城市建筑中中央空調常見節能技術分析

一、節能潛力與技術背景分析

市場潛力

隨著社會經濟的高速發展，城市建筑（政府部門、星級酒店、寫字樓、大型商場綜合性大樓等）的數量及容量日趨增大。據統計，我國已安裝中央空調的建筑物約有7萬棟左右，若能全部采用節能技術，保守預估每年可節電約500億kw.h，節約電費開支約378億元。由此可見，城市建筑具有巨大的節能潛力。

背景分析

中央空調系統的設計一般按建筑物所在地的極端氣候條件來計算其最大負荷，并以其最大冷（熱）負荷的1.2-1.5倍確定空調主機的裝機容量及空調水系統的供水流量。然而，實際上每年絕大多數中央空調系統在大部分時間是在部分（低）負荷狀態下運行，實際空調負荷平均只有設備設計能力的50%左右，因此出現了“大馬拉小車”的現象，不但浪費大量能源，而且還帶來設備磨損，縮短壽命等一系列問題。

另一方面，城市建筑中央空調負荷具有較大變動性，長期以來，由于季節交替、氣候變幻、晝夜輪回、人流量增減（賓館入住率的變化）及使用場所等各種因素變化的影響，在傳統的定流量控制方式，僅依靠人工手段對空調系統進行控制和管理，空調系統的運行不能實現冷媒流量跟隨末端負荷的變化而動態調節，勢必造成了巨大的能源浪費。

盡管現在許多空調主機已能夠根據負荷變化自動隨之加載或減載，但與冷凍主機相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能跟隨負荷的變化自動調節負載，始終在額定功率下運行，仍然造成了輸送能量的很大浪費。

二、常見節能技術概況與控制原理

節能技術概況

近年來，隨著自動化控制技術的發展，計算機技術和變頻技術日趨完善，智能模糊控制技術已被成功引入和應用在中央空調控制領域。與傳統的恒溫差、恒壓差PID調節控制方式不同，中央空調智能模糊控制系統將計算機技術、模糊控制技術、系統集成技術和變頻調速技術集合應用于中央空調的系統控制，為用戶提供了一個先進的智能化和個性化的中央空調運行管理技術平臺，實現了中央空調冷媒流量系統運行的智能模糊控制，在保證空調服務質量的前提下實現了中央空調系統的高效節能運行，可使空調主機節能10%-30%，水泵、風機節能60%-80%（中央空調系統綜合節能達20%-40%）。

控制原理

模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎的計算機智能控制，尤其適合于中央空調這樣復雜的、非線性的和時變性系統的控制。中央空調智能模糊控制系統采用了模糊預測算法對冷凍水系統進行控制，當環境溫度、空調末端負荷發生變化時，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將檢測到的這些參數送至模糊控制器，模糊控制器依據所采集的實時數據及系統的歷史運行數據，實時預測計算出末端空調負荷所需的制冷量，以及各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量的最佳值，并以此調節各變頻器輸出頻率，控制冷凍水泵的轉速，改變其流量使冷凍水系統的供回水溫度、溫差、壓差和流量運行在模糊控制器給出的最優值。

系統對冷凍水系統采用了輸出能量的動態控制，使空調主機冷媒流量跟隨末端負荷的需求供應，使空調系統在各種負荷情況下，都能既保證末端用戶的舒適性，又最大限度地節省了系統的能量消耗。

系統對中央空調冷卻水及主機系統采用系統模糊優化的控制方法，當環境溫度、空調末端負荷發生變化時，中央空調主機的負荷率將隨之變化，系統的最佳轉換效率也隨之變化。模糊控制器在動態預測控制冷媒循環的前提下，依據所采集的空調系統實時數據及系統的歷史運行數據，計算出冷卻水最佳進、出口溫度，并與檢測到的實際溫度進行比較，動態調節冷卻水的流量和冷卻塔風量，使系統轉換效率逼進不同負荷狀態下的最佳值，保證中央空調系統在各種負荷條件下，均處于最佳工作狀態，從而實現中央空調系統能耗最大限度的降低。

三、控制手段

數據的集中監視和設備的自動控制

系統內部實現模糊控制器與各控制柜之間的通信連接，將各水泵的狀態、以及中央空調系統中的主要過程參數在統一的軟件監視界面上分別顯示出來（與用戶接口的監控界面為觸摸屏操作方式的中文軟件界面），進行集中監視。

◆系統預加壓功能

空調主機開機后，冷凍（溫）水泵在上位機軟件規定的時間內先在允許的最高頻率運行，使其至少完成一個水循環周期，然后再進入系統自動調節模式，以保證空調管路中無氣阻現象。

冷凍水供水低溫保護

當空調主機冷凍水供水溫度低于設定的下限值時，一級泵系統的冷凍水泵或二級泵系統的一次冷凍水泵應立即進入低溫保護運行模式，快速提高冷凍水供水溫度，直至溫度值不低于設定的下限值為止，以保障空調主機蒸發器不致因溫度過低而結冰凍管。

冷凍水低流量保護

當空調主機冷凍水供水流量低于設定的下限值時，一級泵系統的冷凍水泵或二級泵系統的一次冷凍水泵應立即進入低流量保護運行模式，快速增大冷凍水流量，直至流量值不低于設定的下限值為止，以保障空調主機蒸發器的安全。

凍（溫）水供回水低壓差保護

當冷凍（溫）水供回水壓差小于設定的下限值時，系統應自動采取增大冷凍（溫）水供回水壓差的措施，直至壓差值不低于設定的下限值為止，以保障用戶空調末端的空調效果。

冷凍（溫）水供回水高壓差保護

當冷凍（溫）水供回水壓差大于設定的上限值時，系統應自動采用減小冷凍（溫）水供回水壓差的措施，直至壓差值不高于設定的上限值為止，以保障管路系統的安全。

冷卻水出水高溫保護

當空調主機冷卻水的出水溫度高于其設定的上限值時，系統應自動采取措施，降低冷卻水的出水溫度，直到冷卻水出水溫度不高于設定的上限值為止，以保障主機安全運行。

工變頻切換

當控制系統故障后，為了保證空調系統的正常使用，智能控制柜中設置有一套電氣互鎖的工變頻轉換裝置。當需作能耗比較測試或變頻器因嚴重故障短時間內不能恢復或置換時，可方便快捷地切換為原工頻狀態運行。

總結

隨著國內的城市綜合體、酒店、綜合大樓等城市建筑的大量興建，中央空調能耗已成為城市建筑設計和運營過程中亟待解決的重要課題。新型商業模式和先進節能技術的成功引入和推廣，為各行業客戶帶來巨大的節能經濟收益和社會效益，同時也必將推動我國節能投資機制的深入變革，為節能產品在建筑節能領域的推廣和應用提供良好的發展前景。