何绍武
摘要：随着我国国民经济的持续增长，人民生活水平不断提高，对居室装潢布置的品位要求和空调的舒适性以及室内空气品质的要求越来越高，同时，对制冷装置节能高效、冷（热）负荷较大和能量宽度调节等要求，促使中央空调成为我国21世纪居住环境空调的首选产品。伴随而来的能源问题尚待解决。
关键词：中央空调节能可行性分析
使用空调耗去的电力，已占60%的总发电量。若把空调调高1度，这小小的动作便可节省3%的空调电费。若全体市民响应，全年节省电力多达3.3亿度，即减少排放253万吨的二氧化碳。否则要用上8个香港面积的森林，花上一年时间才能“净化”这253万吨的废气”。
一.中央空调的品牌竞争
前几年还是约克、大金、开利等国外品牌占领国内商用空调市场，近几年已风生水起，海尔、美的、格力、松下、LG等企业纷纷进入这一领域，以争取更多主动权。
海尔1996年开始涉足中央空调领域。美的2002年开始进军小型中央空调领域，并借商用空调生产基地落成之势也正大力推广其“MDV”。格力二三期空调基地，将重点用于中央空调项目；并且在机构设置上已经将商用空调的营销和研发与家用空调业务分开，并兴建总投资超过5亿元，建筑面积近10万元平方米，国内规模最大中央空调生产基地，显示出进军中央空调市场决心。开利在中国已有20年历史。目前开利在华企业已从1984年的1家成长为9家，分别从事冷冻和空调类产品生产、销售及服务业务，在中国建立了广泛的销售和服务网络。针对中国空调市场发展趋势，开利在去年底宣布进军轻型和家用中央空调领域。LG电子从1996年开始在韩国生产和销售商用空调，从2002年起，完全由韩国进口的LG商用空调开始进入中国市场，并在中国北方最大的家电生产基地——LG电子（天津）电器有限公司组建一整套系统的市场推广组织。
二.当前空调系统设计中的节能措施
1.采用楼宇设备自动控制技术对空调末端装置进行控制
在智能建筑中通常采用楼宇设备自控系统，对中央空调系统末端的新风机、回风机、变风量风机、风机盘管等装置进行状态监视和使用的“精细化”控制，以实现节能的目的。它通过DDC(直接数字控制器)控制器，将检测的相关量值进行PID(比例、积分、微分)运算，实现对上述设备的PID控制，达到一定的节能效果。这种对空调末端设备的控制可节能10％-15％，因为不能实现对空调制冷站及空调水系统的智能控制，因此，节能效果不显著。这种节能控制技术的典型代表产品和生产厂商有：
(1)美国霍尼韦尔公司EXCEL5000楼宇设备自控系统；
(2)美国Johnson公司的楼宇自动化系统；
(3)德国西门子公司S600顶峰系统等。
空调末端设备的控制采用楼宇自动化系统(BAS)，这些设备的主要特性均实现了对空调末端设备的节能自动控制，并为动态变流量空调节能控制系统的运行创造了更为良好的外部条件。
2.采用通用变频器对中央空调系统中的水泵和风机进行控制
为降低中央空调系统的能源浪费，宜采用通用变频器来控制空调系统的水泵和风机，通过对供、回水压差或温差的采集，对水泵和风机进行PID调节，以达到节能效果。这种控制方法通常可以节约水泵和风机等电机拖动系统的电能约20％，最高可达30％。这种节能控制技术的生产厂商和典型代表产品有：
(1)美国AB(AllenBradley)公司，代表产品有通用变频器1336PLUSII系列产品；
(2)法国施耐德电气(SchneiderElectric)公司，代表产品有Ahivar38系列异步电动机变频器；
(3)德国西门子(SIEMENS)公司，代表产品有通用变频器MICROMASTER440系列产品。
