对空调自控系统节能的几点看法

　　摘要:本文是笔者结合自己多年的工作经验，对空调自控系统节能的几点看法，并对空调的冷却系统的节能控制作了重点阐述，以供大家参考。
　　关键词:自控系统;节能;通风系统;建筑节能;空调系统
　　1、空调系统节能控制的典型做法
　　1.1恒温器控制
　　如图1所示。在很大的范围内,恒温器将整个温度控制在一定范围之内,既不要求供冷,亦不要求供热。
　　1.2经济循环控制
　　只要室外气温足够低,就可以将室外空气作为一种冷源。充分利用室外空气做冷源是空调系统节能的重要途径之一。
　　经济循环控制图如图2所示。通常取室外空气温度上限为18℃,在此条件下,调节回风阀、排风阀和新风阀,以保证混风温度的设定值(通常为13～16℃),达到节能的目的。具体做法是:当送风机不运行时,排风阀和新风阀联锁成关闭,回风阀联锁成打开。当室外气温超过上限温度设定值时,新风阀关小至一个固定的最低值,排风阀和回风阀也相应地关小或打开。
　　
　　图1死区恒温器控制
　　
　　DM—电动执行器;NC—数字控制
　　图2经济循环控制
　　1.3焓值经济循环控制
　　当潜热负荷较大时,可以用焓值经济循环控制代替经济循环控制,以进一步减少能量消耗。这时可以把室外气温上限的判断改为下列条件:
　　(1)固定的焓值上限。
　　(2)室外空气焓值低于回风焓值。
　　(3)焓值与上限温度结合。
　　1.4夜间冷却控制
　　在非工作时间,夜间冷却方式采用100%新风冷却。房间被冷却到设定温度(通常高于室外空气温度5℃)。
　　夜间冷却的限制条件是:室外气温高于室内气温,室外空气露点温度太高,或室外气温太低(通常是10℃以下)。通常在太阳升起前,室外气温最低时,起动夜间冷却循环。只要室外空气状态允许,而室内需要供冷,冷却循环即是优化起动过程的第一步。夜间冷却控制如图3所示。
　　
　　图3夜间冷却控制
　　1.5变风量加热控制
　　在非工作时间,加热过程不需要室外空气,通常是使新风阀和排风阀保持关闭。如果是带回风机系统,则新风阀应处于最小位置,且送风量的最大值为回风量,以使管道内的正压或负压最小。压力限制控制器可以防止过压或负压下管道的n损坏。送风机加热控制如图4所示。
　　
　　图4送风机加热控制
　　1.6可变定风量(零能区)双管末端装置
　　可变定风量(零能区)双管末端装置在供热和供冷管道入口处设有阀门。两个阀门联锁成反向动作,只需一个控制执行器,并设有总流量阀门和执行器。房间恒温器直接控制入口混风阀门,流量控制器控制流量阀门。当空调区域的热负荷发生变化时,房间恒温器从最大到最小重新设定流量控制器。在控制范围内的一部分区域,热风和冷风是混合的。
　　可变定风量(零能区)双管末端装置在冷风管和热风道入口处也设有阀门,并有单独的阀门执行器和流量控制器,但没有总流量阀门。当房间负荷改变时,零能区(ZEB)房间恒温器以系列方式重新设定流量控制器的设定值。在零能区既不需要供冷亦不需要供热时,流量控制器保持一个用于通风目的的最低流量(可调),且阀门动作没有重叠。无论可变定风量双管末端装置是否有零能区,其能耗基本一样。
　　1.7供热曲线控制装置
　　供热曲线控制装置是一种有室外气温补偿的加热温度设定值计算器,亦即通过一条供热曲线由软件为加热温度设定值赋值。如果连接一个房间温度传感器,则室外气温补偿控制器可以自动采用这种供热曲线。
　　对每一个供热回路,室外气温补偿控制器需要一条特定的供热曲线,以便根据室外气温正确地确定加热后的空气温度。供热曲线表明了室外气温与加热温度的关系。
　　该控制器使用多个参数(由经验确定)以保证供热的经济运行。控制器的主要任务是根据一个时间表控制所需要的温度,也维持几个对系统或建筑物安全有关的温度。控制器也可以利用房间温度、室外气温和加热后空气温度的平均值,自动地调整供热曲线。
　　1.8热水系统的控制
　　锅炉和冷机的生产厂家通常都在锅炉和冷机上安装有自控设备。其自控功能可分为容量控制和安全控制两大类。
　　(1)容量控制。使供热(冷)能力随负荷而变化。设计者需要了解这些控制功能,以便把它们集成到包含多种设备的控制系统中去。
　　(2)安全控制。一旦检测到不安全因素时,产生报警并关机。如果有上述控制系统,则把报警信号传输到控制中心。
　　锅炉向热水系统的供热量通过调节火焰和开关锅炉来控制。火焰调节是由锅炉自身的控制装置来完成的,但增减锅炉的时机以及供水温度要由控制系统的设计者来决定。
　　热水输送控制包括锅炉房或换热站的热水温度的控制,热水温度的重新设定,以及各热区的控制。其他需要考虑的因素包括:
　　(1)通过锅炉的最小水量。
　　(2)在温度发生剧变时锅炉的保护。
　　(3)防止盘管冻结。如果使用了多种热源或替代热源(如冷凝器热回收或太阳能蓄热装置等),则控制策略中应包括热源排序或选择最经济能源的办法。
