摘 要：水系統(tǒng)中央空調(diào)是由熱泵、循環(huán)水泵、空調(diào)箱、風(fēng)機(jī)等通過(guò)水管和風(fēng)管拼裝組合而成的，在沒(méi)有集控系統(tǒng)的情況下，設(shè)備的運(yùn)行相對(duì)獨(dú)立，無(wú)法做到協(xié)同高效，系統(tǒng)的節(jié)能效果有限?，F(xiàn)以上影嘉興影院項(xiàng)目為例，通過(guò)對(duì)比兩種不同的控制方式，闡述了集控系統(tǒng)在水系統(tǒng)中央空調(diào)運(yùn)行中的節(jié)能作用。

關(guān)鍵詞：水系統(tǒng)中央空調(diào);風(fēng)冷熱泵模塊機(jī);集控系統(tǒng);協(xié)同運(yùn)作;節(jié)能

0 ?引言

空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)均以全負(fù)荷狀態(tài)為設(shè)計(jì)依據(jù)，但在實(shí)際使用過(guò)程中，絕大部分時(shí)間空調(diào)系統(tǒng)都是在部分負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行。在如今全球節(jié)能減排的大背景下，如何讓系統(tǒng)在部分負(fù)荷狀態(tài)下以更低的能耗運(yùn)行就顯得尤為重要。

當(dāng)前，空調(diào)主機(jī)無(wú)論是風(fēng)冷熱泵還是水冷機(jī)組在技術(shù)上都能做到無(wú)極變頻，自帶的能耗控制模塊完全可以在部分負(fù)荷狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，空調(diào)箱、風(fēng)機(jī)盤(pán)管等末端也有簡(jiǎn)易的控制程序。但水系統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)作為一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，常規(guī)都是采取多臺(tái)熱泵、多臺(tái)循環(huán)水泵組合工作的模式，此時(shí)僅僅依靠設(shè)備自帶的控制程序遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到節(jié)能運(yùn)行的要求，故系統(tǒng)中多臺(tái)設(shè)備間的協(xié)同運(yùn)作尤為關(guān)鍵，例如，主機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)及每臺(tái)設(shè)備負(fù)載率之間的協(xié)調(diào)控制;循環(huán)水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)及頻率的協(xié)調(diào)控制;不同室內(nèi)負(fù)荷要求下系統(tǒng)水流量及供回水溫度的協(xié)調(diào)控制等都與系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行密切相關(guān)。

所以，要解決這些問(wèn)題就必須要有一個(gè)集中控制程序來(lái)協(xié)調(diào)控制這些設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行整體優(yōu)化，達(dá)到降低綜合能耗的目的。本文以上影嘉興影院項(xiàng)目為例，探究空調(diào)集中控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)集控系統(tǒng)）在空調(diào)運(yùn)行中的節(jié)能作用。

1 ?工程實(shí)例介紹

上影嘉興影院位于嘉興八佰伴購(gòu)物中心內(nèi)，整個(gè)項(xiàng)目面積約3 850 m2，其中包括8個(gè)影廳、1個(gè)購(gòu)票大廳、設(shè)備用房等。影院空間均采用組合式空調(diào)箱，配變頻風(fēng)機(jī)且新風(fēng)比可調(diào)。冷熱源為8臺(tái)風(fēng)冷熱泵模塊機(jī)，每臺(tái)設(shè)備均配有電動(dòng)蝶閥（開(kāi)關(guān)型）與設(shè)備聯(lián)動(dòng)，當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)可關(guān)閉模塊設(shè)備并切斷水系統(tǒng)。與此同時(shí)，系統(tǒng)配置了4臺(tái)冷熱水變頻循環(huán)泵，互為備用。整個(gè)系統(tǒng)配置一套集控系統(tǒng)完成日常的運(yùn)行、監(jiān)控、記錄等操作。

1.1 ?風(fēng)系統(tǒng)

空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

本次風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所采用的節(jié)能方法為變頻風(fēng)機(jī)和可變新風(fēng)比[1]的組合，這也是目前常用的節(jié)能方式?？勺冃嘛L(fēng)比有兩個(gè)作用：其一，每套空調(diào)箱的服務(wù)區(qū)域均設(shè)置CO2濃度探測(cè)器，新風(fēng)量可以根據(jù)房間內(nèi)CO2的濃度來(lái)控制，在滿足室內(nèi)衛(wèi)生要求的同時(shí)又兼顧了節(jié)能運(yùn)行的要求;其二，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)室外溫濕度的狀態(tài)自行選擇合適的新風(fēng)量，當(dāng)室外焓值低于室內(nèi)設(shè)計(jì)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先調(diào)節(jié)至最大新風(fēng)量運(yùn)行，以減小空調(diào)主機(jī)的負(fù)荷。

