探索中央空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備節(jié)能優(yōu)化控制

何麗

（中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州310000）

1 引言

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，雖然國(guó)內(nèi)中央空調(diào)系統(tǒng)逐漸完善，而且環(huán)境也變得更加舒適，但中央空調(diào)實(shí)際運(yùn)行過程中的節(jié)能降耗問題依然比較棘手。

2 末端設(shè)備變流量?jī)?yōu)化技術(shù)措施

中央空調(diào)系統(tǒng)末端空氣處理設(shè)施主要包含新風(fēng)處理機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管和風(fēng)柜3 種類型。雖然變冷凍水流量調(diào)節(jié)模式可以廣泛應(yīng)用于中央空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能改造環(huán)節(jié)，但是，從實(shí)踐來看，該種調(diào)節(jié)模式問題較多【1】。比如，在水閥開度改變過程中，主要以進(jìn)口冷凍水流量流動(dòng)阻力增大為基礎(chǔ)，使換熱器內(nèi)流動(dòng)速度減小。因冷凍水閥調(diào)節(jié)比較頻繁，所以，很容易導(dǎo)致中央空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部的水系統(tǒng)水力出現(xiàn)嚴(yán)重失調(diào)現(xiàn)象。同時(shí)，進(jìn)入到空調(diào)房間的所有空氣以風(fēng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)力，在長(zhǎng)期設(shè)計(jì)工況條件下滿速運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備可能會(huì)受到不同程度的磨損；一旦風(fēng)機(jī)出現(xiàn)機(jī)械性磨損，則會(huì)導(dǎo)致電機(jī)負(fù)載增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)電機(jī)故障問題，影響電機(jī)服役壽命。表面換熱器主要用于冷源端且用冷端之間的空氣熱濕處理，同時(shí)，也是中央空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備中的一個(gè)非常關(guān)鍵的部件。通過研究發(fā)現(xiàn)，改變送風(fēng)狀態(tài)可以有效調(diào)節(jié)空調(diào)室內(nèi)的熱負(fù)荷，而且冷凍水流量并非系統(tǒng)末端設(shè)備可調(diào)節(jié)的唯一變量，比如，送風(fēng)量也可以作為重要的調(diào)節(jié)目標(biāo)?，F(xiàn)階段變冷凍水流量管控模式已被廣泛應(yīng)用在系統(tǒng)末端設(shè)備節(jié)能改造過程中。然而，隨著控制系統(tǒng)和模式的精細(xì)化發(fā)展，中央空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備管控也從以往的變冷凍水流量管理發(fā)生了發(fā)展和轉(zhuǎn)變，在變水量的過程中也對(duì)送風(fēng)量嚴(yán)格控制，從而對(duì)空調(diào)房間實(shí)現(xiàn)更為平穩(wěn)、快速調(diào)節(jié)。

基于對(duì)表冷器換熱基本原理分析，調(diào)節(jié)送風(fēng)量以及冷凍水流量，對(duì)表冷器自身的換熱量會(huì)產(chǎn)生一定的影響，存在著一定的耦合性。中央空調(diào)系統(tǒng)末端采用雙反饋回路控制模式進(jìn)行風(fēng)水聯(lián)調(diào)，在局部采用單變量的方式解決冷凍水流量和送風(fēng)量對(duì)表冷器換熱的耦合影響。其控制原理如圖1 所示。

圖1 表冷器優(yōu)化控制框圖

為了能夠有效實(shí)現(xiàn)物解耦之目的，在工程項(xiàng)目實(shí)際建設(shè)過程中通常采用的是空調(diào)房間設(shè)定溫度以及房?jī)?nèi)回風(fēng)溫度二者的差值，同時(shí)，對(duì)表冷器單變冷凍水流量以及單變風(fēng)量調(diào)節(jié)等進(jìn)行嚴(yán)格檢查【2】；雖然單變量管控模式相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但是，應(yīng)當(dāng)給予高度的關(guān)注，并能夠做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。中央空調(diào)系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)時(shí)格局負(fù)荷來運(yùn)行管控，在實(shí)踐中也能得以有效地應(yīng)用。中央空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備利用雙反饋回路管控模式聯(lián)合調(diào)節(jié)風(fēng)水，并且在局部位置采用單變量模式和手段，可以有效實(shí)現(xiàn)冷凍水流量以及送風(fēng)量的耦合影響。

風(fēng)機(jī)控制器采用的是PI 控制器，其主要是由設(shè)定的溫度梯度以及回風(fēng)溫度梯度之間的差值，對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，并以此來有效改變表冷器換熱量以及送風(fēng)量，將室內(nèi)的溫度有效控制在合理的范圍【3】。其中，水閥控制器可以利用PI 管控模式，并且根據(jù)室內(nèi)溫度以及回風(fēng)溫度之間的差值，對(duì)水閥開度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以此來實(shí)現(xiàn)表冷器換熱量改變之目的，并且將室內(nèi)溫度有效控制在運(yùn)行的范圍之內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗之目的。中央空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備的節(jié)能改造以及優(yōu)化控制，主要采用PI 技術(shù)和控制設(shè)備，設(shè)定、實(shí)際回風(fēng)溫度之間存在著一定的梯度關(guān)系，對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)表冷器換熱量以及送風(fēng)量的有效改變，并且對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行合理控制。利用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段對(duì)空調(diào)末端出風(fēng)情況進(jìn)行有效管控，借助于空調(diào)系統(tǒng)的末端設(shè)備優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)，末端設(shè)備安裝以及風(fēng)管機(jī)械設(shè)備的優(yōu)化也可以有效提高末端設(shè)備運(yùn)行管理效率以及節(jié)能目標(biāo)。