三.动态变流量空调节能控制系统
1.动态变流量控制原理
当空调负荷发生变化时，通过采集一组参数值(如下图所示)经模糊运算，及时调节冷水机组、各水泵和冷却塔风机的运行工作参数，从而改变冷水机组工作状态、冷冻(温)水和冷却水流量，改变冷却塔风机的风量，确保冷水机组始终工作在效率最佳状态，使供回水温度始终处于设定值，从而使主机始终处于高转换效率的最佳运行工况。
动态变流量控制的核心是变流量控制器，在控制器中建立了知识库、模糊控制模型和模糊运算规则，形成智能模糊控制。通过采集影响冷水机组运行的各种参数，经模糊运算，得出相应的控制参数，这些控制参数被送到冷水机组、冷冻(温)水控制子系统、冷却水控制子系统、冷却塔风机控制子系统。这些子系统根据控制参数的变化，利用现代变频控制技术，改变空调系统循环水的流量和温度，以保证整个系统在满负荷和部分负荷情况下，均处于最佳工作状态，从而最终达到综合节能的目的。
2.动态变流量节能控制方法
1）变流量冷却水泵系统
当末端空调负荷减少时，反映到冷水机组将出现冷却水出水温度降低的现向，温度传感器检测出这种变化趋势后，模糊控制系统将自动降低冷却水泵的工作频率，降低冷却水进水流量，提高冷却水出水温度，并使进、出水温差控制在最佳设定值上，维持冷水机组的高效率运行。
2）一次泵变流量系统
当末端空调负荷变小时，末端空调设备前的两通阀将会关闭或减小，负荷侧回路管路的阻力增大，冷冻水供、回水温差将出现减小，供回水管的压差将出现增高的趋势。水温传感器及水流压差器检测出这种趋势后，模糊控制系统将自动降低冷冻水泵的工作频率，减少冷冻水流量，并使供回水温差及供回水压差控制在最佳设定值上，维持冷水机组的高效率运行。
3）二次泵变流量设计
二次泵变流量系统分为一级泵变流量系统和二级泵变流量系统。其控制原理及效果与一次泵变流量大致相同(在这里不再一一赘述)。而一级泵系统负责确保冷水机组的安全运行，一级泵系统的旁通管路一般设计为直通管，管径按一台冷水机组额定流量设计。一次泵变流量系统跟踪二级泵环路的流量变化，并保证一级泵环路的流量大于二级泵环路的流量，使旁通冷冻水管保持从供水管流向回水总管。当旁通管的流量超出设定值的范围时，变流量控制器将模糊PID调节一级泵的工作频率，使旁通管的流量返回设定值。
四.动态变流量节能控制系统与目前通用变频器控制系统的区别
1.控制原理不同
通用变频器控制是采用通用变频器对受控的水泵电机、风机电机进行单独的控制。动态变流量节能控制系统是采用模糊控制技术与变频技术相结合的控制原理，虽然也使用了通用变频器(VVVF)，但它不是采用PID控制方式，而是采用模糊控制方法。
2.控制方法的不同
中央空调系统的受控参数受季节变化、环境变化、使用时间、人流量等多种因素的综合影响，是一个随机变量，而不是一个线性系统，只是一个非线性系统。
通用变频器所采用的最重要的控制参数，如比例系数K、积分时间常数T1和微分时间常数Td都是使用经验数据或试验数据确定的，一旦选定就不能自动调节。
3.控制效果的不同
通用变频器用PID控制方法，控制非线性系统时，很容易引起中央空调系统的强烈振荡，使控制范围在较大范围内波动，增加了系统的能耗，也很容易使系统长时间都不能达到给定值的稳定状态，控制效果不理想，对于主机所配套的冷冻水泵和冷却水泵以及冷却塔风机等设备的节能最多在20％-30％之间。动态变流量节能控制系统由于建立了优化模糊控制模型，对于中央空调系统可能出现的问题都给出充分的估计，因此，在计算中存储的总决策表能提供最佳的控制方案，系统稳定性好，极少出现振荡现象，系统很快就能达到稳态。