空调水系统变流量节能控制

空调水系统变流量节能控制
摘要：本文简单介绍了当前空调系统设计中的节能措施，分析了中央空调运行原理，结合自身实践，提出了中央空调变流量节能控制系统设计的方法。

关键词：中央空调；节能；设计
前言
中央空调是现代建筑的主要耗能设施，传统的中央空调系统长期运行在定流量的状态，不能随着实际的要求来供冷。

造成了相当大的浪费，定流量已经不能满足实际的需要。

随着科学技术的发展，变流量技术在中央空调得到了应用。

通过分析中央空调系统的结构和运行原理，结合变流量的工作原理。

提出中央空调变流量智能控制系统。

从而说明变流量在中央空调系统中的应用是高效节能的，有很好的应用前景。

1当前空调系统设计中的节能措施
1.1 采用楼宇设备自动控制技术对空调末端装置进行控制
在智能建筑中通常采用楼宇设备自控系统，对中央空调系统末端的新风机、回风机、变风量风机、风机盘管等装置进行状态监视和使用的“精细化”控制，以实现节能的目的。

它通过DDC(直接数字控制器)控制器，将检测的相关量值进行PID(比例、积分、微分)运算，实现对上述设备的PID控制，达到一定的节能效果。

这种对空调末端设备的控制可节能10％-15％，因为不能实现对空调制冷站及空调水系统的智能控制，因此，节能效果不显著。

这种节能控制技术的典型代表产品和生产厂商有：
(1)美国霍尼韦尔公司EXCEL 5000楼宇设备自控系统；
(2)美国Johnson公司的楼宇自动化系统；
(3)德国西门子公司S600顶峰系统等。

空调末端设备的控制采用楼宇自动化系统(BAS)，这些设备的主要特性均实现了对空调末端设备的节能自动控制，并为动态变流量空调节能控制系统的运行创造了更为良好的外部条件。

1.2 采用通用变频器对中央空调系统中的水泵和风机进行控制
为降低中央空调系统的能源浪费，宜采用通用变频器来控制空调系统的水泵和风机，通过对供、回水压差或温差的采集，对水泵和风机进行PID调节，以达到节能效果。

这种控制方法通常可以节约水泵和风机等电机拖动系统的电能约20％，最高可达30％。

这种节能控制技术的生产厂商和典型代表产品有：
(1)美国AB(Allen Bradley)公司，代表产品有通用变频器1336PLUSII系列产品；
(2)法国施耐德电气(SchneiderElectric)公司，代表产品有Ahivar 38系列异步电动机变频器；
(3)德国西门子(SIEMENS)公司，代表产品有通用变频器MICROMASTER440系列产品。

2中央空调运行原理
中央空调系统是由一连串的流体机械和热交换器组合而成，主要包括制冷系统、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和冷却水塔系统，（如图1所示）。

在系统中，热量的传递是通过流体物质来完成的，其中在制冷系统中一般用溴化锂，而冷却水系统和冷冻水系统都是以水作为传输介质。

制冷主机根据压缩、膨胀(或浓缩、蒸发)的放、吸热原理，通过消耗电能(或热能)来完成室内外高位和低位热能的转移，即通过冷冻水系统向室内空调末端设备提供冷源，同时通过冷却水系统把产生的热量带到冷却塔风扇冷却并被排到室外。

空调末端设备以风作为介质，通过再次冷热交换，最终通过风机盘管把冷量释放到需要空调的房间中，起到温度调节作用。

3变流量在中央空调系统中的应用
从中央空调的运行和节能原理很明显地看出，整个系统对大厦的供冷(热)都是通过流体物质来传输的，也就是说，流体物质是系统能量传输的载体，其中主要的载体是水(分别是冷却水和冷冻水)，但从广义上来说，系统的节能应该把制冷机组的流体物质也列为变流量控制的对象。

变流量的工作原理是在保证系统安全稳定运行的前提下，实时响应系统末端负荷变化，按照末端温度的要求，动态改变空调管道中的水流量，空调的末端要多少就给多少，不会造成浪费；同时根据制冷主机的制冷变化或天气等其他原因引起的温度变化，实时跟踪空调主机发热量的变化，动态改变冷却水管道的水流量，提高空调主机的热交换效率，控制空调主机的COP值，使其处于较佳状态。