3 優(yōu)化和調(diào)整控制網(wǎng)

實(shí)踐中因冷凍水流量以及送風(fēng)量與表冷器換熱量之間容易出現(xiàn)耦合問題，為此就應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注上述2 個(gè)變量及其調(diào)節(jié)要求。無論是送風(fēng)量還是冷凍水量的調(diào)節(jié)，對(duì)應(yīng)點(diǎn)有所參考，這樣，才能達(dá)到良好節(jié)能降耗之效果。本文研究過程中所選擇的是冷凍水相對(duì)流量為60%的基點(diǎn)，而且在空氣處理機(jī)組變流量調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意防止冷凍水流量變動(dòng)，并且使其一直保持在一個(gè)相對(duì)比較穩(wěn)定的流量狀態(tài)下；實(shí)踐中，基于有效改變和改造送風(fēng)量對(duì)室內(nèi)熱負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，既可以有效避免以往的因冷凍水流量頻繁變動(dòng)而造成的冷水機(jī)組性能變化，又可以有效防止空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)冷凍水管網(wǎng)中的各水力失衡問題，具有非常顯著的作用【4】。較之于冷凍水設(shè)計(jì)流量，如果換熱量達(dá)到80%；此時(shí)，對(duì)表冷器換熱性能不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，可以有效節(jié)約冷凍水側(cè)能耗傳輸，通過無極變頻風(fēng)機(jī)的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)送風(fēng)量調(diào)節(jié)之目的，并且使空調(diào)系統(tǒng)能夠保持平穩(wěn)運(yùn)行。雖然風(fēng)水聯(lián)調(diào)雙反饋調(diào)節(jié)未改變冷凍水流量單反饋控制方式平穩(wěn)性，但風(fēng)水聯(lián)調(diào)的雙反饋控制方式能更快地使房間溫度穩(wěn)定在設(shè)定值的±2%范圍內(nèi)，其調(diào)節(jié)性能數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同控制模式下的空調(diào)房間溫度調(diào)節(jié)性能對(duì)比表

在節(jié)能改造過程中，回風(fēng)溫度主要依靠溫度傳感器檢測(cè)系統(tǒng)。冷凍水流量通過傳感器進(jìn)行檢測(cè)，并且采用的風(fēng)量傳感器對(duì)其送風(fēng)量進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)，如二氧化碳?xì)怏w的濃度可采用該種方式和方法進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)整。檢測(cè)所得的數(shù)據(jù)信息，可以傳輸?shù)街悄芑芸叵到y(tǒng)之中，先將相應(yīng)數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確讀出來，然后根據(jù)輸入量對(duì)其進(jìn)行預(yù)定計(jì)算，對(duì)目前的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)以及評(píng)估和判斷。

中央空調(diào)系統(tǒng)的末端冷凍水流量以及送風(fēng)量等條件過程中，可以獲得最大節(jié)能改造效益。由于冷凍水量以及送風(fēng)量對(duì)設(shè)備表冷器換熱量會(huì)產(chǎn)生一定的耦合作用，因此，實(shí)踐中若對(duì)2 個(gè)變量進(jìn)行持續(xù)調(diào)節(jié)，并且對(duì)送風(fēng)量以及冷凍水量?jī)?yōu)化調(diào)節(jié)，必然會(huì)影響其參數(shù)依據(jù)，這樣，才會(huì)提高節(jié)能改造之目的。在系統(tǒng)末端設(shè)備節(jié)能改造過程中，將原設(shè)備采用比例閥調(diào)溫改造，使其成為變頻器，用于電氣調(diào)溫。同時(shí)，將進(jìn)水閥門固定其開度，對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)恒溫調(diào)節(jié)之目的。風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)口位置安裝1 個(gè)溫度傳感器，對(duì)冷風(fēng)溫度進(jìn)行實(shí)際采樣，該信號(hào)經(jīng)過溫度變送器有效轉(zhuǎn)化，使其成為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，并且傳送到變頻器，后者將檢測(cè)到的實(shí)際溫度與上位機(jī)給定的溫度進(jìn)行PI 運(yùn)算。基于上述運(yùn)算將結(jié)果傳給控制信息化，然后自動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動(dòng)化管控。

4 結(jié)語

總而言之，中央空調(diào)系統(tǒng)中的末端設(shè)備是其優(yōu)化改造和節(jié)能降耗設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，其中，作為載冷媒介的送風(fēng)以及冷凍水等，在末端設(shè)備中關(guān)鍵部件表冷器內(nèi)熱量進(jìn)行交換以后將風(fēng)送入到空調(diào)房間內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)冷量從原來的制冷主機(jī)向用冷端有效傳遞。