Delta controls在空調(diào)系統(tǒng)控制中的節(jié)能措施(最終)

1、.空調(diào)系統(tǒng)控制中的節(jié)能措施加拿大Delta北京代表處王 巍【摘要】本文介紹了樓宇自控產(chǎn)品專業(yè)制造商Delta controls總結(jié)多年能源管理及咨詢方面的經(jīng)驗(yàn)和施工、調(diào)試過程中遇到的一些問題而得的，一套暖通空調(diào)系統(tǒng)控制中的行之有效的節(jié)能措施，對冷熱源系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)及VAV系統(tǒng)的節(jié)能控制進(jìn)行了詳細(xì)的論述?！娟P(guān)鍵詞】空調(diào)控制 經(jīng)驗(yàn) 節(jié)能措施隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，商用建筑（寫字樓、賓館、飯店、大中型商場等）大量興建，而這些采用中央空調(diào)的商用建筑普遍存在著高能耗的問題；這將會導(dǎo)致能源供應(yīng)緊張的局面加劇，給經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展帶來不利影響。在采用中央空調(diào)的建筑中，中央空調(diào)能耗一般要占去整個建筑總能耗的50左

2、右，在商場和綜合大樓中，這一數(shù)字更可能高達(dá)60以上。因此，節(jié)約商業(yè)建筑空調(diào)能耗是刻不容緩的?？照{(diào)系統(tǒng)的能耗主要由兩部分構(gòu)成，一是為了供給空氣處理設(shè)備所需冷量和熱量而產(chǎn)生的冷熱源能耗，如壓縮式制冷機(jī)的電耗，吸收式制冷機(jī)的蒸汽或燃?xì)庀?，鍋爐的燃煤、燃油、燃?xì)饣螂娔芟牡?；一是風(fēng)機(jī)和水泵為房間送風(fēng)和輸送空調(diào)循環(huán)水時(shí)消耗的電能。通過樓宇自動化系統(tǒng)（BAS）實(shí)現(xiàn)對空調(diào)末端設(shè)備的節(jié)能自動控制當(dāng)空調(diào)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，采集相關(guān)參數(shù)值并代入運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果改變冷水機(jī)組工作狀態(tài)、冷凍（溫）水和冷卻水流量以及冷卻塔風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，確保冷水機(jī)組始終工作在效率最佳狀態(tài)，使主機(jī)始終處于高轉(zhuǎn)換效率的最佳運(yùn)行工況，可以達(dá)到節(jié)能

3、的目的。另外，通過BAS對中央空調(diào)系統(tǒng)末端的新風(fēng)機(jī)、空調(diào)機(jī)乃至風(fēng)機(jī)盤管等裝置進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視并進(jìn)行“精細(xì)化”控制，也就是利用DDC（直接數(shù)字控制器）對檢測的相關(guān)量值進(jìn)行PID（比例、積分、微分）運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對上述設(shè)備的PID控制，也可收到一定的節(jié)能效果，同時(shí)創(chuàng)造舒適的環(huán)境。本文將介紹Delta controls根據(jù)多年建筑節(jié)能及能源管理的施工、調(diào)試的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的一套行之有效的空調(diào)系統(tǒng)控制中的節(jié)能措施，為建筑節(jié)能乃至全社會的可持續(xù)發(fā)展提供助力。1 供回水溫差控制令冷水系統(tǒng)或熱水系統(tǒng)保持供回水處于大溫差（避免溫差過小）狀態(tài)是一項(xiàng)具備明顯經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢的節(jié)能措施。中央站（冷水機(jī)組、鍋爐或板換）冷水或熱水的供應(yīng)流

4、量會因空調(diào)末端負(fù)荷大小的變化而變化，空調(diào)末端負(fù)荷大小的變化受溫差（室外溫度與空調(diào)送風(fēng)溫度）的影響較為明顯。定流量空調(diào)系統(tǒng)中該“因變而變”的現(xiàn)象且較為顯著。事實(shí)上，為了適應(yīng)末端流量變化的需求，往往出現(xiàn)冷水或熱水會一如既往的經(jīng)供水管道、風(fēng)機(jī)盤管、回水管道流走。但是，大部分時(shí)候，這些冷水或熱水是過量的，也就是說，中央站（冷水機(jī)組、鍋爐或板換）并沒有進(jìn)行應(yīng)有的減小流量方面的調(diào)節(jié)。這樣的話，定流量空調(diào)系統(tǒng)中，中央站（冷水機(jī)組、鍋爐或板換）缺少應(yīng)有的節(jié)能措施，從而難以制造相應(yīng)的節(jié)能效益。變流量空調(diào)系統(tǒng)正是為了解決上述中，定流量系統(tǒng)難以根據(jù)末端負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)流量而造成的能源浪費(fèi)，這一問題而被設(shè)計(jì)出來并得到應(yīng)

