中央空调控制原理特点与节能技术探析

1.引言 社会调查显示了当前我国能源的使用情况，建筑行业的能源消耗占到了总能源消耗的30%，而装有中央空调的建筑物中其能源消耗占到了70%，随着时间的推移这些数字还在不断增长。根据这些数据能够看出，中央空调的节能技术在降低能源消耗、创造经济效益与社会效益中具有重要意义。 2.中央空调的控制原理 空调系统的作用是对室内空气进行处理，使空气的温度、湿度、流速及洁净度、新鲜度等指标符合使用要求。为此，必须对空气采取冷却或加热、减湿或增湿以及过滤等处理措施，其相应设备有制冷机组、热水炉、空调机组、风机盘管等。当被调房间温湿度受内部热源干扰或室外温湿度变化而发生波动时，首先由温度与湿度传感器把信号送给调节器，调节器与设定值进行比较后发出指令给执行器，执行器动作后，不断调整以符合要求。在中央空调系统中，冷水机组是由设备生产厂成套供应的，它一般是根据空气调节原理及规律等由微处理器自动控制的。冷水机组由压缩机、冷凝器、蒸发器与节流元件组成，压缩机把制冷剂压缩，压缩后的制冷剂进入冷凝器，被冷却水冷却后，变成液体，析出的热量由冷却水带走，并在冷却塔里排入大气。液体制冷剂由冷凝器经过节流元件进入蒸发器进行蒸发吸收，使冷冻水降温，然后冷冻水进入水冷风机盘管吸收空气中的热量。如此循环不已，把房间的热量带出。 空调系统按处理设备及处理方法不同可以分为：喷淋与表冷式两种类型，这两种类型又可分为全新风直流系统、一次回风系统与二次回风复合系统及旁路系统。按调节精度要求不同可分为高精度空调、一般精度空调及舒适性空调。舒适性空调一一般应按照等效温度(ET)和C02浓度来进行设计。所谓等效温度是反映人们舒适感觉的一个综合指标，它结合干球温度、湿球温度和空气流速的效应来反映人的冷热感觉。所以，等效温度随四季变化有较大变化。

3.中央空调的控制特点 3.1干扰性 空调系统在长期运行中，由于外部条件(如风、晴、雨、雪、气温、太阳辐射)和内部条件(如空调房间中设备、照明的开关和投入运行的多少以及工作人员的增减等)的变化，都将对空调系统的运行形成干扰。 3.2调节对象的特性 不同的被控对象，在相同的干扰作用下，被控量随时间的变化过程也并不一样。空调自控系统的任务就是为了克服这些干扰因素，维持空调房间一定的温、湿度和空气品质。但温、湿度的控制效果不但取决于白控系统，更主要的是取决于空调系统的合理性及空调的对象特性。 3.3湿度的相关性 在空调的控制中，大多数情况下主要是对空调房间内温度与湿度的控制。这两个参数常常是在一个调节对象里同时进行调节的两个被调量，两个参数在调节过程中又相互影响。如果由于某些原因使空调房间内温度升高，引起空气中水蒸气的饱和分压力发生变化，在含湿量不变的情况F，就引起了室内相对湿度的变化；温度升高相对湿度就会降低，温度降低相对湿度就会增加；在调节过程中，对某一参数进行调节时，同时也引起另一参数的变化。 3.4多工况运行及转换控制 由于空调系统是在全年的室内外条件变化下，按照一定的运行方式(即工况)进行调节的；同时在内外条件发生显著变化时要改变运行调节方式，即进行运行工况的转换。 3.5整体控制性 空调自动控制系统一般是以空调房间内的空气温度和相对湿度控制为中心，通过工况转换与空气处理过程使每个环节紧密联系在一起的整体控制系统。空调系统中空气处理设备的启停都要根据系统的工作程序，按照有关操作规程进行，处理过程中的各个参数调节及联锁控制都不是孤立进行，而是与室内温湿度密切相关的。 4.中央空调节能控制途径 4.1空调机组 空调机组是智能建筑中耗能最多的设备其运行方式不同，应从以下几个方面考虑空调机组的节能： 4.1.1全年运行系统的工况自动转换 根据室外气候条件和空调系统的不同结构及工艺的不同要求进行丁况的转换，一般以焙值作为转换的判断条件，通过调节空调运行参数来实现。 