智能建筑中央空調系統的控制

文/葛寧 江蘇金陵科技集團有限公司 江蘇南京 210008

智能建筑中央空調系統的控制

文/葛寧 江蘇金陵科技集團有限公司 江蘇南京 210008

對于智能建筑工程，中央空調系統的控制具有極其重要的作用，因而應該引起相關人員的高度重視。有關技術人員應該從節能和安全的角度出發，不斷提升技術水平，引入先進理論和實踐經驗。同時有關人員還應該注重提升公眾的能源意識，為節能型、環保型社會的建設貢獻力量。本文主要就智能建筑中央空調系統的控制進行討論。

中央空調系統；智能建筑；節能控制

在智能建筑中，空調系統的耗電量約占全部總耗電量的50%左右，其監控點數常占到全部總監控點數的50%以上。因此，對智能建筑工程中央空調系統的控制進行分析具有重要意義。

1、當前中央空調節能控制存在的問題

1.1 控制方式單一

在目前應用的中央空調系統中，控制方式基本上采用多回路的PID控制。因中央空調是一個干擾大、高度非線性的復雜系統，而且各個單回路之間的耦合強烈所以PID控制往往在動態特性上滿足不了性能要求，通常針對單個參數或工況設備的控制這就造成空調系統運行過程中節能效果不佳。

1.2 對動態負荷的考慮不夠

空調負荷是空調系統設計的基本依據它直接影響著空調設備容量的確定。現行夏季空調負荷計算方法中沒有考慮新風狀態的變化，可以看出計算所得的新風為一量值這種方法無法求得空調系統設備的動態負荷，不利于空調設備的節能運行。考慮新風狀態變化計算空調系統的動態冷負荷使空調運行時設備的出力與空調系統逐時負荷相當，這種處理方法更科學、更節能。

1.3 沒有考慮外部環境變化對空調啟停時間的影響

對于間歇運行的空調系統，在停機以后，由于外部環境的變化、圍護結構傳熱的影響，室溫會發生變化，又由于房間熱慣性的影響所以在次日開始使用之前必須進行預冷這就必須提前啟動空調系統，使房間降溫以保證開始使用時室溫處于要求范圍內。

2、中央空調系統的節能運行

2.1 新風機控制

新風的作用是為建筑物提供清潔、衛生的新鮮空氣，保障樓宇環境的健康舒適，但同時也要綜合考慮溫濕度、廢氣和粉塵等其他污染因素的影響，比如，在夏季中央空調運行過程中，白天一般空氣溫濕度大，因此主機40%的能耗用于冷卻新風。而在夜間室外氣溫達到最低點(接近或低于日間空調室溫值)，于是開啟新風機可對全樓空氣進行全新風換氣、凈化，而隨著時間推移室外氣溫回升到不利于預冷的數值時，自動停止夜間凈化運行。這一方式既可實現改善大樓內空氣的品質，又減少了預冷的能量消耗。

2.2 水系統節能

在中央空調系統中冷凍水泵和冷卻水泵的容量是按照建筑物最大設計負載選定的，一般留有余量，而在實際運行過程中由于季節、晝夜和用戶負荷的變化，實際空調負載在絕大部分時間內遠比設計負載低。而建筑物的負載變化情況決定了水泵流量和壓力變化，在實際測量中，我們發現一年中絕大部分運行時間都在低溫差、大流量情況下工作，從而增加了管路系統的能量損失，浪費了水泵運行的輸送能量，一般空調水泵的耗電量約占總空調系統耗電量的20%～30%，故節約低負載時水系統的輸送能量，具有很重要的意義。

冷凍水泵：樓宇內的冷凍水需求量是一個隨樓宇內外環境溫度、及冷負荷而變化的量。通過DDC(現場控制器)對冷凍水供回水溫度、壓差和流量的實時監測，在保證足夠冷凍水的前提下，采用變頻裝置調節水泵轉速，可以使冷凍水泵節電。

冷卻水泵：采用和冷凍水泵同樣的控制手段，通過DDC(現場控制器)自動監測冷卻水溫度和壓力，計算出冷卻水需求量，根據需求量來調節冷卻水泵轉速，可以使冷卻水泵節電。

2.3 變風量空調系統的控制

變風量空調系統的控制結構如圖1所示，其控制內容主要有送風量的自動調節、回風機的自動調節、相對濕度的自動控制、新風閥、回風閥和排風閥的比例控制以及變風量末端裝置的自動調節等。

送風量的自動調節：在變風量系統中，通常把系統送風主干管末端的風道靜壓作為變風量系統的主調節參數，根據主參數的變化來調節被調風機轉速，以穩定末端靜壓。穩定末端靜壓的目的就是要使系統末端的空調房間有足夠的風量來進行調節，風量能夠滿足末端房間對冷熱負荷的要求。系統其他部位的房間也就自然滿足要求。

圖1 變風量空調系統的控制結構

系統的調節過程為：當房間內負荷需要風量增加或減少時，管道靜壓降低(升高)，傳感器把靜壓變化量±△P檢出，反饋給DDC，經控制規律運算后控制信號輸出至變頻器，變頻器根據此信號調節風機轉速，當風量與所需負荷平衡時，靜壓恢復穩定，系統在新平衡點工作。

回風機自動調節：在變風量系統中，調節回風機風量是保證送風、回風平衡運行的重要手段。在正常工況下運行時回風機隨送風機而動，也就是送風量改變時回風量也要求改變，并且在數量上回風量小于送風量。若兩個風機功率相等，特性相同，則要求回風機轉速小于送風機轉速。在實際應用中，一般采用風道靜壓控制或風量追蹤控制兩種方式來調節回風機的轉速。

相對濕度控制：為保證空調房間內有良好的舒適性，室內的相對濕度可以通過改變送風含濕量來實現。在工程中一般采用回風管道內的相對濕度作為調節參數。根據該參數的變化調節蒸汽加濕閥的開度，以獲得穩定的系統相對濕度。

新風閥、回風閥和排風閥的比例控制：把回風溫濕度傳感器和新風溫濕度傳感器所測值送入控制器進行回風及新風焓值計算，按照新風和回風的焓值比例控制新風閥和回風閥的比例開度。

2.4 空調機組最佳啟停時間

最佳啟動控制是根據傳感器測定室外氣溫、室內氣溫判斷何時啟動空調以確保空調區域人員按規定時間進入建筑物時，室內溫度恰好達到設定值。這種方式既可以保證工作環境的舒適性要求，又可減少不必要的、過長的提前啟動時間。而最佳停機控制，則是在要保證空調區域結束使用時仍然保證舒適環境的前提下，應用慣性蓄能原理，使供熱和制冷負荷利用熱慣性持續一段時間。通過計算把這段時間作為空調停機的最佳時間。最佳啟停控制對于非連續使用的空調設備具有顯著的節能效果。

無論從控制的角度還是從節能的角度來看，中央空調系統在智能建筑中都具有重要的地位，研究中央空調系統的控制對智能建筑具有特殊意義。

[1]范仲海.中央空調水系統應用變頻調節的節能實測與分析[J].制冷-2013年5期：124.

[2]何耀東.中央空調實用技術[M].北京：冶金工業出版社-2013年2月：171-172.

[3]沈浩浩.智能建筑工人時代來臨？[J].中國房地產業.2014.3