一種空調多工況分區控制方法及節能分析

摘 要：介紹集中空調系統的多工況分區控制方式，提出一種全年運行的工藝性空調系統的八工況分區控制方法，闡述工況分區的原則及各工況區的調節方法，并與常規控制方式進行節能對比分析。

關鍵詞：集中空調系統 多工況分區 節能

中圖分類號：U3.T8131 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（a）-0055-02

空調普遍按夏季、冬季、過渡季三個工況的運行模式進行控制，因一年之中氣候變化很大，特別在全年運行的工藝性空調系統，由于一天之中溫濕度變化也很大，僅按三個工況進行控制，不能利用新風冷源且存在冷、熱抵消。采用空調多工況分區控制，能充分利用室外新風冷源并減少冷、熱抵消，達到節能運行的目的。在卷煙廠、核電站、電子廠、制藥廠等全年運行的工藝性空調系統中，由于空調運行能耗大，采用多工況分區控制具有重要意義。

空調多工況分區控制技術，是按全年氣候參數，在焓濕圖上作出氣象包絡線，劃分不同工況分區。采用PLC控制器，按不同工況區執行相應控制程序，再按照特定的控制邏輯和控制算法，對各執行部件實施開關控制或連續控制，以實現正確的分區轉換、操作順序、定時啟停、累計計時、負荷均衡，在滿足控制精度要求的條件下節能運行。

1 多工況分區的控制原理

典型的工藝性空調系統配置有混合、過濾、表冷、加熱、加濕、送風機等。按三個工況運行的空調系統，每個運行模式對應一個固定的新風比，在高溫高濕時用表冷器進行降溫除濕，再用加熱器加熱至送風點；在低溫低濕時用加熱器和加濕器進行加熱加濕；在過渡季視室外溫濕度情況進行降溫、升溫或加濕。這種控制方式不能充分利用新風冷源，且大部分時間存在冷、熱抵消。

為實現節能運行，改為多工況分區控制，新、回風閥門改為可根據不同需要隨時進行調節的比例調節閥。同時在原有新風、回風溫濕度傳感器的基礎上，再增加混合風、送風溫濕度傳感器，以及表冷器后的溫度傳感器。控制系統的原理圖如圖1。

在新風、回風、送風、混合段處，均安裝溫濕度傳感器，分別用于檢測新風、回風、送風和混合風的溫濕度，在表冷器后裝檢測露點溫度的傳感器，所有敏感元件均與控制器的輸入端連接。整個系統各種控制的實現，都通過PLC可編程控制器來完成。PLC的復數輸入端分別與室外新風（溫度tW、濕度dW、焓iW值）測量裝置、室內回風（溫度tN、濕度dN、焓iN）設定裝置、混合風（溫度tC、濕度dC、焓iC）測量裝置、送風（溫度tO、濕度dO、焓iO）設定裝置、表冷器溫度測量裝置、過濾器壓差報警裝置連接；PLC的復數輸出端分別與新風閥、回風閥、冷水閥、電加熱調功器（或蒸汽閥）、加濕器的控制器以及風機變頻器連接。PLC控制器根據新風傳感器測出的溫度tW和相對濕度ФW，計算出含濕量dW和焓iW，再與預設的多工況區域分界點tN、tO、tWX、dO、dWX、iN比較，確定工況工作區域及其運行方式。

傳感器檢測室外新風并與溫濕度設定值進行比較，通過內置的PID控制技術，判斷采用何種控制方式。當新風溫濕度適宜時，不需熱濕處理，直接調節新、回風閥的開度，使混合風達到室內溫濕度的要求；當新風溫濕度太高或太低時，關小新風閥，同時啟動表冷閥或加熱閥，對空氣進行冷卻或升溫。

2 空調多工況的分區及各分區控制說明

（1）工況分區。

空調系統的制冷和加熱形式很多，但在原理上基本相同。而加濕除了形式不同之外，在原理上還分等焓加濕和等溫加濕兩種，等溫加濕因控制精度高在工藝性空調中廣泛應用。原理不同，其分區也不同，現以加濕為等溫加濕進行分區，工況分區太多，控制復雜且沒必要，太少又不節能。綜合考慮以八工況進行分區。如圖2。

3 空調多工況分區控制節能運行分析

空調多工況分區控制，雖增加一些檢測元件造成初投資的增加，但能充分利用新風冷源并避免冷、熱抵消，能耗可大大降低。某煙廠聯合工房空調改造，采用多工況分區控制方式，空調系統的綜合能耗與改造前相比降低了37.6%，節能效果相當明顯。常規空調控制系統按三種運行模式，其中，夏季運行為制冷除濕+再熱，時間約5個月；冬季運行為加熱加濕，約4個月；過渡季運行為制冷、加熱或加濕，約3個月。多工況分區控制分八種運行模式，分區細且一天之中可能有幾種運行模式，實現最大限度的節能運行。在夏季，采用多工況分區控制方式，可推遲或減少冷凍機的開機時間，并且再熱也可大為減少，保守估算，夏季可減少20%的制冷和50%的再熱；在冬季，與常規空調運行對比，節能幅度不大；在過渡季，由于充分利用室外新風，基本可以不開冷凍機，大部分時間經調節混合風比例后送進房間即可，小部分時間僅微量加熱或加濕，過渡季節運行能耗至少降低50%。

4 結語

（1）采用多工況分區控制，能充分利用新風冷源并避免冷熱抵消。

（2）分區太多，控制復雜，太少又不節能，等溫加濕形式的空調系統以八個區為宜。

（3）多工況分區控制在卷煙廠、核電站、電子廠、制藥廠等工藝性空調系統中有明顯的節能效果。

參考文獻

[1]趙榮義.空氣調節[M].北京：中國建筑工業出版社，1994.

[2]路延魁.空氣調節設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1999.