中央空調(diào)節(jié)能方案

s:l:11n:!:;un;;.昌clELr-.tsHUUHflun三戶三三口:'=;i;HHHHaHS二--二二mm-Documentnumber：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998中央空調(diào)節(jié)能方案 在建筑能耗中，中央空調(diào)能耗一般占到了40%——60%的比例，因此如何有效降低空調(diào)能耗就成為建筑節(jié)能的重中之重。 中央空調(diào)的節(jié)能可通過以下兩種方法進(jìn)行： （1）管理節(jié)能：在保障建筑物舒適的前提下，通過對行為的約束管理或通過調(diào)整設(shè)備的不合理運(yùn)行狀態(tài)來達(dá)到節(jié)能的目的。 （2）技術(shù)節(jié)能：技術(shù)節(jié)能是通過先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，通過對建筑物內(nèi)用能設(shè)備的改進(jìn)來達(dá)到節(jié)能的目的，技術(shù)節(jié)能有兩種方法，一種是提高用能設(shè)備的效率，另一種是通過技術(shù)手段設(shè)備的調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，從而避免不必要的能源浪費(fèi)。 總之，要想真正是實現(xiàn)建筑物的節(jié)能不僅要利用技術(shù)有段進(jìn)行節(jié)能改造，而且還必須配合有效的管理節(jié)能手段，只有兩者有效的配合才能達(dá)到節(jié)能的最大化。一、管理節(jié)能 目前我國建筑內(nèi)的中央空調(diào)系統(tǒng)大部分設(shè)計都趨于保守，存在配置過大，管理不便的現(xiàn)象，空調(diào)設(shè)計很少從節(jié)能的角度來進(jìn)行考慮，這種狀況無疑增加了中央空調(diào)的能耗。為了達(dá)到節(jié)能的效果，需要做到“功能適當(dāng)，運(yùn)行合理”，在保持舒適度的前提下，盡可能地降低能耗，同時應(yīng)該有切實可行的管理手段，使得系統(tǒng)運(yùn)行科學(xué)、合理，操作簡單、方便。 要實現(xiàn)對重要空調(diào)的管理節(jié)能我們必須首先能夠找到空調(diào)系統(tǒng)存在哪些能耗浪費(fèi)的地方，設(shè)備存在怎樣的不合理運(yùn)行狀態(tài)等，只有找到了原因，我們才能夠找到相應(yīng)的解決途徑，因此，要想實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，就必須對中央空調(diào)的系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能診斷。1、主機(jī) 空調(diào)主機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)中裝機(jī)容量最大的設(shè)備，物業(yè)部門一般對其維修保養(yǎng)都很重視，基本能做到運(yùn)行狀況的連續(xù)記錄，但是記錄數(shù)據(jù)往往沒有用于指導(dǎo)設(shè)備的高效運(yùn)行，為了有效地對中央空調(diào)進(jìn)行診斷，我們可以根據(jù)運(yùn)行記錄的數(shù)據(jù)對系統(tǒng)存在的問題做出診斷。在一般的電制冷主機(jī)運(yùn)行記錄表中，都會記錄主機(jī)的蒸發(fā)溫度和冷水出水溫度，一般對于水冷方式的主機(jī)來說，蒸發(fā)溫度要比出水溫度低3——4℃，實際值若超出這個數(shù)值，則說明蒸發(fā)器或制冷劑有問題，應(yīng)注意檢修。同時，一般冷凝溫度要比冷卻水出水溫度高2——4℃，若實際

運(yùn)行情況超出此值，大多是主機(jī)的冷凝器有問題，應(yīng)注意及時清洗。 在實際的運(yùn)行中往往出現(xiàn)這樣的情況：冷水的供回水溫差在2——3℃之間，說明空調(diào)末端符合不大，但是冷卻水出水溫度很高，且冷凝壓力很高，導(dǎo)致主機(jī)的負(fù)荷在90%以上。這種情況基本是冷凝器出了問題，在進(jìn)行及時清理后，主機(jī)的負(fù)荷會大幅度下降，節(jié)約大量的能耗。 另外，通過記錄主機(jī)的冷凍水流量、供回水溫度，及壓縮機(jī)電流等參數(shù)的監(jiān)測，我們就可以計算出主機(jī)的性能系數(shù)cop,并可以對主機(jī)的運(yùn)行效率有一個大致的判斷。