需要注意的是，當(dāng)室外空氣質(zhì)量不好的情況下，新風(fēng)比不宜過(guò)大，現(xiàn)在空調(diào)系統(tǒng)普遍安裝了PM2.5過(guò)濾網(wǎng)，大量的室外臟空氣會(huì)造成濾網(wǎng)提前失效，從而增加運(yùn)行成本。另外，當(dāng)室內(nèi)外焓差不是很大時(shí)，原本空調(diào)箱50%的送風(fēng)量已經(jīng)能滿足室內(nèi)冷負(fù)荷要求，如果選擇加大新風(fēng)量的話，總送風(fēng)量則可能也需要加大。此時(shí)空調(diào)箱的能耗是上升的，如果這個(gè)上升的能耗大于空調(diào)主機(jī)所節(jié)省的能耗，那反而是增加了整個(gè)系統(tǒng)的能耗，這種情況也是系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)該避免出現(xiàn)的。

1.2 ?水系統(tǒng)

空調(diào)水系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

由于安裝空間的限制，本次設(shè)計(jì)選擇了風(fēng)冷模塊機(jī)。雖然這些設(shè)備較為靈活，但它的能量控制只有5擋（停機(jī);25%負(fù)載率;50%負(fù)載率;75%負(fù)載率 ;全載），還不能做到無(wú)極變頻。該系統(tǒng)一共配置了8臺(tái)模塊機(jī)，并配備了電動(dòng)蝶閥，使得每臺(tái)設(shè)備都可以單獨(dú)運(yùn)行。4臺(tái)變頻循環(huán)泵可以匹配主機(jī)的各種水量要求。對(duì)水系統(tǒng)的控制相對(duì)比較簡(jiǎn)單，集控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)供回水溫度及流量的監(jiān)測(cè)，控制水泵的啟動(dòng)臺(tái)數(shù)、頻率及熱泵主機(jī)的啟動(dòng)臺(tái)數(shù)、能級(jí)。另外，系統(tǒng)還會(huì)監(jiān)測(cè)空調(diào)箱的比例積分調(diào)節(jié)水閥的開(kāi)度。當(dāng)檢測(cè)到閥門(mén)開(kāi)度過(guò)小時(shí)，在滿足送風(fēng)溫度的條件下，系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)節(jié)熱泵出水溫度，以提高熱泵效率，并且防止系統(tǒng)由于水流量過(guò)小而產(chǎn)生的水力失調(diào)的情況。

此外，根據(jù)所選設(shè)備的參數(shù)，在集控系統(tǒng)中寫(xiě)入相應(yīng)的控制程序，可進(jìn)一步降低系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。以本工程為例，從熱泵各能級(jí)能耗表（表1）可以看出，本次所選的風(fēng)冷模塊機(jī)在50%負(fù)載率時(shí)效率是最高的。換而言之，就是2臺(tái)風(fēng)冷模塊機(jī)全載運(yùn)行的能耗比4臺(tái)50%負(fù)載率運(yùn)行的能耗高，那么控制程序就應(yīng)該讓空調(diào)主機(jī)優(yōu)先運(yùn)行在50%的負(fù)載率下。同樣根據(jù)變頻水泵綜合效率曲線圖（圖3），設(shè)備效率隨著負(fù)載的降低而降低，所以，控制程序應(yīng)該讓變頻泵優(yōu)先運(yùn)行在高負(fù)載下。另外，在負(fù)荷非常小的情況下，應(yīng)該讓8臺(tái)熱泵主機(jī)輪流啟動(dòng)運(yùn)行，以避免單臺(tái)設(shè)備因過(guò)于頻繁啟動(dòng)而出現(xiàn)故障。

2 ?能耗對(duì)比

主要設(shè)備裝機(jī)容量如表2所示。

空調(diào)的運(yùn)行分為全負(fù)荷和部分負(fù)荷，全負(fù)荷運(yùn)行不在本次討論范圍內(nèi)，本次就空調(diào)系統(tǒng)在制冷季12.5%、25%、50%、75%四種負(fù)荷狀態(tài)下分別對(duì)無(wú)集控和有集控系統(tǒng)運(yùn)行能耗進(jìn)行對(duì)比分析。這里需要說(shuō)明，對(duì)比數(shù)據(jù)是根據(jù)設(shè)備參數(shù)及運(yùn)行性能模擬得出的，并非實(shí)測(cè)值。

不同負(fù)荷狀態(tài)的參數(shù)如表3所示。

2.1 ?無(wú)集控系統(tǒng)

