论文部分内容阅读
【摘要】:中央空调系统设计管理得当，在节能减排方面的机会和措施是多方面的。如果能将绿色节能的思想和管理方法贯穿于中央空调系统设计、选型与运行的始终，将会收到明显的节能效果，从而带来巨大的经济效益和社会效益。
【关键词】：中央空调；节能；设计；运行管理
中图分类号：TU831.3+5文献标识码： A 文章编号：
引言
中央空调系统是为空调建筑服务的，要实现中央空调系统的节能，首先应设计合理，而合理的设计首先要从总体效率的角度进行设备选型和系统配置、要设置优化的运行参数、要有系统经济运行和技术管理的明确指引。下面就中央空调的设计与节能管理谈几点自己的看法。
一、中央空调的运行机制
中央空调系统是由一系列驱动流体流动的运动设备(如水泵、风机及压缩机)、各种型式的热交换器(如风机盘管、蒸发器、冷凝器及中间热交换器等)及连接各种装置的管道(如风管、水管及冷媒管)和阀件所组成。系统一般可分下列五个循环：（1）室内空气循环（2）冷水循环（3）冷媒循环（4）冷却水循环（5）室外空气循环。
二、中央空调的节能设计思想分析
要使中央空调系统任何时候都工作在最合理的经济运行范围内，除了设计和硬件设施的配置合理、运营管理措施到位以外，必须通过智能化的节能管理控制模式优化系统运行参数，实现最大化的节能。
历年来，人们在空调节能改造方面作过很多尝试，单纯采用的变频器和PID调节器组合，各自单独变流量控制水系统、冷却水系统和变风量控制排风系统，甚至采取冷却水热回收、排风热回收等措施，都是曾经非常流行的节能方式，虽然可以减少各子系统的能耗，但只能从局部去解决问题，没有全面采集影响空调系统运行的各种参数，按系统最优化的原则运行，也无法改变主机热转换的效率，其节能效率必然受到较大的局限。
实际上，系统在运行过程中，随着系统负荷的变化，必然导致整个系统运行参数偏离空调主机的最佳设计参数，导致主机热转换效率降低，这一直是传统中央空调系统运行方式无法解决的一大难题。只有任何时候都保持着合理优化运行参数，才能做到最大限度地提高中央空调的效率。
目前，在不更换主要设备的前提下，比较成功节能实例是采用智能化的中央空调节能控制系统。所谓智能化的中央空调节能控制系统是根据实际情况和经验数据在控制器中建立知识库、模糊控制模型和模糊运算规则，形成智能模糊控制。通过传感系统将全面采集到影响空调系统运行的各种参数，反馈到系统控制中心，经过知识库、模糊控制、进行系统寻优、参数重设等，以系统最优的原则，经智能模糊运算，得出相应的全面控制参数，通过控制变频器、电动阀门，仪表等元器件，控制冷冻水系统、冷却水系统、冷却塔系统、电动阀、多台主机启停、甚至侵入到主机调节冷媒流量等，做到既可监又能控，从而改变空调系统循环流体的流量和温度等运行参数，以保证整个系统在各种负荷条件下，均处于最佳工作状态，使空调主机、水泵等设备始终处于最优化的工作点上，从而提高系统能源利用率，实现了中央空调系统在运行中的高效节能和安全舒适。知识库的数据设置得越细，控制精度越高。不仅对中央空调各部分进行全面控制，而且通过系统集成技术将各个控制子系统在物理上、逻辑上和功能上相互连在一起，实现它们之间的信息综合、资源共享，实现中央空调全系统综合性能优化和协调运行。
三、中央空调的节能措施
1、加入主机自动控制系统。
根据空调末端负载变化而自动调整主机的启停台数和大小机运行的负载率。使得主机的运行台数和运行负载率随着负荷的变化而变化，始终使每台制冷主机运行在最佳COP的负载率状态下，既减少主机的能耗，又大大延长主机使用寿命、减少维护成本。
2、设置能源监测管理系统。