　　图5所示是一个燃气或燃油锅炉的负荷控制系统。锅炉的安全控制通常包括灭火、高温,以及其他一些关机控制。间断燃烧通常靠控制容量,而在较大的系统中通常靠调节燃料的输入。在大多数情况下,锅炉控制为恒定水温,而室外温度可以对水温进行重新设定(供应生活热水的锅炉除外)。在图5中,根据预定的设定方法,由室外温度重新设定供水温度。为尽量减少烟气冷凝和锅炉损坏,设定水温不要低于厂家的推荐值,通常为60℃。
　　
　　图5热水系统的负荷和区域控制
　　在图5所示的系统中,在热盘管附近有三通控制阀,以确保流经锅炉的最小流量。区域控制可通过改变热盘管的流量来实现。一个房间恒温器控制一个三通阀,从而改变通过盘管的流量。预热控制使用第二个三通控制阀,通过改变混水流量来实现,其中的循环泵保持通过预热盘管的恒定流量,以防冻结。当较大的系统泵运行费用相当高时,可采用变速泵,带最小流量旁通阀的泵出口阀或双速泵,以减少二次泵容量来适应负荷变化。
　　热水换热器或蒸汽—热水换热器有时用来代替锅炉作为热水生产设备。转换器通常不包括控制装置,因此,设计者要决定其控制办法。图6所示的控制原理可用于低压蒸汽或93～127℃的锅炉热水。供水恒温器控制一个蒸汽(或热水供水)管上的两通调节阀。通常有一个室外恒温器,当负荷减少时重新设定下游的供水温度。当热水泵不运行时,流量开关联锁应把两通阀关闭。
　　
　　图6换热器控制
　　1.9冷却系统控制
　　1.9.1冷水机组的控制
　　由于冷机类型、大小、驱动、厂家、管网、水泵、冷却塔、分配系统和负荷的不同,每一个冷冻站及其控制都需要在特定的基础上进行设计。
　　冷冻站通常有两种类型:变流量和定流量。两种类型的系统其负荷管网都是并联的。使用哪一种类型的系统,是由远端负荷的控制方式来确定的。盘管的节流阀随着负荷改变流量,而温差则倾向于保持接近设计温差。冷水的设计温度决定了基础流量。为了提高能量效率,设定值可以根据最大负荷区域或其他一些变化情况重新设定。管网和水泵可以有不同的连接方法,但必须保持厂家要求通过的一台运行冷机的最低流量。
　　定流量系统实际上是所有在线冷机组合后的顶流量,一个重要的干扰总是发生在增泵或减泵时。根据负荷重新设定的功能,可使最大负荷区域得到满足。同时,通过对供水或回水的控制来处理区域负荷的平均值,如图7所示。
　　
　　图7定流量冷水系统
　　(1)优化制冷剂压力。制冷机的效率取决于冷机的满负荷百分比以及冷凝器与蒸发器中的制冷剂压力差。在实践中,此压力差由冷凝器冷却水出口温度减去冷冻水供水温度来代替。为减少此压力差,必须提高冷冻水供水温度或降低冷凝水的温度。每减少1℃,可节省能量2%～3%。减少制冷剂压力差有两个有效的办法:
　　①当负荷减小时,重设冷水负荷,提高供水温度设定值。
　　②降低冷凝水温度到最低的安全值(使用厂家的推荐值)。关闭冷却塔旁通阀,开足冷凝水泵,让冷却塔风机发挥全部作用,直到水温与室外空气温度之差小于3℃。然而,水泵和风机消耗电力,在计算能量节省时,应该把该消耗和变风量(VAV)空气处理器的风机动力一起考虑进去。
　　(2)优化运行。多冷机冷冻站应该运行于部分负荷曲线的最高效率点上。在不同极限压力条件下会产生类似的曲线。关于在一个两台机组的冷冻站于何点应该加或减冷机,一般情况下,应该画出冷机所有组合的部分负荷特性曲线。这样,即可确定在n和n+1冷机之间的平滑改变点。
　　(3)最大限度地减少运行时间。冷冻站每天优化起动的时间是建立在空气处理机起动时间的基础上的。冷机起动时间一般可与第一个风机系统的起动时间相同。如果水系统热容量很大,冷机可以起动早些;如果在起动过程中室外空气可以向风机系统供冷,则冷机可起动得晚些。
　　1.9.2冷却塔和冷凝器的控制
　　当设备自身的控制装置集成到中央冷冻站时,控制工程师开始进行冷机控制工作。一般应该考虑冷却塔、冷冻水泵和冷却水泵的控制,以便使整个冷冻站稳定、节能。
　　舒适性空调最常用的整体式机械通风冷却塔是逆流引风和鼓风。它们的控制情况大体相同,但一般应根据生产厂家的推荐来选择。对于大一些的冷却塔,双速或变速风机(及其相应的电机控制回路)可在部分负荷条件下减少风机动力消耗,并稳定冷凝器水温。
　　对于离心式冷机,冷凝器的供水温度允许在高于低限温度条件下浮动。生产厂家应该说明满足特定冷机运行的最低冷凝器进水温度。
　　在气候较冷、要求全年使用空调的地区,冷却塔也许会要求加热并且全部流量连续通过冷却塔以防冻结。在这种情况下,冷却塔水池恒温器将控制热水或蒸汽阀,以便保持水温。
　　2、其他的节能措施
　　其他的节能措施有:
　　(1)季节转换时的节能措施。
　　(2)变频控制的合理应用。
　　(3)空调计量管理。
　　(4)负荷预测技术。
　　(5)夜间免费空调技术。
　　(6)热回收技术。
　　3、结语
　　目前,建设节能型绿色建筑、降低能耗已成为当今社会的热门话题。本文针对采暖和空调能耗占能耗总量的比例日益上升的情况,分析了空调系统节能控制的一些典型做法,希望对从事楼宇节能研究的相关人员提供有益的参考。
　　参考文献：
　　[1]周忠民,孔利加.智能建筑的节能控制分析

《对空调自控系统节能的几点看法》

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