中央空調系統節能控制策略探討

陳土貴

（廣東一也節能科技有限公司，廣東廣州510000）

中央空調系統節能控制策略探討

陳土貴

（廣東一也節能科技有限公司，廣東廣州510000）

隨著社會經濟的快速發展，能源短缺問題日益突出，而在社會總能耗中建筑能耗占據了較大的部分，對其進行節能優化十分必要。中央空調系統的節能優化是當前社會重點關注的問題，對其節能控制策略展開探討具有十分重要的現實意義和理論價值。對中央空調的工作原理進行了介紹，并結合實際案例，對中央空調系統的節能控制策略進行了詳細介紹，為類似中央空調系統節能改造提供參考。

中央空調；節能控制策略；空氣處理系統；冷卻水泵

中央空調系統作為建筑的重要組成部分，在給人們帶來舒適建筑環境的同時，也消耗了大量的能量，對中央空調系統的節能優化是建筑節能優化的重點。基于此，筆者進行了相關介紹。

1 中央空調工作原理

中央空調系統是一個極其復雜的系統，主要由2部分組成，即水系統部分和空氣處理系統部分。其中，制冷機組為中央空調系統的正常運行提供所需要的冷負荷，不僅將制造的冷量傳遞給冷凍水循環系統，且把工作過程中釋放的熱量傳遞給冷卻水循環系統，是中央空調系統中最重要的組成部分。冷卻水泵、冷凍水泵以及冷卻塔為中央空調系統提供水循環，是進行熱交換的載體。冷凍水將制冷機組制造的冷量帶到風機盤管系統中與室內空氣進行熱交換，并將室內熱量帶回到制冷機組中；冷卻水將制冷機組在工作和熱交換中產生的大量廢熱排放到室外空氣中，經過冷卻塔降溫后的冷卻水又流回制冷機組的冷凝器中進行熱交換，如此循環往復。

2 控制策略

不同的控制策略對中央空調系統總能耗的影響特別明顯，由于中央空調的系統由冷水機組、冷凍水系統、冷卻水系統、冷卻塔風機系統組成，冷水機組的控制由其自身的控制策略直接控制，但其制冷效果會受中央空調系統中水系統控制的影響。某酒店主樓高18層，輔樓高4層，擁有178余間客房。酒店中央空調系統原控制策略采用冷凍水恒壓控制，冷凍水回水壓力作為反饋值，0.558 MPa作為目標值；冷卻水出水恒溫控制，冷卻水出水溫度作為反饋值，目標值設為31℃；冷卻塔風機工頻控制。經過對系統運行狀況的評估同時考慮現場條件，節能改造采用以下的控制方式：冷凍水恒溫差控制，冷凍水進出水溫差作為反饋值，5℃做目標值；冷卻水恒溫差控制，冷卻水進出水溫差作為反饋值，目標值為5℃；冷卻塔風機采用回水溫度作為反饋值同時室外濕球溫度+冷幅作為目標值的控制。

3 系統搭建

根據優化的控制策略，進一步搭建起新的中央空調系統，其中，主要包括中央空調系統硬件和上位軟件設計，從而實現整個系統的節能。整個中央空調系統由4個模塊組成，即空調主機、冷凍水系統、冷卻水系統和冷卻塔系統。

空調主機模塊包括1臺水冷螺桿式冷水機組。1#機組名義制冷量為1 050 kW，制冷輸入功率為197 kW，COP為5.33.冷水機組主要由PLC來實現采集信號并且控制冷水機組的運行，監測制冷機的運行狀況以配合其他設備的運行。

冷凍水模塊主要由2臺冷凍水泵（1臺常開、1臺備用）、集水器、分水器、閥門組成；冷凍水泵額定功率為22 kW，備用泵為30 kW；冷凍水均采用變頻控制，變頻器是型號為ACS510的ABB變頻器。冷凍水系統是連接制冷主機與空調房間的重要部分，帶走空調末端的熱量回送到冷水機組。

冷卻水模塊主要由2臺冷凍水泵（1臺常開、1臺備用）、閥門組成；冷卻水泵額定功率為37 kW，備用的為45 kW；冷卻水均采用變頻控制，變頻器是型號為ACS510的ABB變頻器。冷卻水系統將機組的熱量吸收并送到冷卻塔降溫，最后再回送到冷水機組。