5、用的，但是現(xiàn)在已經(jīng)有針對該問題進(jìn)行有效解決的設(shè)備和設(shè)計(jì)方案。（1）去除空調(diào)水的供回水旁通支路設(shè)計(jì)在當(dāng)下這個網(wǎng)絡(luò)數(shù)字DDC控制和VFD控制盛行的時(shí)代，當(dāng)今的冷水機(jī)組和熱水鍋爐已具備視負(fù)荷大小進(jìn)行功率調(diào)整的能力，空調(diào)水系統(tǒng)無需考慮旁通設(shè)計(jì)。如設(shè)備選擇合理，完全可以消除供水系統(tǒng)和回水系統(tǒng)混合的現(xiàn)象，保證所有的空調(diào)供水在任何時(shí)間只進(jìn)入負(fù)載設(shè)備。（2）水泵分組去除供回水旁通支路并不意味著只需一組冷凍水泵即可完成工作。在大型的供水系統(tǒng)中采用一次泵/提升泵成組設(shè)計(jì)將會使系統(tǒng)非常高效，并且可以大幅降低備份系統(tǒng)建設(shè)的實(shí)施成本；同時(shí)，現(xiàn)代化的基于網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)將使泵組的運(yùn)行得到有效的控制。（3）對每個負(fù)載進(jìn)行溫差

6、監(jiān)測一旦空調(diào)分水支路或三通閥門已經(jīng)安裝，造成低溫差問題的唯一源頭就只能是HVAC末端冷凍水的供水直接流進(jìn)回水。要解決這一問題，需在空調(diào)設(shè)備的回水管路安裝溫度傳感器，并使用回水溫度做為閥門控制的條件參數(shù)；如果回水溫度接近設(shè)定值，即對閥門的開度加以限制。如此不但可有效解決低溫差的問題，同時(shí)還對提高設(shè)計(jì)人員閥門規(guī)格選擇的靈活性有所幫助。2 AHU節(jié)能控制節(jié)能控制的關(guān)鍵問題是能否“使用室外新風(fēng)來實(shí)施無功耗制冷”。在實(shí)現(xiàn)“使用室外新風(fēng)來實(shí)施無功耗制冷”的過程中，兩個應(yīng)用較多的技術(shù)是干球溫度切換和焓值控制。其中干球溫度切換是指以室外干球溫度為上限，根據(jù)氣候條件在2326之間調(diào)節(jié)溫度設(shè)定點(diǎn)。該技術(shù)使用簡單，

7、故障排查容易，僅需要一個室外溫度傳感器即可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。但是，僅依靠一個室外溫度傳感器可能會因工作條件的影響（如陽光直射影響）而無法滿足應(yīng)用的需要。安裝多點(diǎn)位的室外溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，通過取平均值或最小值的方式進(jìn)行處理是可行的方法；同時(shí)，多傳感器的安裝使用也可以提升信號的可靠性。此外，在系統(tǒng)中引入GCL+（編程語言）可實(shí)現(xiàn)在計(jì)算前檢測傳感器是否處于故障狀態(tài)，從而在事前確定是否將其檢測結(jié)果納入計(jì)算過程。以上顯著的技術(shù)優(yōu)勢決定了干球溫度切換可以適用于大型建筑群的系統(tǒng)。然而，盡管干球溫度切換實(shí)施成本低廉，但它的工作特點(diǎn)決定了它不適用于高濕度的氣候區(qū)域。在這些區(qū)域，應(yīng)采用焓值切換作為比較室外新風(fēng)和室內(nèi)

8、回風(fēng)的全熱量（焓值），選擇熱量低的風(fēng)源為主要風(fēng)源的處理方式。在大型系統(tǒng)或變回風(fēng)（熱負(fù)荷變化明顯）的空調(diào)系統(tǒng)中，可以采用監(jiān)測空氣焓值，根據(jù)監(jiān)測值控制節(jié)能動作的技術(shù)手段；在較小型的系統(tǒng)或回風(fēng)濕度沒有明顯變化的系統(tǒng)中，可以根據(jù)空氣焓值的監(jiān)測值來進(jìn)行焓值的穩(wěn)定性控制；在很多節(jié)能裝置中，常進(jìn)行風(fēng)量控制用來保證所需的室外新風(fēng)量。風(fēng)量的測量的方式方法是多種多樣的，而控制實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)都是類似的：在保證最小新風(fēng)的前提下，實(shí)現(xiàn)溫度的舒適性控制。滿足風(fēng)量需求的前提下的干球溫度切換的控制流程（空氣側(cè)）如下： 在送風(fēng)風(fēng)機(jī)關(guān)機(jī)/預(yù)熱（冷）時(shí)段、夜間低溫保護(hù)或手動強(qiáng)制模式下，保證新風(fēng)風(fēng)門全關(guān)； 對新風(fēng)風(fēng)門、回風(fēng)風(fēng)門、排風(fēng)風(fēng)門