如果主機(jī)的運(yùn)行效率過低，將會導(dǎo)致能源的浪費(fèi)，對此應(yīng)該找出原因并加以改善。 對主機(jī)的節(jié)能診斷，還要觀察不運(yùn)行的冷凍機(jī)的水閥是否關(guān)閉,若閥門不關(guān)將會導(dǎo)致回水箱的部分熱水經(jīng)過該主機(jī)旁通到了供水箱,在供水箱內(nèi)發(fā)生了冷水跟熱水混合的現(xiàn)象,這樣將會導(dǎo)致大量的能源浪費(fèi)。 同理,冷凍水分水箱和集水箱之間的旁通閥若處于未關(guān)狀態(tài),或者存在一臺冷機(jī)對開兩臺冷凍泵的現(xiàn)象時,也會出現(xiàn)冷熱水混合的現(xiàn)象,導(dǎo)致能源的浪費(fèi),這個問題應(yīng)引起我們的注意。2、冷卻水 在實際的冷卻水運(yùn)行中往往存在著不運(yùn)行冷卻塔的閥門不關(guān)的情況,這樣造成的后果是熱水經(jīng)過該冷塔后與其他正常運(yùn)行的冷卻塔的冷水混合,進(jìn)入了主機(jī),導(dǎo)致主機(jī)冷凝器的進(jìn)水溫度偏高，主機(jī)的cop減小，主機(jī)的能耗增加，浪費(fèi)大量能源。解決該問題的辦法是將不運(yùn)行的冷塔的進(jìn)出水閥門關(guān)掉。 另外,通常吸收式空調(diào)主機(jī)因真空度降低或制冷劑污染造成制冷劑效率降低；冷卻塔常因失修（如布水輪不轉(zhuǎn)動）導(dǎo)致散熱效率下降,主機(jī)或冷卻塔的效率是否降低可按下述方法大致鑒別： （1）主機(jī)輸出制冷量減少（冷凍水運(yùn)行供水溫度大于設(shè)置溫度）； （2）冷卻水進(jìn)水溫度高,主機(jī)曾報警,冷卻水進(jìn)出口溫差小于5℃； （3）冷凍水供水溫度高,末端用戶曾報熱投訴,冷凍水供回水溫差小于5℃。 如果主機(jī)或冷卻塔出現(xiàn)了效率降低的情況,就應(yīng)及時維修,以大的問題，造成的結(jié)果是，一方面功率偏大造成能耗的浪費(fèi)，另一方面是水泵偏離標(biāo)準(zhǔn)工況運(yùn)免造成能源浪費(fèi)。3免造成能源浪費(fèi)。3、冷凍水目前的冷凍水系統(tǒng)中,往往存在著水泵選型過行，導(dǎo)致水泵長期工作在低效區(qū)，水泵效率偏低導(dǎo)致能源的浪費(fèi)，此種情況解決的辦法是更換水泵或者采用變頻調(diào)速的手段來實現(xiàn)節(jié)能。 冷凍水管路如果存在水力不平衡問題將會使整個系統(tǒng)的能耗增加。一般空調(diào)運(yùn)行中存在一個誤區(qū)，認(rèn)為空調(diào)末端效果差是由于總水量偏小，所以往往會通過增加水泵開啟臺數(shù)或者換大流量水泵來解決。但實際的原因大多是由于工程竣工后空調(diào)水系統(tǒng)從未做過水力平衡，導(dǎo)致部分末端數(shù)量不足，而部分末端水量過剩，而工作人員往往為了滿足水量不足這部分末端的換熱要求，只能增大總水量，從而使得其他末端的水量變大，白白浪費(fèi)了一些能源。 因此，冷凍水流量分配診斷內(nèi)容應(yīng)該為測量系統(tǒng)各分支的冷凍水量和進(jìn)回水溫度，從而判斷各分支冷量的提供情況，一次判斷系統(tǒng)是否存在水力不平衡現(xiàn)象。 對水力不平衡的解決方法是：找出水力不平衡的原因，如果是因為個別風(fēng)機(jī)盤管支路堵塞，可對此修復(fù)；若因局部末端負(fù)荷水壓不足，應(yīng)考慮采用調(diào)整水力平衡調(diào)節(jié)閥或增加小型管道泵的可能性。 二、技術(shù)節(jié)能 以上介紹的是通過行為管理來達(dá)到節(jié)能的目的，事實證明這是一種最簡單有效的節(jié)能方式，在某種程度上可以達(dá)到一定的節(jié)能效果，但是管理節(jié)能的方式也有一定的局限性，因為它不能從根本上解決中央空調(diào)所存在的巨大能源浪費(fèi)問題。 一般來說，中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計通常按建筑物所在地的極端氣候條件來計算其最大冷負(fù)荷（或最大熱負(fù)荷），并由此確定空調(diào)主機(jī)的裝機(jī)容量及空調(diào)水系統(tǒng)的供水流量。然而，實際上每年只有極短時間出現(xiàn)最大冷負(fù)荷（或最大熱負(fù)荷）的情況。因此，中央空調(diào)系統(tǒng)在絕大部分時間里，都是在部分負(fù)荷（遠(yuǎn)小于其額定容量）條件下運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計，實際空調(diào)負(fù)荷平均只有設(shè)備能力的50%左右，因而出現(xiàn)了“大馬拉小車”的現(xiàn)象，這無疑造成了大量的能源白白浪費(fèi)。 