冷卻塔模塊主要由2臺風機組成，兩臺風機的額定功率分別為9 kW和11 kW，變頻器采用的是型號為ACS510的ABB變頻器。冷卻塔系統主要實現對冷卻水溫度的調節。在優化改造過程中，增加了中央控制柜、冷卻塔變頻控制柜、溫度變送器、壓力變送器、濕球溫度傳感器、電動執行器、電能表和工控機等。改造系統架構圖如圖1所示，工控機作為整個采集控制系統的核心處理器，末端的參數采集以及控制設備通過RS485轉換器和工控機進行數據傳輸。

圖1 酒店中央空調改造系統構架圖

改造后冷凍水變頻控制主要采用變頻器恒溫差控制，比之前的恒壓控制更適合于負荷變化較大的中央空調系統。目標設定溫差為5℃，通過調節變頻器的轉速來改變冷凍水的水量，使冷凍水變頻器的轉速隨著空調系統負荷的變化而變化，最終使冷凍水進出水溫差穩定在5℃左右，保證制冷量和系統的負荷相匹配，達到最佳的制冷效果和能耗。冷卻水變頻控制也類似于冷凍水的控制。

4 實驗結果及分析

為了驗證改進后的控制策略優于之前的原策略，讓某酒店中央空調在原有的控制方式和新改造的控制方式下各運行1 d，并采集系統各部分能耗。

為了讓采集的數據具有對比性，選取的酒店的人員入住率幾乎相同。除此之外，選取這2 d的外界環境參數要盡量接近，從外界環境參數可以看出，外界的條件雖有差別，但是差別非常微小；外界氣溫相差0.07%，外界濕度相差13.43%，外界失球溫度相差5.39%.

通過不同控制策略下系統總能耗對比可以看出，現控制總能耗比原有的控制策略下的能耗小很多。原控制方式當天電能量2 630.4 kW·h，現控制方式系統總能耗為2 353 kW·h，比原控制方式系統1 d多節約277.3 kW·h，總能耗節能率10.5%，空調系統運行1 d各子系統的能耗對比如表1所示。

表1 不同控制方式下各子系統的日能耗（單位：kW·h）

由表1可知，現控制方式下比原控制方式下的能耗低，節能效果明顯。其中，現場常用的機組額定功率為197 kW，對應的冷凍水泵為22 kW，冷卻水為37 kw，冷卻塔風機為9 kW，可見，冷水機組功率占總額定功率的74.3%，在部分負荷下，理論上冷水機組的能耗節能空間是比較大的。但現場由于不可直接對空調主機進行控制，想要間接地影響制冷機的制冷效率，最重要的是改變冷凍水系統的流量大小。對于冷凍水系統而言，如果當前系統負荷減小，則要保證制冷量與系統負荷相匹配，必須減小冷凍水的流量。原冷凍水變頻器控制策略是冷凍水回水恒壓控制，這樣保證了整個系統的水力平衡，不會導致系統因流量不足而出現空調主機故障，但相比于改造后的冷凍水進出水恒溫差控制策略而言，節能效果較差。冷凍水吸收了空調末端房間里的熱量，這些熱量需要冷卻水循環系統將其帶到大氣中去，當冷凍水系統的流量減小時，空調主機的制冷量下降，冷卻水系統的需要帶走的熱量就會降低。此時，冷卻水泵轉速在可以滿足整個系統穩定的條件下降低了，從而達到了節能的目的。

5 結束語

綜上所述，中央空調系統在建筑工程中的應用越來越普遍，其能耗占建筑總能耗的50%以上。因此，相關技術人員要采取有效的節能控制策略，對中央空調的控制系統進行優化改造，從而降低中央空調系統的能耗。該中央空調系統采取上述控制策略進行節能優化后，取得了良好的成效，可供類似系統改造參考。

［1］朱肖晶.水冷式中央空調節能控制系統的應用分析［J］.電力需求側管理，2015（06）.

［2］楊軼霞.基于PLC和變頻器的中央空調節能控制系統設計［J］.廊坊師范學院學報（自然科學版），2015（02）.

〔編輯：張思楠〕

TU201.5

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.15.064

2095-6835（2017）15-0064-02