9、的開度進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，維持混風(fēng)溫度處于溫度設(shè)定點(diǎn)； 在制冷模式下設(shè)置混風(fēng)溫度為較排風(fēng)設(shè)定溫度低1.2，在制熱模式下設(shè)置混風(fēng)溫度等于排風(fēng)設(shè)定溫度； 當(dāng)室外新風(fēng)溫度高于溫度上限值（初始值為24，可調(diào)整）時(shí)，在CO2條件控制下保證室外新風(fēng)量最小； 回風(fēng)風(fēng)閥開度由送風(fēng)靜壓控制時(shí)，調(diào)節(jié)新風(fēng)風(fēng)閥維持混風(fēng)溫度處于設(shè)定點(diǎn)。其中的兩個技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)是建筑室內(nèi)靜壓控制（忽略新風(fēng)風(fēng)門開度的影響，模擬調(diào)節(jié)混風(fēng)風(fēng)門開度）和根據(jù)排風(fēng)溫度調(diào)整混風(fēng)溫度設(shè)定點(diǎn)（在不同的現(xiàn)場模式下采用不同的溫度補(bǔ)償量）。3 夜間換風(fēng)（無功耗或微功耗）制冷夜間換風(fēng)被用于建筑使用前的預(yù)冷，要求室外新風(fēng)閥和排風(fēng)閥全部打開，回風(fēng)閥完全關(guān)閉。如果需要進(jìn)行氣流

10、跟蹤監(jiān)測，則要保證送風(fēng)風(fēng)量不大于回風(fēng)機(jī)風(fēng)量，將建筑靜壓設(shè)定點(diǎn)設(shè)為零。VAV BOX的流量至少應(yīng)該設(shè)為最大風(fēng)量的50%；如果能維持有足夠的風(fēng)量分配給所有的VAV BOX，那么每個VAV BOX都應(yīng)該以最大風(fēng)量運(yùn)行這將顯著減少對風(fēng)機(jī)功率的需求，并停止風(fēng)道靜壓重新設(shè)定，保證風(fēng)機(jī)能夠維持低速運(yùn)行。夜間換風(fēng)特別適合于對建筑外區(qū)的預(yù)冷，也適用于建筑內(nèi)區(qū)。如果某些個別區(qū)域的換風(fēng)效果已經(jīng)超過設(shè)定的要求，這些區(qū)域的風(fēng)機(jī)應(yīng)該恢復(fù)到閑置狀態(tài)（關(guān)閉），以防出現(xiàn)過冷的情況。而在進(jìn)行區(qū)域換氣時(shí)，再熱設(shè)備必須處于鎖定停止?fàn)顟B(tài)。在滿足以下條件時(shí)，可激活換風(fēng)模式： 室外空氣的干球溫度至少低于外區(qū)平均空間溫度10； 外區(qū)的平均空

11、間溫度高于占用狀態(tài)冷卻設(shè)定點(diǎn)5； 在建筑被占用之前6個小時(shí)以內(nèi)。實(shí)施夜間換風(fēng)能節(jié)約多少能源呢？這取決于進(jìn)行夜間換風(fēng)當(dāng)時(shí)的氣候條件（自然冷卻的時(shí)間越長，耗能越少）、公共設(shè)施耗能（如果按需供電，能節(jié)省得更多）和內(nèi)部負(fù)荷需求。但是，采用夜間換風(fēng)控制策略的附加費(fèi)用幾乎可以忽略不計(jì)，因?yàn)樗械挠布O(shè)備很可能早就存在了?？梢岳泌厔莘治龊屠塾?jì)法，對夜間換風(fēng)時(shí)段的風(fēng)機(jī)能量消耗及預(yù)估的冷卻節(jié)能效果進(jìn)行跟蹤。此外，夜間換風(fēng)也對保證室內(nèi)空氣質(zhì)量滿足要求有所幫助。通過換風(fēng)能夠清除建筑內(nèi)的臭氣、煙和其他空氣污染物。4 空調(diào)冷/熱水供水溫度再設(shè)定重新設(shè)定加熱水和制冷水的溫度設(shè)定點(diǎn)以滿足系統(tǒng)負(fù)荷要求是自氣動控制時(shí)代就有的