一般而言，在無(wú)集控系統(tǒng)的情況下，主機(jī)和水泵的開(kāi)啟都是由物業(yè)管理人員來(lái)完成的，且通常也不會(huì)配置變頻水泵，物業(yè)管理人員會(huì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇開(kāi)啟設(shè)備的臺(tái)數(shù)。假設(shè)物業(yè)管理人員經(jīng)驗(yàn)非常豐富，他能很準(zhǔn)確地判斷當(dāng)前的負(fù)荷狀態(tài)，當(dāng)負(fù)荷為75%時(shí)，開(kāi)啟6臺(tái)主機(jī)和3臺(tái)水泵;當(dāng)負(fù)荷為50%時(shí)，開(kāi)啟4臺(tái)設(shè)備和2臺(tái)水泵;當(dāng)負(fù)荷為25%時(shí)，開(kāi)啟2臺(tái)主機(jī)和1臺(tái)水泵;當(dāng)負(fù)荷為12.5%時(shí)，開(kāi)啟1臺(tái)設(shè)備及1臺(tái)水泵。

另外，在無(wú)集控系統(tǒng)時(shí)，空調(diào)箱一般不會(huì)配置變頻風(fēng)機(jī)，而新風(fēng)量必然是固定的，所以無(wú)論在哪種負(fù)荷狀態(tài)下，空調(diào)箱的送（回）風(fēng)機(jī)都會(huì)以最大功率運(yùn)行，設(shè)備只是通過(guò)室內(nèi)的溫度傳感器來(lái)控制空調(diào)箱的供水量，以達(dá)到室內(nèi)溫度要求。

無(wú)集控系統(tǒng)時(shí)部分負(fù)荷運(yùn)行能耗匯總表如表4所示。

2.2 ?有集控系統(tǒng)

所有設(shè)備會(huì)根據(jù)集控系統(tǒng)的設(shè)定協(xié)同運(yùn)行。當(dāng)部分負(fù)荷狀態(tài)下，再不是簡(jiǎn)單地選擇開(kāi)啟幾臺(tái)熱泵設(shè)備了，集控系統(tǒng)會(huì)對(duì)比不同能級(jí)下的組合來(lái)選取效率最高的運(yùn)行方式。

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)如表5所示。

上文所述，當(dāng)室外空氣焓值低于室內(nèi)設(shè)計(jì)值時(shí)，以最大新風(fēng)量模式運(yùn)行相對(duì)是比較節(jié)能的。在本次對(duì)比中，負(fù)荷率12.5%所對(duì)應(yīng)的室外焓值低于室內(nèi)設(shè)計(jì)值，經(jīng)計(jì)算[3]，10 000 m3/h的新風(fēng)量即可滿足冷負(fù)荷要求，所以此時(shí)熱泵和循環(huán)水泵均可停止運(yùn)行。另外，為了保證室內(nèi)空氣有效流動(dòng)，空調(diào)箱送風(fēng)量不小于總送風(fēng)量的50%。

有集控系統(tǒng)時(shí)部分負(fù)荷運(yùn)行能耗匯總表如表6所示。

2.3 ?能耗對(duì)比

能耗對(duì)比匯總表如表7所示。

將兩組數(shù)據(jù)對(duì)比后可以看出，在部分負(fù)荷下，負(fù)荷率越低，采用集中控制系統(tǒng)的節(jié)能效果越明顯，最高節(jié)能率達(dá)到了49%，持續(xù)運(yùn)行下可節(jié)約巨大的運(yùn)行費(fèi)用。

3 ?結(jié)語(yǔ)

風(fēng)冷熱泵、空調(diào)箱等設(shè)備為了滿足使用要求都會(huì)配置獨(dú)立的自控系統(tǒng)，但整體不是簡(jiǎn)單的局部之和。一個(gè)節(jié)能的空調(diào)集中控制系統(tǒng)是需要整個(gè)系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)作的，不僅要讓系統(tǒng)中所有的設(shè)備運(yùn)行在高效率區(qū)段，還要讓整個(gè)系統(tǒng)的綜合能耗降至最低。可喜的是，電子產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展使得控制元件不再是高不可攀的高科技產(chǎn)品，集控系統(tǒng)的價(jià)格有了大幅下降，功能相比之前有了較大提升，暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制水平也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 陸亞俊，馬最良，鄒平華.暖通空調(diào)[M].2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[2] HDY-SMAD空調(diào)負(fù)荷計(jì)算及分析軟件 V4.0.249[Z].

[3] 建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)督與行業(yè)發(fā)展司，中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究所.全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施：暖通空調(diào)·動(dòng)力[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.

收稿日期：2020-03-18

作者簡(jiǎn)介：張兆劼（1981—），男，上海人，工程師，研究方向：工程設(shè)計(jì)。