另一方面，空調(diào)負(fù)荷又具有變動性。由于受季節(jié)交替、氣候變幻、晝夜輪回、使用變化及人流量增減等各種因素變化的影響，中央空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷具有起伏變化和不恒定的特點(diǎn)。如果中央空調(diào)的運(yùn)行方式不能根據(jù)負(fù)荷的變化而調(diào)節(jié)，始終在額定容量（即滿負(fù)荷狀態(tài)）下運(yùn)行，勢必造成巨大的能源浪費(fèi)。 隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在，不少空調(diào)主機(jī)已能夠根據(jù)負(fù)荷變化自動隨之減載或加載，但輸送空調(diào)水（冷凍水和冷卻水）的水泵如果不能跟隨負(fù)荷的變化做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，始終在額定功率下運(yùn)行，仍然會造成輸送能量的很大浪費(fèi)。 目前，國內(nèi)的中央空調(diào)系統(tǒng)，由于沒有先進(jìn)的技術(shù)手段支持，基本上都采用傳統(tǒng)的定流量控制方式，即空調(diào)冷凍（溫）水流量、冷卻水流量和冷卻風(fēng)風(fēng)量都是恒定的。也就是說，只要啟動空調(diào)主機(jī)、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)都在工頻狀態(tài)下運(yùn)行。 定流量控制方式的特征是系統(tǒng)的循環(huán)水量保持定值不變，當(dāng)負(fù)荷變化時，通過改變供水或回水溫度來匹配，定流量供水方式的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單，不需要復(fù)雜的控制設(shè)備。但這種控制方式存在以下問題： （1）無論末端負(fù)荷大小如何變化，空調(diào)系統(tǒng)均在設(shè)計的額定狀態(tài)下運(yùn)行，系統(tǒng)能耗始終處于設(shè)計的最大值，能源浪費(fèi)很大。 （2）舒適型空調(diào)系統(tǒng)是一個多參量、非線性、時變性的復(fù)雜系統(tǒng)，由于末端負(fù)荷的頻繁波動，必然造成系統(tǒng)循環(huán)溶液（載冷劑、冷卻劑、制冷劑溶液）的運(yùn)行參量偏離空調(diào)主機(jī)的最佳工作狀態(tài)，導(dǎo)致主機(jī)熱轉(zhuǎn)換效率（cop值）降低，系統(tǒng)長期在低效率狀態(tài)下運(yùn)行，也會增加系統(tǒng)的能源消耗。為了解決中央空調(diào)的能源浪費(fèi)問題，社會各界都已開始研究中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能途徑，希望通過先進(jìn)的技術(shù)手段來實現(xiàn)節(jié)能。目前主要的節(jié)能控制思想主要有以下幾種： 1、水泵變頻節(jié)電 直接在水泵電機(jī)前加裝變頻器通過人工調(diào)整頻率，去除水泵余量而節(jié)能。2、簡單PID變頻控制 利用壓差或溫差作為控制參量，采用PID（比例、積分、微分）算法控制變頻器工作頻率，使水泵流量跟隨負(fù)荷變化，從而達(dá)到水泵節(jié)能的目標(biāo)。（1）恒壓差控制 中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的恒壓差控制原理圖 在冷凍水系統(tǒng)供、回水總管間設(shè)置水力壓差傳感器，通過檢測壓差4P控制變頻器，為水泵提供變速調(diào)節(jié)。其控制原理是以保持冷凍水供、回水壓差的恒定為依據(jù)，來調(diào)節(jié)用戶側(cè)冷凍水的供水流量，從而達(dá)到節(jié)能的目的，其控制過程如下： 當(dāng)空調(diào)實際負(fù)荷減少時，隨著末端眾多二通閥的關(guān)閉，冷凍水供、回水壓差會增大（偏離了設(shè)定值），壓差傳感器檢測出壓差的變化后，將信息傳送到變頻器，變頻器的輸出頻率隨之降低。是冷凍水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，供水流量減少，使冷凍水供、回水壓差減少并回到設(shè)定值，系統(tǒng)用戶側(cè)進(jìn)入低流量狀態(tài)。