通过全面采集中央空调的各种运行参量，利用先进的变温差模糊控制技术对这些相互关联、相互影响的运行参量进行动态优化控制，以满足中央空调系统非线性和时变性的要求，使空调主机始终运行在最佳工况，以保持最高的热转换效率，以最佳工况减少主机的总体能耗。
3、改造空调循环水系统。
由于中央空调系统是一种多参量非常复杂的一个系统，即当气温、末端负荷发生改变时，水系统温度、温差、压力、压差、流量等均会发生改变，单纯的PID调节根本满足不了要求，在水路管网系统按原来方式运行不加以改动的前提下，采用变温差变流量模糊控制技术，按实际流量需求自动调节水泵转速，可大幅度降低水系统能耗，实现最佳节能控制。根据轴功率与转速的三次方成正比的关系，在不改变空调使用效果的前提下，水泵电机转速若降低10%，其轴功率就减少27.1%，电机转速若降低20%，其轴功率就减少48.8%，许多成功的案例证明，经改造后的的空调系统，冷冻水泵和冷却水泵通常都在38HZ～42HZ之间运行，即使扣除变频器本身4%～6%的功耗，该子系统至少可节电20%～40%，尤其是冷冻水系统，由于系统需求变化幅较大，年平均节电率可达40%以上，若是原设计留有较大富余量的系统，则其节能效果将会更加显著。
4、水循环系统的改造包括以下三个方面：
（1）、改造冷冻水循环系统
根据具体使用情况及设计要求，在冷冻站设置一套冷冻水系统智能节能系统。通过该系统可实现冷冻泵根据系统需要自动/手动运行，及互为备用运行。冷冻水控制系统的节能改造是由冷冻水流量计、冷冻水供回水压差传感器、温度传感器、智能模糊控制器和变频器组成。通过此系统，可把冷冻水供回水温度控制在适当范围内，使冷冻水泵的转速相应于负荷的变化而变化。随着季节和早晚的温度变化，冷冻水系统可达到30-60%的节能效果。如果设置了二级泵的系统，应将二级泵的控制器和变频器连同一次泵系统一起纳入到整体节能管理系统中优化控制管理。并且，一级泵和二次泵的流量变化要做到动态同步跟随，这样实现的整个水系统的整体节能就能达到一个比较好的效果，并且更加强化了对主机的安全保护和优化了主机的运行状态。
(2）、改造冷却水循环系统
根据具体使用情况及设计要求，在冷冻站设置一套冷却水系统智能节能系统。通过该系统可实现冷却泵根据系统需要自动/手动运行，及互为备用运行。冷却水智能节能系统，采用冷却水流量、温度传感器、智能模糊控制器和变频器组成控制系统。通过此系统，可把冷却水温差控制在适当范围内，使冷却水泵的转速相应于中央空调系统散热量的变化而变化，使系统在满足空调主机最优工况的条件下，随着季节和早晚的温度变化，冷却水系统可达到30－50%的节能效果。
(3)、改造冷却塔系统
中央空调系统中的冷却塔系统，结合空调主机运行的实际情况，冷却塔系统在控制上实现与机组开启关停联动，并可根据供回水温度自动调整启停台数，如果是设置多台散热风机的方形冷却塔，还可以进一步细化到调节散热风机的开启数量，从而实现和主机循环水系统的自动控制功能，并且优化运行参数，可实现冷却塔系统的10%以上的节能效果。在智能化的中央空调节能系统的监控下，因负荷的波动使制冷主机偏离最佳工况时，控制系统通过改变循环水的运行参数，同时也改变制冷主机的能效比，除了水系统本身的节能以外，制冷主机也因此而一直保持着最佳的能效比，从而实现系统的综合节能。
结束语
总之，空调系统节能改造的结果是从全方位出发降低中央空调能耗，提升电能的使用效率，不但节能效果十分显著，而且降低了设备的寿命周期费用，无论是对人类社会，还是对企业效益，其意义都十分重大。
参考文獻：
中央空调系统模糊控制节能技术及应用/李玉街，蔡小兵，郭林编著北京:中国建筑工业出版社；2009
中央空调暖通空调制冷设计安装与运行维修图书/何耀东，何青主编北京:冶金工业出版社；1998
