空调系统节能控制策略

优化空调系统，如分区控制、定时开关等策略。 #生活常识# #环保节能技巧# #节能建筑设计#

1、控制策略
1.1节能基础
在整个建筑能耗中，空调系统的能耗占有很大的比例，一般在40-50%左右。而在空调系统的能耗中，冷水机房设备（包括冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔）约占60%~70%。因此，最大化地节省冷水机房能耗对降低整体建筑的能耗有着至关重要的意义。
常规中央空调系统一般是根据建筑当地的气象资料（最高/低气温）和建筑物的特点而设计，主机、水泵、风机等设备都有一定余量，在不同季节、不同时段时，空调系统全年部分负荷运行的时间约90%以上。机组大部分时间处于部分负荷运行状态。冷水机组一般按额定工况选型，而实际使用条件通常都偏离设计条件，冷水机组的性能又随负荷的大小和机型的不同而变化，因此很难保证机组高效率运行。

图一.建筑负荷分布曲线
加强对空调系统冷水机房耗能状况的研究，以系统运行能耗为控制目标，在满足系统负荷的前提下，对冷水机房的运行模式进行改进，让冷水机房内各设备尽可能地运行于高效区，提高整个冷水机房的能效比，从而实现中央空调系统的综合节能。
自主研发的中央空调深度节能控制系统，由中央智能控制设备、冷冻水智能控制设备、冷却水智能控制设备、冷却塔风机智能控制设备组成。该产品以模糊控制理论为基础，以分布式计算机控制技术，变频调速技术和系统集成技术为手段，对中央空调水系统实施动态检测和实时闭环优化运行控制，使中央空调水系统的能耗跟随末端负荷同步变化，并优化主机运行工况，从而达到节约能源的目的。其基本工作原理是检测中央空调系统冷/热负荷和排热量的实时变化，自动控制空调水系统跟踪系统工况变频调速运行，以实现最佳节能。
普遍适用的冷水机房节能优化控制系统（包括一次水系统、二次水系统、定频冷机和变频冷机），以整个冷水机房运行效率最高（或运行能耗最低）为控制目标，以冷水机房中各设备的基本特性为基础，以实时制冷负荷为控制依据，根据既定的控制策略对冷水机房中各设备进行协调控制。结合优化控制算法软件，跟踪各设备的效率曲线，对整个冷水机房设备进行主动寻优控制，使机房运行能耗最低。
1.2 技术原理
空调水系统为一次泵变流量控制系统。冷冻水泵加装变频器，采用变流量智能控制系统可实现水泵变频与冷水机组、冷却塔结合进行整体寻优控制。节能控制系统采用冷水机房综合优化算法，跟踪冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔的性能曲线，对每台设备采用主动式控制和整个机房设备的集成控制，实现整个制冷空调系统综合能耗最低的目标。节能优化系统是以冷水机房设备数学模型为基础、以整个制冷空调系统效率最高为目标的多维、主动寻优节能控制系统。冷水机房的耗能主要设备为冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔，机房的综合能耗由每个单体设备的能耗累加而成，但是每个单体设备的能耗又受到多种因素的影响。在具体的控制策略中，首先根据冷水机房内各设备的特性建立各自的能耗数学模型，在此基础上建立整个冷水机房的能量平衡数学模型及能耗数学模型。在系统运行时，智能控制主处理器以一定的时间步长测量制冷负荷的实时值及其他参数（例如温度，压力，室外工况，流量等），并据此进行各能耗数学模型的联合计算，从成百上千种运行组合方式中，找出能够满足此制冷负荷的、且整个空调系统总能耗最低（即整体效率最高）的工作状态。在此基础上，智能控制器确定各受控变量的目标值，并将之传送到对应设备的智能从站中，再由智能从站控制各台设备运行，使整个空调系统运行在效率最高的状态下，从而以强大的数据库背景和完善的数学模型来实现综合的、非单个设备的系统节能控制。

中央空调系统的节能空间
1).主机容量的富裕
在系统设计时，建筑物空调系统主机容量，是以最大冷（热）负荷的1.1～1.5倍决定的，而最大冷（热）负荷一般是按照当地气象资料的极端气温条件、最大运行负荷综合确定的，这种设计容量的富裕是不可避免的，但在使用时，如果不根据实际情况做调节运行，势必造成巨大的能源浪费。
2).水系统容量的富裕
中央空调系统水系统，是依照最大冷（热）负荷，管网的最长环路，最大阻力再乘以一定的安全系数，并按固定的循环水温度差来设计的，循环水水泵按最大流量选定额定功率。一旦水泵启动运转，则不管实际需要流量的大小，始终在50Hz工频上满载工作。这就造成多数时间水系统在大流量、小温差的工况下运行。这不仅浪费电能，加快水泵的机械磨损，还因为水泵耗能的一部分不可逆的以热量形式耗散在水系统中，加重了主机的负荷。
3).空调负荷的时变性
空调系统的实际负荷，即末端装置对冷/热量的需求，与季节交替、气温变化、昼夜轮回、客流变动等诸多因素有关，多为随机变量。据估计，我国大多数空调系统，一年之中有70%以上的时间都在低于设计负荷量的50%状况下运行，而其中的大部分时间又在负荷量的20%～50%间运行。
综上所述，中央空调系统的节能空间(如图1所示)是很大的。
理论上可节约能量=

式中，Po为设计功率，Pm为最大负荷时功率，P(t)为实际负荷曲线。
中央空调系统潜在的节能空间与工频运行时的温差大小关系
中央空调水系统节能的基本原理是：在保持流量与温差之乘积即转移的冷/热量不变的前提下，用大温差、小流量代替工频时小温差、大流量工况，以大幅度地减少转移等量热量时的水系统运输耗能。
如工频时，流量为1，温差为1，转移的热量=1×1=1。变频调速后，流量减小为0.5，温差扩大为2，则转移的热量=0.5×2=1不变；但水泵消耗的电功率则锐减至（0.5）³=0.125，节能效果是非常明显的。
GB50019—2003《采暖通风与空气调节设计规范》6.4.1条（2）中规定，空气调节冷水供回水温差：5～

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