由于水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，從而達(dá)到節(jié)約電能的目的。 反之當(dāng)空調(diào)實際負(fù)荷增加時，隨著末端眾多二通閥開啟，冷凍水供、回水壓差會變?。ㄆx了設(shè)定值），壓差傳感器檢測出壓差的變化后，將信息傳送到變頻器，變頻器的輸出頻率隨之升高，使冷凍水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速提高，高水流量增加，是冷凍水供、回水壓差增大并重新趨于設(shè)定值，系統(tǒng)用戶側(cè)進(jìn)入新的流量運(yùn)行狀態(tài)。（2）恒溫差控制 中央空調(diào)水系統(tǒng)的恒溫差控制原理圖 在水系統(tǒng)供、回水總管上分別設(shè)置溫度傳感器T出和T入，通過PLC檢測供、回水溫差4T的變化來控制變頻器，為水泵提供變速調(diào)節(jié)。 其控制原理是以保持供、回水溫差的恒定為依據(jù)，來調(diào)節(jié)用戶側(cè)水系統(tǒng)的供水流量，從而達(dá)到節(jié)能的目的。其控制過程如下： 采用恒溫差對空調(diào)系統(tǒng)的水泵電機(jī)進(jìn)行控制，它根據(jù)需要設(shè)定水系統(tǒng)的正常工作溫差，并給出最高和最低的運(yùn)行水溫差，在此范圍內(nèi)，可人工調(diào)節(jié)所需的運(yùn)行溫差。 當(dāng)空調(diào)實際負(fù)荷減少時，隨著末端眾多二通閥的關(guān)閉，水系統(tǒng)供、回水溫差會變?。ㄆx了設(shè)定值），PLC檢測出溫差的變化后，經(jīng)比例積分微分（PID）運(yùn)算并控制變頻器的輸出頻率隨之降低，使水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，供水流量減少，使供、回水溫差增大并回到設(shè)定值，系統(tǒng)用戶側(cè)進(jìn)入低流量運(yùn)行狀態(tài)，由于水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的降低，從而達(dá)到節(jié)約電能的目的。 反之，當(dāng)空調(diào)實際負(fù)荷增加時，隨著末端眾多二通閥的開啟，水系統(tǒng)供、回水溫差會增大（偏離了設(shè)定值），PLC檢測出溫差的變化后，經(jīng)PID運(yùn)算并控制變頻器的輸出頻率隨之升高，使水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速提高，供水流量

加大，使供、回水溫差減小并重新趨于設(shè)定值，系統(tǒng)用戶側(cè)進(jìn)入新的流量運(yùn)行狀態(tài)。以上所述的恒壓差和恒溫差控制方式都是依據(jù)單參量數(shù)據(jù)采集對系統(tǒng)進(jìn)行比例、積分、微分（PID）控制。PID歷史悠久、原理簡單、使用方便、投資較低，在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了極好的應(yīng)用，具有較好的控制效果。但中央空調(diào)系統(tǒng)是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)，這種以壓差或溫差作為控制效果參量的PID調(diào)節(jié)，在中央空調(diào)控制中存在較大的局限性，主要在于： 沒有全面采集空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，也沒有對空調(diào)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)進(jìn)行全面控制，系統(tǒng)設(shè)計是有局限性的、不完整的，不可能實現(xiàn)系統(tǒng)綜合優(yōu)化與最佳節(jié)能。 比例積分微分（PID）控制中最重要的工程參數(shù)比例系統(tǒng)K、積分時間常數(shù)TI和微分時間常數(shù)TD,一旦選定后，如果人不去調(diào)節(jié)，它是不定不變的，不可能跟隨受控參量的變化而自動調(diào)整。也就是說，工程參數(shù)整定之后，就用同一種參數(shù)去對付各種不同的運(yùn)行工況。實際上，中央空調(diào)系統(tǒng)是一個時變性的動態(tài)系統(tǒng)，其運(yùn)行工況受季節(jié)變化、氣候條件、環(huán)境溫度、人流量等諸多種因素的綜合影響，是隨時變化的，且始終處于波動之中。因此，靜態(tài)參數(shù)的PID控制方法不可能達(dá)到最佳的控制效果。 