中央空调的运行管理与维修/李援瑛主编北京:中国电力出版社；2001
中央空调系统设计/主编余跃进南京:东南大学出版社；2007
【关键词】：中央空调；节能；设计；运行管理
中图分类号：TU831.3+5文献标识码： A 文章编号：
引言
中央空调系统是为空调建筑服务的，要实现中央空调系统的节能，首先应设计合理，而合理的设计首先要从总体效率的角度进行设备选型和系统配置、要设置优化的运行参数、要有系统经济运行和技术管理的明确指引。下面就中央空调的设计与节能管理谈几点自己的看法。
一、中央空调的运行机制
中央空调系统是由一系列驱动流体流动的运动设备(如水泵、风机及压缩机)、各种型式的热交换器(如风机盘管、蒸发器、冷凝器及中间热交换器等)及连接各种装置的管道(如风管、水管及冷媒管)和阀件所组成。系统一般可分下列五个循环：（1）室内空气循环（2）冷水循环（3）冷媒循环（4）冷却水循环（5）室外空气循环。
二、中央空调的节能设计思想分析
要使中央空调系统任何时候都工作在最合理的经济运行范围内，除了设计和硬件设施的配置合理、运营管理措施到位以外，必须通过智能化的节能管理控制模式优化系统运行参数，实现最大化的节能。
历年来，人们在空调节能改造方面作过很多尝试，单纯采用的变频器和PID调节器组合，各自单独变流量控制水系统、冷却水系统和变风量控制排风系统，甚至采取冷却水热回收、排风热回收等措施，都是曾经非常流行的节能方式，虽然可以减少各子系统的能耗，但只能从局部去解决问题，没有全面采集影响空调系统运行的各种参数，按系统最优化的原则运行，也无法改变主机热转换的效率，其节能效率必然受到较大的局限。
实际上，系统在运行过程中，随着系统负荷的变化，必然导致整个系统运行参数偏离空调主机的最佳设计参数，导致主机热转换效率降低，这一直是传统中央空调系统运行方式无法解决的一大难题。只有任何时候都保持着合理优化运行参数，才能做到最大限度地提高中央空调的效率。
目前，在不更换主要设备的前提下，比较成功节能实例是采用智能化的中央空调节能控制系统。所谓智能化的中央空调节能控制系统是根据实际情况和经验数据在控制器中建立知识库、模糊控制模型和模糊运算规则，形成智能模糊控制。通过传感系统将全面采集到影响空调系统运行的各种参数，反馈到系统控制中心，经过知识库、模糊控制、进行系统寻优、参数重设等，以系统最优的原则，经智能模糊运算，得出相应的全面控制参数，通过控制变频器、电动阀门，仪表等元器件，控制冷冻水系统、冷却水系统、冷却塔系统、电动阀、多台主机启停、甚至侵入到主机调节冷媒流量等，做到既可监又能控，从而改变空调系统循环流体的流量和温度等运行参数，以保证整个系统在各种负荷条件下，均处于最佳工作状态，使空调主机、水泵等设备始终处于最优化的工作点上，从而提高系统能源利用率，实现了中央空调系统在运行中的高效节能和安全舒适。知识库的数据设置得越细，控制精度越高。不仅对中央空调各部分进行全面控制，而且通过系统集成技术将各个控制子系统在物理上、逻辑上和功能上相互连在一起，实现它们之间的信息综合、资源共享，实现中央空调全系统综合性能优化和协调运行。
三、中央空调的节能措施
1、加入主机自动控制系统。
根据空调末端负载变化而自动调整主机的启停台数和大小机运行的负载率。使得主机的运行台数和运行负载率随着负荷的变化而变化，始终使每台制冷主机运行在最佳COP的负载率状态下，既减少主机的能耗，又大大延长主机使用寿命、减少维护成本。
2、设置能源监测管理系统。
通过全面采集中央空调的各种运行参量，利用先进的变温差模糊控制技术对这些相互关联、相互影响的运行参量进行动态优化控制，以满足中央空调系统非线性和时变性的要求，使空调主机始终运行在最佳工况，以保持最高的热转换效率，以最佳工况减少主机的总体能耗。
