曹秋声
摘要：本文介绍了一种新型中央空调节能控制系统。系统基于变预技术，结合最优化控制、模糊控制以及计算机技术，具有负荷随动跟踪特性。结合专用管理专家系统软件，成为中央空调系统节能控制领域的发展趋势。
关键词：中央空调；节能；变频；负荷随动
1引言
随着电能紧缺问题的日益严重，节能技术已被政府部门、各行各业所重视并推崇。现代高层建筑及智能大厦的飞速发展，中央空调由于其高能耗性已成为令人最为关注的难题之一，其节能技术的研究日益加强。
根据节能技术原理以及适用情况不同，目前一般有几种不同的节能方案：(1)热交换型（余热利用），是通过平隔板完成空调回风和新风透过型全热交换的，缺点是节能幅度低；(2)水（冰）蓄冷型的原理是夜间将空调冷冻水制冷并储存，白夭不开空调主机仅使用水系统循环制冷，特点是避峰但不节电；(3)通用变频器型是利用通用变频器实现对风机和水泵运转的PID控制，局限性在于一旦选定了比例常数Kp、积分时间常数TI和微分时间常数TD之后，控制方式就已经确定，不可能跟随受控量值的变化而自动调整，也就是不可能达到最佳的节能效果。
新型中央空调节能控制系统要求能够随动跟踪系统实时变换负荷量，调节系统中各能耗设备功率输出以适应空调负荷的变化，并保证主机系统始终处于优化的最佳工作点上，使空调系统的效率（COP值）始终保持最大值。这就要求系统必须在采用一般变频节能技术的基础上，综合运用最优化控制原理、模糊控制技术、计算机技术，最后成为一种具有负荷随动跟踪节能控制功能的新型中央空调节能控制系统。
2中央空调变频节能技术原理
2.1中央空调及电控系统基本组成
大、中型中央空调由三部分组成：制冷／制热站、空调水管网系统、空调末端装置（空调机组，风机盘管和新风机组等）。中央空调系统的耗能拖动设备主要有：冷水机组拖动系统（中央空调主机）；冷冻泵拖动系统（由若干台水泵组成）；冷却泵拖动系统（由若干台水泵组成）；风机拖动系统（包括若干室内风机和若干冷却塔风机）。中央空调变频调速系统的控制依据是：中央空调系统的外部热交换由两个循环水系统来完成。循环水系统的回水与进（出）水温度之差，反映了需要进行热交换的热量。因此，根据回水与进（出）水温度之差来控制循环水的流动速度，从而控制热交换的速度，是比较合理的控制方法。同时，循环水进出口压差也可以作为控制的一种参数。
中央空调电控系统由主机系统、冷冻水子系统、冷却水子系统等组成。其中冷冻水子系统、冷却水子系统的节能潜力非常大。由于客流量和昼夜气温变化很大，每一时刻所需的冷（热）量的变化也很大。由于电机不能调速，外界的气温和客流量的变化不受人为的控制，为了满足最大客流量的要求，冷冻水泵（热泵）、冷却水泵、冷却风机都必须长期运行在满载荷状态。这样造成泵机的电能和压缩机组的冷量浪费非常巨大。
2.2中央空调变频节能技米基本原理
选用冷冻泵变频子系统、冷却泵变频子系统、冷却风机变频子系统，自动检测冷冻水、冷却水温度，自动调节冷冻水泵（热泵）、冷却水泵、冷却风机，使其处于最佳经济运行状态，同时可减少冷（热）量在管道循环中的浪费。
以冷冻泵变频子系统为例，其控制方案如图1所示。它的水温撒于蒸发器的设定值，回水温度撒于蒸发器接收的热量，中央空调冷冻水出水的温度与冷冻水的回水温度设计最大温差为5C（出水为8℃，回水为13℃)。现采用在蒸发器的出水管和回水管上装有检测温度的变送器。再与PID温度调节器、控制器和变频器组成闭环控制系统，通过冷冻水的温差来控制，使冷冻水泵机组的转速相应于热负载的变化而变化，当第1台电机已达到工频但达不到要求时就可启动第2台电机，工频运行，然后调控第1台电机。这样不断调整控制，使其达到最佳的效果。
图1冷冻泵变频子系统控制结构图
3新型中央空调节能系统
3.1新型中央空调节能系统概述
新型中央空调节能系统是在变频控制的基础上，运用最优化控制原理、模糊控制等现代控制理论技术，结合现代计算机技术以及机电一体化技术集成的一个智能化控制系统。它可根据空调末端负荷的变化和空调主机的运行工况，自动对中央空调水系统参数（温度、压力、流量等）进行完整的采样和控制，使系统冷媒流量跟随负荷的变化而同步变化，同时优化主机运行环境，从而达到大幅度降低能源消耗的目的。
