量控制。当环境内各个房问的温度场,它与空调系统进行热交温度、空调末端负荷发生变化时,各路冷冻换的工况相当复杂,制约因素太多。中央空调水供回水温度、温差、压差和流量亦随之变化系统是一个时滞、时变、非线性、多参量且参流量中国煤化工器将检测到量之间耦合很强的复杂系统。其复杂性表现为的HCNMHG糊控制器依Intelligent Building City Information 2009 8 No 153 49■B自动化据所采集的实时数据及系统的历史运行数据,率点,使整个制冷系统能效比最高。实时计算出末端空调负荷所需的制冷量,以要达到系统效率最佳控制,冷却水入口及各路冷冻水供回水温度、温差、压差和流温度应随室外气温变化进行动态调节量的最佳值,并以此调节各变频器输出频率,(3)系统控制原理图,如图3所示。当控制冷冻水泵的转速,改变其流量使冷冻水中央空调系统负荷变化造成空调主机及其水系统的供回水温度、温差、压差和流量运行系统偏离最佳工况时,模糊控制器根据数据在模糊控制器给出的最优值采集得到各种运行参数值,如系统供回水温(2)冷却水系统采用系统效率最佳控制:度、供回水压差、流量及环境温度等,经推当环境温度、空调末端负荷发生变化时,中理运算后输出优化的控制参数值,对系统运央空调主机的负荷率将随之变化,主机的效行参数进行动态调整,确保主机在任何负荷率也随之变化。条件下,都有一个优化的运行环境,始终处由于主机效率与冷却水入口温度有关,于最佳运行工况,从而保持效率(cop)最高、冷却水入口温度降低,有利于提高主机效率、能耗最低,实现主机节能10%-30%,水泵系降低主机能耗。但冷却水温度降低,将导致统节能60%以上。事实证明智能模糊控制方冷却水泵和冷却塔的能耗升高。因此,只有式是在空调控制领域最为先进的节能控制策将主机能耗、冷却水泵能耗、冷却塔风机能略,该方式可以达到很好的节能效益和社会耗三者统一考虑,才能找到一个系统最佳效效益。模糊控制器境温度传感器风机盘管凤机盘誉一通冷冻水泵智能控制柜冷却水泵智能控制柜冷却风机智能控制柜通阀VF变频器旁通阀压差传感器流量蒸发器主机冷凝器W次水列温度传感器PT温度传感器次水泵w温度传感器PT2T4温度传感器空调机组中国煤化工CNMH50智能建筑与城市信息2009年第8期总第153期