王丹

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展、人們生活質(zhì)量的不斷提高，空調(diào)的應(yīng)用日益廣泛和普及，空調(diào)系統(tǒng)的能耗逐年增加。中央空調(diào)是大型商場、賓館、超市、寫字樓、工廠等許多用電場所里耗電最大的單元，在總電費支出中，僅中央空調(diào)就占去了60%左右，而其中近三成被電能浪費。在暖通空調(diào)企業(yè)不斷對中央空調(diào)節(jié)能技術(shù)升級的同時，中央空調(diào)空調(diào)節(jié)能改造設(shè)計卻受到忽視，造成大量的能源耗費。因此，本文以中央空調(diào)節(jié)能改造為研究對象，對中央空調(diào)系統(tǒng)的特點、節(jié)能改造的內(nèi)容及節(jié)能改造后的節(jié)能效果進(jìn)行分析論述。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；節(jié)能改造；節(jié)能效果

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活水平和提高，中央空調(diào)在各行各業(yè)中得到了廣泛的推廣應(yīng)用。因為水冷式中央空調(diào)冷熱水循環(huán)系統(tǒng)的能效比COP相對來說比風(fēng)冷式中央空調(diào)系統(tǒng)的能效比COP高，即更節(jié)能，所以被廣泛的應(yīng)用在各大型或高層建筑物中。在整個建筑的能耗中，空調(diào)采暖的能耗要占到總建筑能耗的50%以上。為此，“節(jié)能減排”是現(xiàn)代建設(shè)項目中的一項重要國策。早期的中央空調(diào)工程，因空調(diào)機組及水泵等設(shè)備的選型等多種因素存在問題，能耗較大，節(jié)能改造是有潛力可挖的。于是，對既有大型高層建筑中央空調(diào)工程作節(jié)能與管理改造，降低能耗就顯得十分重要。下文將對中央空調(diào)節(jié)能改造的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的論述。

1 中央空調(diào)系統(tǒng)的概述

1.1 特點分析

第一，干擾性。空調(diào)系統(tǒng)的干擾性來自于在全天或者全年的工作中內(nèi)部條件和外部條件的改變，外部條件例如太陽照射、溫度、風(fēng)、雨、雷電、雪等；投入運行的量、照明的啟和停、工作人員的變化等是內(nèi)部條件的主要內(nèi)容。第二，調(diào)節(jié)對象。空調(diào)的自控系統(tǒng)主要是用來對一些干擾因素進(jìn)行排除。由于不同的被控對象在相同的干擾作用下，被控量隨著時間發(fā)生變化的多少和過程也并不是完全一樣的?？照{(diào)自控系統(tǒng)就是用來對此類干擾因素進(jìn)行排除，控制空調(diào)房間的空氣品質(zhì)以及溫、濕度。但是，溫度和濕度的控制效果不僅來自于自控系統(tǒng)，更重要的是來自于空調(diào)的對象特性和空調(diào)系統(tǒng)的合理性。第三，溫濕度的相關(guān)性。在空調(diào)系統(tǒng)的控制中，通常主要是對空調(diào)所在房間內(nèi)溫、濕度進(jìn)行控制，而溫、濕度往往屬于相同的調(diào)節(jié)對象，這兩個量同時被調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)過程中有相互產(chǎn)生影響。要是由于一些原因，室內(nèi)溫度升高，導(dǎo)致空氣里水蒸氣的飽和分壓力產(chǎn)生變改變，在含濕量不變的基礎(chǔ)之上，就會導(dǎo)致室內(nèi)相對濕度的改變，溫度上升相對濕度就會下降，溫度下降相對濕度就會上升，在調(diào)節(jié)操作過程中，調(diào)節(jié)某一參數(shù)時，會引起另一參數(shù)的改變。第四，多種運行方式的轉(zhuǎn)換控制。工況即運行方式。在全天或全年的運行中，空調(diào)系統(tǒng)在進(jìn)行室內(nèi)外的調(diào)節(jié)工作時，是通過多種運行方式的轉(zhuǎn)換與控制來實現(xiàn)的。也就是說，空調(diào)系統(tǒng)的運行方式要隨室內(nèi)外條件的明顯改變進(jìn)行轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)，即隨環(huán)境改變而進(jìn)行工況轉(zhuǎn)換。第五，整體控制性?？照{(diào)的自動控制系統(tǒng)通常是圍繞空調(diào)房的室內(nèi)相對濕度和空氣溫度的控制，經(jīng)過工況轉(zhuǎn)換和空氣處理的每個環(huán)節(jié)密切聯(lián)系的統(tǒng)一性控制系統(tǒng)。在空調(diào)系統(tǒng)中，對空氣處理設(shè)備進(jìn)行啟用和停止要按照相關(guān)的工作準(zhǔn)則，除此之外，聯(lián)鎖控制和各個參數(shù)調(diào)節(jié)與室內(nèi)溫、濕度是密切相關(guān)的，不可單獨調(diào)節(jié)。

1.2 存在的問題

由于在中央空調(diào)系統(tǒng)使用期間，每一天的天氣狀況不一樣和使用狀況的不同，所以每天所要求的冷卻水和冷凍水的流量要求是不一樣的，如制冷量僅為其額定負(fù)荷的80%時，冷卻水流量僅需其額定流量的80%，冷凍水流量僅需其額定流量的80%。而依照建筑設(shè)計來說，選用空調(diào)系統(tǒng)都是按當(dāng)?shù)刈顭崽鞖獾淖畲笾评淞縼磉x擇機型的，而根據(jù)一年當(dāng)中空調(diào)機組運行狀況進(jìn)行分析，其中90%的運行時間處于非滿負(fù)荷運行狀態(tài)。而冷卻水泵、冷凍水泵在此90%的時間內(nèi)仍處于100%的滿負(fù)荷運行狀態(tài)。