具体地说，就是对中央空调能源运行系统的动态监测和闭环控制，最佳控制、模糊控制等现代控制理论技术，结合现代计算机技术，将空调主机的定流量运行改为变流量运行，实现空调主机冷媒流量跟随末端负荷需求而同步变化，在空调系统的任何负荷条件下，都能既确保中央空调系统的舒适性，又实现最大的节能。
3.2负荷随动跟踪节能控制技术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，在一个计算机平台上进行集中控制和统一管理。根据系统的运行工况及制冷工作参数的变化，通过模糊控制器动态调整空调系统运行参数，确保空调主机始终处于优化的最佳工作点上，使主机始终保持具有高的热转换效率。如图2所示。
中央空调系统负荷变化造成空调主机及其水系统偏离最佳工况时，模糊控制器根据数据采集得到各种运行参数值，如系统供回水温度、供回水压差、流量及环境温度等，经推理运算后输出优化的控制参数值，对系统运行参数进行动态调整，确保主机在任何负荷条件下，都有一个优化的运行环境，始终处于最佳运行工况。
3.3中央空调管理专家系统
新型中央空调节能系统是一个集成的大系统，根据其规模的大小对应配置同等规模的成套设备进行控制。为了便于用户的实时系统状况监控，根据不同用户灵活配置系统、运行策略选择、数据分析及系统管理，还必须有一套强大的系统管理软件。
图2系统控制结构图
基于系统集成技术和组态软件技术的中央空调管理专家系统可以胜任此项工作。中央空调管理专家系统一般可由下面几个子系统组成：
(1)系统组态：根据用户不同规模、需求灵活配置系统的控制对象规模及连接方式。
(2)运行策略：根据用户特点及不同需求灵活选择最佳运行策略，包括系统控制模式、联动控制对象、服务质量控制等。
(3)状态监控：通过全面的运行参数采集，利用图形化的组态软件全面、形象、动态、实时地提供系统运行状态的监视与控制，包括主机系统、一次冷温水系统、二次冷温水系统、冷却水系统、冷却塔系统、阀门系统、器件系统等。
(4)数据分析：记录系统运行的主要参数，并进行统计和分析，提供用户决策判断的依据，包括能耗曲线、主机效率曲线、电耗累计值、操作记录、故障记录等。
(5)系统管理：主要给系统及企业管理者提供信息平台及管理平台。
安装中央空调管理专家系统后，不但操作人员能够在计算机上实时监控冷水机组、冷冻水泵机组、冷却水泵机组、冷却水塔、楼层风柜、新风机、送风机、排风机工作状态，以及楼宇内外环境温度、湿度、楼层温度、空气品质、冷冻、冷却水供回水温度、压力、主要设备消耗功率等上百个工艺参数，降低设备运行的盲目性，而且大厦各级管理人员也可以随时通过计算机网络对整个中央空调系统运行状况进行监视，提高楼宇管理水平。
中央空调管理专家系统能够将整个中央空调系统设备运行状态、工艺参数、故障报警无限期保存并打印，供管理人员随时查阅。自动记录空调设备累计运行时间，为设备检修提供依据。中央空调管理专家系统对系统操作进行了权限设定，包括管理级、工程师级、操作员级，从而保证了系统运行的可靠性和安全性。
4结论
中央空调节能技术的推广给企业带来的社会效益和经济效益是显而易见的，而且符合环保节能的理念，因此近几年得到了大力发展。大部分已实施的中央空调节能项目都是采用了如引言中所述的前三种技术（以通用变频器节能最广泛），也取得了一定效果。但是，它们的共同缺陷是没有从整个系统出发，综合利用所有的系统参量和工况信息，在负荷随动的情况下，能根据科学的控制方法，使主机系统始终处于优化的最佳工作点上，使空调系统的效率(COP值）始终保持最大值。另外，一套科学的系统专家管理软件对于大系统而言，也是非常必要的。这些都是中央空调系统节能控制领域的发展趋势。
参考文献
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