变流量系统的控制是从改变能量传输的大小和提供舒适稳定的环境温度出发，最终的目的是要实现系统的节能；而控制的手段是通过控制水量的变化，来达到控制的目的。

冷却水泵、冷冻水泵与制冷机组是主要的耗能设备，自然它们就是控制的对象，而温度是控制的主要参数，从而来调节水流量的变化。

变频器是水泵电动机的关键执行部件，变频器频率的变化最终决定着水流量的变化，也导致了能量传输的变化，最终实现节能。

4中央空调变流量节能控制系统设计
4.1 动态变流量控制原理
当空调负荷发生变化时，通过采集一组参数值经模糊运算（如图2所示），及时调节冷水机组、各水泵和冷却塔风机的运行工作参数，从而改变冷水机组工作状态、冷冻(温)水和冷却水流量，改变冷却塔风机的风量，确保冷水机组始终工作在效率最佳状态，使供回水温度始终处于设定值，从而使主机始终处于高转换效率的最佳运行工况。

动态变流量控制的核心是变流量控制器，在控制器中建立了知识库、模糊控制模型和模糊运算规则，形成智能模糊控制。

通过采集影响冷水机组运行的各种参数，经模糊运算，得出相应的控制参数，这些控制参数被送到冷水机组、冷冻(温)水控制子系统、冷却水控制子系统、冷却塔风机控制子系统。

这些子系统根据控制参数的变化，利用现代变频控制技术，改变空调系统循环水的流量和温度，以保证整个系统在满负荷和部分负荷情况下，均处于最佳工作状态，从而最终达到综合节能的目的。

4.2动态变流量节能控制方法
4.2.1变流量冷却水泵系统
当末端空调负荷减少时，反映到冷水机组将出现冷却水出水温度降低的现向，温度传感器检测出这种变化趋势后，模糊控制系统将自动降低冷却水泵的工作频率，降低冷却水进水流量，提高冷却水出水温度，并使进、出水温差控制在最佳设定值上，维持冷水机组的高效率运行。

4.2.2一次泵变流量系统
当末端空调负荷变小时，末端空调设备前的两通阀将会关闭或减小，负荷侧回路管路的阻力增大，冷冻水供、回水温差将出现减小，供回水管的压差将出现增高的趋势。

水温传感器及水流压差器检测出这种趋势后，模糊控制系统将自动降低冷冻水泵的工作频率，减少冷冻水流量，并使供回水温差及供回水压差控制在最佳设定值上，维持冷水机组的高效率运行。

4.2.3二次泵变流量设计
二次泵变流量系统分为一级泵变流量系统和二级泵变流量系统。

其控制原理及效果与一次泵变流量大致相同(在这里不再一一赘述)。

而一级泵系统负责确保冷水机组的安全运行，一级泵系统的旁通管路一般设计为直通管，管径按一台冷水机组额定流量设计。

一次泵变流量系统跟踪二级泵环路的流量变化，并保证一级泵环路的流量大于二级泵环路的流量，使旁通冷冻水管保持从供水管流向回水总管。

当旁通管的流量超出设定值的范围时，变流量控制器将模糊PID调节一级泵的工作频率，使旁通管的流量返回设定值。

结束语
随着自动控制技术、信息技术、变频调速技术、计算机技术以及特别是软件工程技术的发展和应用性产品的成熟，在中央空调系统中以变流量运行方式替代传统的定流量运行方式已经成为一个必然的趋势，它在实际的应用中，确实起到了很好的节能作用。

与定流量相比较，变流量不仅仅体现了节能的效果，同时也实现了全自动控制的中央空调系统，还可以克服定流量带来的一系列弊病，提高设备的运行效率和延长设备运行寿命等，提供更加舒适和谐的生活和工作环境。

参考文献：
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[4] 孙一坚．空调水系统变流量节能控制[J】．暖通空调。

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