12、一種控制策略；然而與氣動控制系統(tǒng)不同，DDC系統(tǒng)可以用精確的區(qū)域負(fù)荷驅(qū)動技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對設(shè)定點(diǎn)的重新設(shè)定。采用根據(jù)加熱閥的開度對熱水供水溫度進(jìn)行再設(shè)定的控制方法，可保證系統(tǒng)只在有加熱需求時(shí)執(zhí)行開閥命令（以供水溫度為依據(jù)）。冷凍水供水溫度再設(shè)定也可采用同樣的方法，即只在有制冷需求時(shí)，調(diào)節(jié)冷凍水閥開度，再根據(jù)冷凍水閥的開度來進(jìn)行對冷凍水供應(yīng)溫度的再設(shè)定。為什么要重新設(shè)定供水溫度呢？因?yàn)檫@樣做可以減少傳輸和待命損耗，允許閥門工作在接近于其“最佳狀態(tài)”的位置上。對于冷凍水系統(tǒng)，冷凍水供水溫度每提高1，冷機(jī)效率就能夠提高大約1%。例如：當(dāng)項(xiàng)目中投運(yùn)的HVAC末端設(shè)備足夠少、空調(diào)負(fù)荷足夠小時(shí)，勢必導(dǎo)致HVAC

13、空調(diào)末端總體冷/熱水能量需求偏小，造成空調(diào)的水閥開度過小，直接造成冷/熱水流量偏小，甚至低于一臺水泵最低頻率下的流量。如果，這個流量依然大于需求流量，那么，會造成過量的冷/熱水經(jīng)供水管、盤管流回回水管的現(xiàn)象。這時(shí)，空調(diào)冷/熱水供水溫度再設(shè)定就變得十分必要了。而在這種情況下，如果冷熱媒的供水溫度可調(diào)節(jié)比如，在夏季，將其自7提升至9，就會得到一個可喜的效果小能量、大流量，最大程度地避免了小流量現(xiàn)象引起的直流現(xiàn)象。因此，BMS（Building Manage System）必須具備設(shè)定冷凍水或空調(diào)熱水供水溫度的功能。BMS可以通過以下方法實(shí)現(xiàn)空調(diào)冷/熱水供水溫度的再設(shè)定：1) VAV BOX根據(jù)末端

14、風(fēng)閥閥位狀態(tài)計(jì)算出所需的最佳冷卻量，從而將VAV風(fēng)扇速率、風(fēng)道靜壓設(shè)得盡可能低。2) 在不會導(dǎo)致區(qū)域過分加熱的前提下，將VAV送風(fēng)溫度設(shè)定得盡可能低曲線降低，直到至少一個區(qū)域（區(qū)域數(shù)可調(diào)整）要求充分加熱。引入閥門執(zhí)行器（尤其是三態(tài)閥）的開度反饋、實(shí)施加熱指令（模擬控制閥）控制是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的兩種方式。當(dāng)可使用自然冷卻時(shí)，將送風(fēng)溫度再設(shè)定到可能的最低值。3) 在滿足冷凍水散熱最大需求的前提下，將冷凍泵壓差、泵速設(shè)的盡可能低曲線降低直到至少一個閥門處于全開狀態(tài)（最多不能超過可調(diào)整的設(shè)定數(shù)量）。4) 在保證最多只有不超過一個冷凍水閥門全開的前提下，將冷凍水供水溫度設(shè)定得盡可能高。5) 在滿足換熱器最

15、大換熱需求的前提下，將熱水泵壓差、泵速設(shè)定得盡可能低曲線降低直到至少一個閥門處于全開狀態(tài)。6) 在保證最多只有不超過一個調(diào)節(jié)閥全開的前提下，將熱水供水溫度設(shè)定得盡可能低。以上列出的所有再設(shè)定都要基于以下兩個原則： 泵和風(fēng)扇的運(yùn)行速率最小化（通常約為額定功率的20%）； 冷凍水和熱水流量需求在保證冷機(jī)、鍋爐正常工作的前提下最小化。這樣做的目的是減少總的能源消耗。對關(guān)鍵部分的能源消耗進(jìn)行監(jiān)測和趨勢分析可以給控制策略的調(diào)整提供很好的支持。監(jiān)測設(shè)備的輸出功率是一個有效途徑。根據(jù)冷機(jī)提供的功率監(jiān)測值，再加上對鍋爐功率的檢測，可以實(shí)現(xiàn)對能源系統(tǒng)完整的監(jiān)測。5 變靜壓控制在VAV空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制中，一