3、改造空调循环水系统。
由于中央空调系统是一种多参量非常复杂的一个系统，即当气温、末端负荷发生改变时，水系统温度、温差、压力、压差、流量等均会发生改变，单纯的PID调节根本满足不了要求，在水路管网系统按原来方式运行不加以改动的前提下，采用变温差变流量模糊控制技术，按实际流量需求自动调节水泵转速，可大幅度降低水系统能耗，实现最佳节能控制。根据轴功率与转速的三次方成正比的关系，在不改变空调使用效果的前提下，水泵电机转速若降低10%，其轴功率就减少27.1%，电机转速若降低20%，其轴功率就减少48.8%，许多成功的案例证明，经改造后的的空调系统，冷冻水泵和冷却水泵通常都在38HZ～42HZ之间运行，即使扣除变频器本身4%～6%的功耗，该子系统至少可节电20%～40%，尤其是冷冻水系统，由于系统需求变化幅较大，年平均节电率可达40%以上，若是原设计留有较大富余量的系统，则其节能效果将会更加显著。
4、水循环系统的改造包括以下三个方面：
（1）、改造冷冻水循环系统
根据具体使用情况及设计要求，在冷冻站设置一套冷冻水系统智能节能系统。通过该系统可实现冷冻泵根据系统需要自动/手动运行，及互为备用运行。冷冻水控制系统的节能改造是由冷冻水流量计、冷冻水供回水压差传感器、温度传感器、智能模糊控制器和变频器组成。通过此系统，可把冷冻水供回水温度控制在适当范围内，使冷冻水泵的转速相应于负荷的变化而变化。随着季节和早晚的温度变化，冷冻水系统可达到30-60%的节能效果。如果设置了二级泵的系统，应将二级泵的控制器和变频器连同一次泵系统一起纳入到整体节能管理系统中优化控制管理。并且，一级泵和二次泵的流量变化要做到动态同步跟随，这样实现的整个水系统的整体节能就能达到一个比较好的效果，并且更加强化了对主机的安全保护和优化了主机的运行状态。
(2）、改造冷却水循环系统
根据具体使用情况及设计要求，在冷冻站设置一套冷却水系统智能节能系统。通过该系统可实现冷却泵根据系统需要自动/手动运行，及互为备用运行。冷却水智能节能系统，采用冷却水流量、温度传感器、智能模糊控制器和变频器组成控制系统。通过此系统，可把冷却水温差控制在适当范围内，使冷却水泵的转速相应于中央空调系统散热量的变化而变化，使系统在满足空调主机最优工况的条件下，随着季节和早晚的温度变化，冷却水系统可达到30－50%的节能效果。
(3)、改造冷却塔系统
中央空调系统中的冷却塔系统，结合空调主机运行的实际情况，冷却塔系统在控制上实现与机组开启关停联动，并可根据供回水温度自动调整启停台数，如果是设置多台散热风机的方形冷却塔，还可以进一步细化到调节散热风机的开启数量，从而实现和主机循环水系统的自动控制功能，并且优化运行参数，可实现冷却塔系统的10%以上的节能效果。在智能化的中央空调节能系统的监控下，因负荷的波动使制冷主机偏离最佳工况时，控制系统通过改变循环水的运行参数，同时也改变制冷主机的能效比，除了水系统本身的节能以外，制冷主机也因此而一直保持着最佳的能效比，从而实现系统的综合节能。
结束语
总之，空调系统节能改造的结果是从全方位出发降低中央空调能耗，提升电能的使用效率，不但节能效果十分显著，而且降低了设备的寿命周期费用，无论是对人类社会，还是对企业效益，其意义都十分重大。
参考文獻：
中央空调系统模糊控制节能技术及应用/李玉街，蔡小兵，郭林编著北京:中国建筑工业出版社；2009
中央空调暖通空调制冷设计安装与运行维修图书/何耀东，何青主编北京:冶金工业出版社；1998
中央空调的运行管理与维修/李援瑛主编北京:中国电力出版社；2001
中央空调系统设计/主编余跃进南京:东南大学出版社；2007