PID工程參數(shù)的整定在很大程度上依賴于精確的數(shù)學(xué)模型，而中央空調(diào)系統(tǒng)是一個多變量的、復(fù)雜的、時變的系統(tǒng)，其過程要素之間存在著嚴(yán)重的非線性，大滯后及強(qiáng)耦合關(guān)系，一般難以獲得精確的數(shù)學(xué)模型。對這樣的系統(tǒng)，傳統(tǒng)的PID控制很難實現(xiàn)較好的控制效果。實踐證明，恒壓差或恒溫差的單參量控制，很容易引起水系統(tǒng)參量振蕩，長時間都不能到達(dá)設(shè)定值的穩(wěn)定狀態(tài)，即影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又降低了空調(diào)效果的舒適性。由于中央空調(diào)系統(tǒng)的被控對象是空調(diào)區(qū)域內(nèi)各個房間的溫度場，它與空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行熱交換的工況相當(dāng)復(fù)雜，制約因素太多。中央空調(diào)系統(tǒng)是一個時滯、時變、非線性、多參量且參量之間耦合很強(qiáng)的復(fù)雜系統(tǒng)。其復(fù)雜性表現(xiàn)為： 結(jié)構(gòu)的高度復(fù)雜性； 環(huán)境和符合特性的高度不確定性，導(dǎo)致控制參數(shù)不易在線調(diào)節(jié)的高度不確定性，導(dǎo)致控制參數(shù)不易在線調(diào)節(jié)；大時滯，多個慣性環(huán)節(jié)；惰性；高度非線性；惰性；高度非線性；多變量，時變性，復(fù)雜的信息結(jié)構(gòu)。這些都是難以用精確的數(shù)學(xué)模型或方法來描述，因此，基于精確模型的傳統(tǒng)控制難以解決這種復(fù)雜系統(tǒng)的控制。 3、智能模糊控制方式 對于中央空調(diào)這種復(fù)雜系統(tǒng)，很難用精確的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述，或者所得數(shù)學(xué)模型不是過于復(fù)雜就是較為粗糙，以精確性為主要特點(diǎn)的經(jīng)典數(shù)學(xué)，對于這類控制問題往往難以奏效。 如果把人（操作人員、管理人員或?qū)＜遥┑牟僮鹘?jīng)驗、知識和技巧歸納成一系列的規(guī)則，存放在計算機(jī)中，使控制器模仿人的操作策略，就可以實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的人工智能模糊控制。其控制的基本思想就是按照中央空調(diào)主機(jī)所要求的最佳運(yùn)行參數(shù)去控制中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行工況及制冷工質(zhì)參數(shù)的變化，通過模糊控制器動態(tài)調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，確?？照{(diào)主機(jī)施工處于優(yōu)化的最佳工作點(diǎn)上，使主機(jī)始終保持具有高的熱轉(zhuǎn)換效率，有效地解決了傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)在低負(fù)荷狀態(tài)下熱轉(zhuǎn)換效率下降的難題，提高了系統(tǒng)的能源利用率。 中央空調(diào)系統(tǒng)是一個較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的最佳運(yùn)行和節(jié)能，從局部去解決問題（如采用通用變頻器PID控制）是不可能辦到的，必須針對空調(diào)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)（包括主機(jī)、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等）統(tǒng)一考慮，全面控制，使整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，才能實現(xiàn)最佳綜合節(jié)能。 1）冷凍水系統(tǒng)蠶蛹最佳輸出能量控制 當(dāng)環(huán)境溫度，空調(diào)末端負(fù)荷發(fā)生變化時，各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量亦隨之變化，流量計、壓差傳感器和溫度傳感器