16、般根據(jù)風(fēng)道最不利端或風(fēng)道長度2/3處的靜壓值進(jìn)行風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。VAV BOX的空氣流量需求通過風(fēng)道靜壓設(shè)定點(diǎn)的再調(diào)整來保證得到滿足。變靜壓控制的工作機(jī)理是保證大多數(shù)VAV BOX處于理想工作狀態(tài)（風(fēng)閥沒有全開），通過降低風(fēng)道靜壓的方式，在不影響舒適度同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。Delta controls的控制手段是每5分鐘監(jiān)測一次是否有不少于85%的末端設(shè)備處于全開狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對風(fēng)道靜壓的工作設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行加減調(diào)整。更為精細(xì)的處理手段是簡化空調(diào)分區(qū)，監(jiān)測風(fēng)閥的平均開度。風(fēng)道靜壓控制并不是唯一的控制手段，我們可以利用末端需求的反饋直接控制VFD的頻率輸出，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。此時(shí)，可將風(fēng)道靜壓作為上限值來執(zhí)行

17、預(yù)熱、夜間換風(fēng)、低溫保護(hù)，優(yōu)化控制效果。據(jù)粗略計(jì)算，2倍的風(fēng)速需求需要8倍的電耗來實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)了VAV系統(tǒng)風(fēng)機(jī)功率的有效控制，可以大幅減少系統(tǒng)的能源消耗。同時(shí)，進(jìn)行送風(fēng)溫度的再設(shè)定也可以最大限度地減少風(fēng)量需求，降低送風(fēng)機(jī)送風(fēng)頻率。對風(fēng)機(jī)電耗和再加熱電耗數(shù)據(jù)的趨勢記錄，可以為操作人員提供排風(fēng)溫度設(shè)定調(diào)試的參考依據(jù)。很顯然，較低的排風(fēng)溫度更有利于提升盤管的冷卻效果。在潮濕的環(huán)境下，排風(fēng)溫度還受到除濕作用的影響；因此數(shù)據(jù)的記錄顯得尤為重要以此為依據(jù)，可使得控制措施的節(jié)能目標(biāo)得到有效實(shí)現(xiàn)。6 變流量泵的控制對于HVAC變速泵的控制，Delta controls一般采取如下的控制方法： 用壓差變送器對變速

18、泵進(jìn)行控制（不直接用閥位置反饋?zhàn)鳛榭刂泣c(diǎn)）； 在正向回水系統(tǒng)中，將壓差傳感器放置在最遠(yuǎn)端；在逆向回水系統(tǒng)中，將壓差變速器在最近段和最遠(yuǎn)端各放置一個； 根據(jù)閥位置反饋對壓差設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行重新設(shè)定，以實(shí)現(xiàn)能源消耗最小化； 控制水泵的PID循環(huán)速度很快，建議每秒掃描2次，因此應(yīng)保證壓差傳感器輸入點(diǎn)和驅(qū)動設(shè)備的模擬輸出點(diǎn)在同一個控制器上（數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送的速度不夠快）； 保證壓差傳感器的精度足夠高，最好達(dá)到±12inH2O（英寸水柱）或±0.4psig（磅/平方英寸）； 保證安裝在遠(yuǎn)端管道上的壓差傳感器有足夠高的壓力等級，以便承受水擊的沖擊（建議選用能承受2000psig的壓差傳感器）。7 VAV BOX的高級控制（1）風(fēng)道靜壓監(jiān)測和控制監(jiān)測風(fēng)道支管最不利端的靜壓力，控制器根據(jù)壓力需求調(diào)整送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來將靜壓力維持在設(shè)定點(diǎn)附近。以排氣段（在所有防火閥前面）的靜壓作為安全控制監(jiān)測值，當(dāng)其達(dá)到高限值時(shí)關(guān)閉風(fēng)機(jī)系統(tǒng)（VFD采用電氣連鎖實(shí)現(xiàn)安全關(guān)斷）。監(jiān)測高壓開關(guān)并設(shè)置報(bào)警提示功能，在高壓報(bào)警復(fù)位前風(fēng)機(jī)不自動啟動。風(fēng)道靜壓設(shè)定點(diǎn)應(yīng)該根據(jù)VAV BOX服務(wù)區(qū)域的風(fēng)量需求每5分鐘（時(shí)間可調(diào)整）重新設(shè)定一次：復(fù)位靜壓以保證最多15%的區(qū)域VAV BOX閥處于全開狀態(tài)；逐漸增大設(shè)定值以保證這些區(qū)域的VAV BOX風(fēng)閥全開，保證傳輸?shù)钠骄L(fēng)量至少達(dá)到那些區(qū)域