冷卻水泵、冷凍水泵長期處于滿負(fù)荷的運行狀態(tài)，在空調(diào)機組非滿負(fù)荷運行狀態(tài)時，電機作了大量的無用功，造成了電能的大量浪費。

2 案例分析

2.1 項目概況

北京某5A級寫字樓于2003年建成并投入使用，總建筑面積為12.6萬平方米。采用集中空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)總面積達(dá)9.2萬平方米?，F(xiàn)階段寫字樓出租率在95%以上。對該大廈進(jìn)行調(diào)研后，我們對大廈的總體能耗情況有了大致了解。在大廈的整體能耗中，中央空調(diào)系統(tǒng)占能耗總量的40%、照明用電占25%、辦公用電占20%、動力用電占15%左右，大廈的總耗能支出大概是每年1265萬元。大廈主要耗能設(shè)備是中央空調(diào)系統(tǒng)，它的能耗支出大概是每年300萬左右。該大廈的中央空調(diào)制冷系統(tǒng)配有離心式制冷主機3臺，螺桿式制冷主機1臺以及90kW低區(qū)冷凍水泵5臺，37kW高區(qū)冷凍水泵3臺，55kW冷卻水泵3臺，45kW冷卻水泵1臺，11kW冷卻塔風(fēng)機7臺?，F(xiàn)采用制冷主機隨機配備的控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)控，水泵均采用星三角降壓方式啟動。

2.2 節(jié)能改造方案

在上述政策的支持下，該大廈通過建筑物節(jié)能管理系統(tǒng)，采用強弱電一體化的手段，對大廈中央空調(diào)制冷系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。

第一，系統(tǒng)原理

建筑物節(jié)能管理系統(tǒng)采用分布式構(gòu)架、模塊化設(shè)計，其核心是模糊控制器及其控制軟件。模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的計算機智能控制，是近幾年發(fā)展起來的新型控制技術(shù)，尤其適用于中央空調(diào)這樣復(fù)雜的、非線性的和時變性的系統(tǒng)控制。

系統(tǒng)以設(shè)備能效跟蹤為核心，以基礎(chǔ)能源統(tǒng)計和管理為手段，將制冷系統(tǒng)能耗設(shè)備的運行信息、能耗數(shù)據(jù)、故障信息及環(huán)境參數(shù)進(jìn)行跟蹤采集、統(tǒng)計分析，進(jìn)而運用現(xiàn)代模糊控制技術(shù)，實現(xiàn)冷凍水系統(tǒng)的模糊預(yù)期控制、冷卻水系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊優(yōu)化控制和主機系統(tǒng)的間接（或啟停）控制，實現(xiàn)空調(diào)冷媒流量跟隨負(fù)荷的變化而進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，確保整個空調(diào)系統(tǒng)始終保持高效、協(xié)調(diào)地運行，從而最大限度地降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。

模糊控制器由模糊化接口、數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫、推理機、解模糊接口等構(gòu)成。它的輸入變量都選用受控變量，能夠比較準(zhǔn)確地反映受控過程中輸出變量的動態(tài)特性。對于中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)而言，受控變量是由系統(tǒng)的供回水溫度、流量及壓差等造成的。

當(dāng)中央空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷變化造成空調(diào)主機及其水系統(tǒng)偏離最佳工作狀況時，模糊控制器根據(jù)數(shù)據(jù)采集得到各種運行參數(shù)值，如系統(tǒng)供回水溫度、供回水壓差、流量及環(huán)境溫度等。經(jīng)推理運算后輸出優(yōu)化的控制參數(shù)值，對系統(tǒng)運行參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，確保主機在任何負(fù)荷條件下都有一個優(yōu)化的運行環(huán)境，始終處于最佳運行工況，從而保持效率最高、能耗最低，實現(xiàn)主機節(jié)能10%～30%。

2.3 系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)主要由模糊控制柜、水泵智能控制柜、風(fēng)機智能控制箱、現(xiàn)場模糊控制箱、各種傳感器件以及系統(tǒng)軟件組成。

3 模糊控制器

模糊控制器包括1臺模糊控制柜和1臺現(xiàn)場模糊控制箱，模糊控制柜內(nèi)配置智能模糊控制單元1套，工業(yè)控制計算機1臺，通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換單元1套，數(shù)字量接口單元4套，保護(hù)單元1套以及系統(tǒng)軟件1套?，F(xiàn)場模糊控制箱內(nèi)配置傳感器接口單元2套，鉑電阻輸入單元2套。

模糊控制柜與現(xiàn)場用通信線纜、水泵智能控制柜、風(fēng)機智能控制箱、現(xiàn)場模糊控制箱以及原有的空調(diào)啟/?？刂乒襁B接。模糊控制器系統(tǒng)通過協(xié)議解析，可與以上各控制柜進(jìn)行通信，通過對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行全面的參數(shù)采集，實現(xiàn)對空調(diào)系統(tǒng)運行的集中監(jiān)測、控制和管理。

參考文獻(xiàn)

[1]季晨雪，鄭小倩.中央空調(diào)的節(jié)能控制優(yōu)化[J].山西電子技術(shù)，2014（05）.

[2]王忻.淺談中央空調(diào)控制特點與節(jié)能技術(shù)[J].科技風(fēng)，2014（16）.