中央空调集中控制系统【中央空调水系统控制优化设计】

　　摘 要:中央空调系统是公共建筑必不可少的重要组成部分之一,对抵消室内环境冷负荷和热负荷有着极为重要的作用。但据有关资料显示,中央空调设备多数时间实际运行负荷都未达到满负荷状态,能源浪费极为严重。本文从寻找中端空调机组最优运行状态的目标出发,就如何优化中央空调水系统控制进行了研究,提出了有效的设计方法。
　　关键词:中央空调 水系统 优化设计 优化控制
　　中图分类号:TB21 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(c)-0006-02
　　自进入21世纪以来,随着我国经济的飞速发展和城市化进程的不断加快,大量现代化公共建筑大多采用了中央空调系统调节空气和室内环境的冷热负荷。中央空调系统的大量使用,使得现代建筑能耗急剧上升,增加了电力需求和用电压力。据统计,我国空调用电量已经占到全年耗电量的18%左右,而且还在不断增加。尤其是空调耗电在气候影响下极为集中,更直接造成了用电高峰的电网压力,影响电力的正常供应。而我国96%以上的建筑都属于高能耗建筑,未采取有效的能源降耗措施,使得我国单位建筑单位面积能耗远高于发达国家,如何降低建筑能耗成为我国节能减排所需要考虑的生果问题。在建筑能耗中,中中央空调系统能耗占据了建筑能耗50%左右,如果能有效的降低中央空调系统能耗,将取得巨大的经济效益和社会效益。目前采用的中央空调系统有水系统、氟系统和风系统三类,下面,本文从中央空调水系统控制优化设计入手,就如何降低水系统中央空调系统能源消耗进行简要的探讨。
　　1 中央空调水系统工作原理
　　水系统中央空调是一种半集中式风机盘管系统,整个室内冷热负荷均由系统内的冷热机组来承担,室内风机盘管由管道同系统冷热水机组连接,由冷热水机组提供的冷热水来制冷和供热。由于水系统中央空调布置灵活、调节性能好、舒适度很高且极为环保,因此在我国被广泛采用。在水系统中央空调中,包括压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器四大部件。压缩机出来的高温高压的制冷剂经过冷凝器被降温降压,冷凝塔由水系统将热量带入冷却塔内排出,制冷剂继续流过节流装置成为低温低压液体流经蒸发器,将冷冻水温度降低,蒸发器两端的冷冻水循环系统使降温的冷冻水流到用户端,由机盘管与室内进行热交换,吹出冷风完成制冷工作,整个过程如此重复往返,即使室内温度保持在一定范围内。
　　2 中央空调水系统优化设计方法
　　2.1 优化冷水机组降低系统能耗
　　冷水机组能耗占据整个中央空调系统总能耗的60%左右,是优化水系统控制的最重要部分。空调系统所承担的冷负荷并不是固定不变的,而是随着室外气象参数和室内状态的变化而动态变化的。在中央空调系统工作中,冷水机组通常并不是满负荷运行,大部分时间是处于部分负荷状态,要优化冷水机组能耗就必须从部分负荷下冷水机组性能的调节匹配入手,从而优化中央空调水系统控制能力,实现冷水机组在部分负荷状态下的能耗控制能力,使冷水机组部分负荷能与整个空调系统部分负荷相适应,与冷热负荷相适应。要实现冷水机组在部分负荷下的控制能力,就需要调节其相关运行参数,包括如冷冻水温度、冷冻水流量、冷却水流量等,让空调系统的运行效率达到最佳,最大限度降低能源浪费。目前所采用的中央空调系统,对冷水机组工作性能有影响的参数有冷冻水温、冷却水温、冷冻水量、冷却水量、冷负荷,优化冷水机组就必须考虑这几个参数对冷水机组制冷量和耗电量的影响。在研究中我们发现,当其它条件不变,冷冻水温度提高时整个冷水机蒸发温度会得到提高,从而提高冷水机组制冷系数,降低单位制冷所消耗的电量;冷却水温度变化对冷水机组能耗的影响则正好相反,冷却水温度越高制冷系数越低,单位制冷所消耗的电量越高;冷冻水和冷却水流量增大时,蒸发器和冷凝器的换热性能会得到提高,从而提高冷水机组制冷系数降低单位制冷所消耗的能量,但流量的增大却会增加水泵的能耗。因此,如果我们假设冷水机组处于最大制冷量状态下,如果水量不变,冷水机组的最大制冷量会随着冷却水温度的降低和冷冻水温度的升高而增加,此时我们即可以根据室内冷热负荷所需要的冷冻水温和冷却水温对制冷机的制冷量进行优化修正,采用制冷量相合适的冷水机组进行工作以免冷却水机组能耗过大造成浪费。在实际使用中,冷水机组都是处于部分负荷状态下工作的,因此更多的需要关注冷水机组部分负荷下的制冷机性能。
　　2.2 构建水泵变流量系统降低能耗
　　研究表明,中央空调系统整个能耗中水泵能耗就占了35%左右,是整个系统中的能耗大护。传统中央空调系统由于技术条件、能源价格、设计观念等因素的影响,其水泵通常采用定流量设计,这种固定流量设计使得系统在部分荷载时水泵工作状态不会发生改变,流量不会因负荷的增大或减小而变动,造成能源浪费现象。近年来,技术的提高使得大量中央空调系统采用变流量水泵工作,有效的减少了水泵能耗,减小了整个水系统能耗。目前水泵变量系统的应用主要采用温差控制法和压差控制法两种方法。由于在中央空调在部分负荷工作情况下,供回水温度较小,通过在供回水干管间设置温度传感器获取温度信号供控制器按预定算法计算出温差,并产生相应的控制信号控制水泵的工作频率,降低或提高流量,采用温差控制法能使水泵流量与冷热负荷变化成正比关系,对于降低系统能耗有着较好的效果,但由于流量过小会影响系统末端水量,使系统末端水量太小甚至无水,影响系统实际效果,因此采用温差控制法控制水泵流量,必须以保证末端水量为前提。压差控制法则是利用温度传感器获取室内温度变化参数调节调节阀开度,使供回水管压差发生变化,再由压差传感器采集压差参数由控制器计算,发出指令控制水泵频率,压差控制法能保证最不利末端水流量条件,但节能效果不如温差控制法,但能保证整个系统的正常工作效果。
　　2.3 优化冷却塔性能
　　冷却塔是冷水机组中冷却水同空气热、质交换的重要场所,承担着将冷水机组的废热排放出去降低冷却水温度的重要任务,其水与空气的传热和传质过程极为复杂。但由于冷却塔中水和空气的热交换主要是以水的蒸发为主,实际上对冷却塔冷却性能进行调节的是空气湿球温度,进入冷却塔的水量、水温以及空气量等,都会对冷却塔冷却效果产生影响。在研究中我们发现,冷却塔出口水温和空气湿球温度之间的差值与水量和风量有着极大的关系,尤其是水量的影响几乎是呈直线关系,而风量在风量较大的范围内变动时,对其影响则较响,但风量较小时风量的变动对冷却塔的冷却效果则较大。因此,在优化设计时,需要考虑冷却塔风机的选型,风量越小风机能耗越低,奉于高风量范围内风量变化对冷却塔冷却效果影响不大这一点,可以从高风量段考虑风量的调节度,使风机在最佳功率状态工作。