中央空调系统节能控制系统设计方案

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中央空调系统节能控制系统设计方案北京仟亿达科技有限公司

1 概述

国家“十一五”规划纲要中明确提出要把节约资源和保护环境基本国策，建设低投入、高产出，低消耗、少排放，能循环、可持续的国民经济体系和资源节约型、环境友好型社会。提出了“十一五”期间单位国内生产总值能源消耗降低20%左右、主要污染物排放总量减少10%等目标。这是针对资源环境压力日益加大的突出问题提出来的，体现了建设资源节约型、环境友好型社会的要求，是现实和长远利益的需要，具有明确的政策导向。

中央空调在各大中型民用、商用建筑中的普及，带来了严重的能耗问题。中央空调系统的电耗一般占整座建筑电耗的50%~60％，建筑能耗则占全国总能耗的1/3左右，因此提高能源利用率是我国能源可持续发展的方向。

中央空调系统的设计通常按建筑物所在地的极端气候条件来计算其最大冷负荷，并由此确定空调主机的装机容量及空调水系统的供水流量。然而，实际上每年只有极短时间出现最大冷负荷的情况。因此，中央空调系统在绝大部分时间里，都是在部分负荷（远小于其额定容量）条件下运行的。据统计，实际空调负荷平均只有设备能力的50%左右，这无疑造成了大量的能源白白浪费。而且，空调水系统的水泵、风机等机电设备，长期处在工频额定状态下高速运行，机械磨损严重，导致设备故障增加和使用寿命缩短。

另一方面，空调负荷又具有变动性。由于季节交替、气候变幻、昼夜轮回、使用变化（如旅游旺、淡季）及人流量增减（如宾馆入住率的变化）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特点，如果中央空调的运行方式不能根据负荷的变化而调节，始终在额定容量（即满负荷状态）下运行，也势必造成巨大的能源浪费。

由北京仟亿达科技有限公司提供的中央空调分布式系统节能控制装置——KTC-2005系列、KTC-2005系列产品，以模糊控制理论为指导、以计算机技术、系统集成技术、变频调速技术为控制手段，以多年丰富的实践经验和数据为基础，科学地实现了中央空调能量供应按末端负荷需要提供，最大限度地减少了空调系统能源浪

费，从而达到高效节约能耗的目的。

2 系统概况

酒店的中央空调系统具体配置如下：

制冷/热主机：顿汉布什（WCFX36AVL8J9B） 2台

冷冻泵： 22kw (Y180LB5-4) 3台

冷却水泵： 37kw (Y225-4) 3台

冷却塔风机： 37kw 4台

3 设计目标

3.1 实现显著的节能效果

根据对空调系统负荷变化的跟踪，系统自动调节水泵和冷却塔风机的转速，并动态修正系统的运行参数，对空调水系统进行全面优化，水泵和风机平均节能60%～80%的节能效果。

3.2 自动控制

系统对冷/热水流量和供回水温差、对冷却水进出水温差，进行自动调节和优化，对制冷主机采取多种安全保护措施，既实现全系统自动节能运行，又实现系统安全可靠运行。

3.3 系统技术指标

系统满足以下技术参数要求：

◆工作环境温度 0℃～40℃

◆相对湿度≤90%(20℃),无凝露

◆安装使用地点的海拔高度≤1000m

◆输入电源频率 50 Hz

◆输出频率（控制柜） 0 Hz～50 Hz

◆输入电源电压三相 AC 380V±38V

◆输出电压（控制柜）三相 AC 0V～380V

◆控制柜防护等级 IP20

◆操作方式自动、手动

4 设计依据和原则

4.1 设计依据

本系统的设计严格按照下述标准规范执行：

（1） ISO/IEC 11801-95 信息技术互连国际标准

（2） GBJ93－86 工业自动化仪表工程施工及验收规范

（3） GBJ 42-1981 工业企业通信设计规范

（4） GBJ 232-92 电气装置安装工程施工及验收规范

（5） GBJ 19-2001 中国采暖通风与空气调节设计规范

（6） GBJ 15-1989 中国室内给水排水热水供应设计规范

4.2 设计原则

为实现上述设计目标，本设计提出并遵循以下的设计原则：

（1）标准化原则

严格贯彻国家有关的标准或工业标准，以实现系统的标准化，以保障系统的兼容性、可维护性与可扩展性。

（2）实用性原则

依据用户需求进行功能、性能设计，充分满足用户的需求，功能实用。

（3）先进性原则

系统采用的技术设施一定要有先进性或超前性。系统设计在满足功能的实用性和

满足用户现有需求的前提下,同时考虑技术上的先进性，以避免在短期内因技术陈旧而造成整个系统性能不高或过早淘汰。

（4）安全性原则

确保中央空调系统设备的运行安全，是系统设计中最重要的原则。设备的自动控制和节能固然重要，但安全应是第一位的。

（5）可靠性原则

可靠性是工程设计的基本准则。系统应能满足使用环境条件的要求，能长期稳定可靠地运行。系统的各项资源包括材料、器件、设备等硬件的可靠性要高。为了系统运行的稳定与可靠，系统选用的设备和器材必须成熟，具有极高的安全性、可靠性和容错性。

（6）经济性原则

在实现系统先进性的基础上，同时做到经济上的优化设计、合理配置、精心安排，使有限的投资发挥最大的效用，并力求系统在投运后获得最佳的节能效果，使中央空调系统在整个运行生命周期获得最佳的性能/价格比。

5 设计方案

5.1 设计原理

中央空调系统是一个多变量的、复杂的、时变的系统，其过程要素之间存在着严重的非线性、大滞后及强耦合关系。对这样的系统，无论用经典的PID控制理论或其他现代控制理论和控制模型，都很难实现较好的控制效果。

模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制，尤其适合于中央空调这样复杂的、非线性的和时变性系统的控制。

基于模糊控制的变频调速技术可以实现中央空调水系统真正意义上的变温差、变压差、变流量运行，使控制系统具有高度的跟随性和应变能力，可根据对被控动态过程特征的识别，自适应地调整运行参数，以获得最佳的控制效果。显然，模糊控制适