4.1.2控制器参数选择 合理选择每个回路的PID参数，使之具有良好的响应性能，或选择各种先进的控制算法，提高控制系统的性能指标。避免控制回路总处于不断调节或响应过程慢等不利影响，既浪费能量又影响执行器的寿命。 4.1.3多级控制的有效配合 对有些系统具有中央空调机组外，在房间配有再加热盘管(特别是工艺空调)实现单独调节。此时，应合理选择控制方法及配合关系，控制送风温度，防止中央空调送风的温度过低，造成房间再加热的浪费能量现象发生。 4.1.4选用高质量温度传感器 室内空气每相差1℃的调节都要消耗很多的能量，选用传感器的精度高，产生的节能效益远大于传感器的价格。 4.1.5温度设定值应随室外温度自动调节 对于舒适性空调系统，可在夏季随室外温度的升高，适当提高温度的设定值，减小室内、外的温差，既能保证人的舒适度的要求，又能实现节能。冬季也适合类似控制。 4.2冷水机组 通过计算机对楼宇内外环境温度、湿度实时测量及对楼宇热惯性的预v测，确定最优化的设备启、停时间。此项措施预计可使主机、水泵、冷却塔风机平均每天减少运行时间。同时根据楼宇冷负荷变化，通过变频装置调节冷冻水、冷却水的流量及风机类设备的风量，也可使主机负荷下降，从而控制机组运行台数。 4.3热水系统 4.3.1锅炉系统 首先，根据供暖需求量，通过开关锅炉的台数进行控制；其次，根据室外温度对供水水温重新进行设定，减小能量消耗；第三，采用变频泵调节供水量，以适合负荷变化。 4.3.2热交换器系统 首先，根据空调负荷的大小，通过变频泵调节供水量：其次，通过一个室外恒温器，当负荷减少时重新设定供水温度，当热水泵不运行时，通过流量开关联锁把两通阀关闭。 4.4变风量系统(VAV) 变风量系统是当房间的热湿负荷低于设计值时，保持送风参数不变而通过减少送风量的办法来保持室内的温度不变。与定风量空调系统相比，它减少了再热量及相应的冷量；而且，随着各房间的送风量的变化，系统总送风量也相应变化，可以节省风机运行能耗。此外，根据变风量空调系统运行的特点，在计算空调系统总负荷时，可以考虑各房间负荷发生的同时性，还可适当减少风机容量。变风量系统控制可分为两个部分变风量末端控制和变风量空调机组控制。一个好的变风量空调系统，除了精确设计计算，合理的系统布置，到位的施工安装外，选择一个最佳的控制方法也很关键。在工程实际运用中，采用较多的有：定静压控制法、变静压控制法、直接数字控制法、风机总风量控制法。 4.5电能控制程序 电能消耗的计费主要取决两个因素：耗电量和需求系数，即利用峰、谷电价不同，采用错峰用电。因此，合理启停能耗较高的暖通空调设备，以使用电量保持平稳值，或在用电高峰期使设备的用电量低、运行时间较短；而在用电低谷期使设备的用电量高、运行时间较长，使总的电费降低。 5.节能方法选择的注意事项 ①任何节能方法必须与现场设备配置情况相适应，在满足要求的前提下尽量选用简单的控制方案，防止控制过程复杂，造成整个系统的成本过高；②各种节能方法是相互联系的，对一个实际的系统必须综合考虑整体的节能，避免相互之间产生的影响互相抵消，达不到最佳的节能效果：⑧注意每个回路控制算法及参数的优化调节，使控制系统有良好的性能；④注意设备本身的运行和限制条件，防止因采用的节能方法对设备寿命产生影响；⑤重视系统的在线调试、传感器精度的校正及各种联动功能的综合测试，防止设计参数和实际运行情况的背离；⑥充分利用楼宇自控系统强大的软件功能和信息的集成性，保证系统软、硬件得到合理利用。 6.结束语 综上所述，中央空调系统节能在整个建筑节能中占有很重要的位置，应该引起设计人员足够的重视。设计人员应当从设计的高角度出发全面考虑，严格遵守节能规范，将节能思想贯穿于建筑领域的各个方面。同时，要提高公众节能意识，大力开发推广新的节能技术，从而实现社会的可持续发展。