建筑中央空调节能技术探讨

李伟红

摘要：随着我国人民生活环境的日益改善和生活水平不断提高，中央空调已经广泛地被应用到各种公共场合，在建筑中的应用也越来越广泛，成为建筑中不可或缺的一部分。中央空调在给人们的生活、工作带来方便的同时，其产生的能耗又使得人们对其关注度增加。因此，文章通过对建筑中央空调中的节能技术进行详细的分析，以期更好的促进中央空调的节能，节约能源，保护环境。

关键词：中央空调；节能；PLC；措施

中图分类号：TE08文献标识码： A

引言

中央空调系统作为一种重要的建筑系统不仅实现了对建筑环境有效和全面的温度控制和调节，还满足了人们的更加舒适的建筑使用需求。但是，这种系统的运行过程中造成的大量的能源和资源的消耗也是非常可观的，目前我国的建筑中的百分之四十至五十的能源消耗都是由中央空调系统造成的，所以，在提倡绿色低碳的今天，如果实现了对中央空调系统的能源节约，也就实现了对社会经济效益的提升。

一、中央空调的结构组成

常规中央空调系统一般主要包括制冷机组、冷冻水系统、冷却水系统和风机盘管系统四个组成部分。如图1所示。

图1中央空调的组成

（一）制冷机组:制冷机组是中央空调系统中最重要的组成部分，它负责整个中央空调系统的制冷环节，制冷机组一方面将制造的冷量传递给冷冻水循环系统，另一方面又把工作过程中释放的热量传递给冷却水循环系统。

（二）冷冻水循环系统:冷冻水循环系统是中央空调系统中的载冷剂回路，主要负责将从制冷机组中获得的冷量带到风机盘管系统中与室内空气进行热交换，并将室内的热量带回到制冷机组中。

（三）冷却水循环系统:冷却水循环系统主要负责将制冷机组在工作和热交换中的产生大量废热排放到室外空气中。然后冷却水经过冷却塔降温后又回到制冷机组的冷凝器中进行热交换，如此循环往复。

（四）风机盘管系统:风机盘管系统是中央空调系统中的末端装置。风机盘管系统负责不断地循环室内的空气，将空气中的热量带到冷冻水系统中，以保证房间所需要的温度和湿度等。

二、中央空调的设计关键环节

（一）冷热负荷设计

在中央空调系统设计阶段，必须进行热负荷和逐项逐时的冷负荷计算。负荷计算应采用动态的计算方法，依据实际负荷情况选择合适的冷热源。总负荷并不等于所有受控房间最大负荷的叠加，因为每个房间的朝向和工作时间并不一致，它们出现最大负荷的时刻也不一致，因此，应对房间的冷负荷逐时进行叠加，以其中出现的最大负荷作为选择设备的依据。否则冷热负荷设计过大，导致投资、运行费用增大，而且浪费能源。

（二）空调水系统的设计

水系统大多是定流量，设计水流量按最大冷负荷和5℃的供回水温差确定。

但是在实际的应用过程中，存在着大流量小温差的现象，最大负荷出现的时间很少，而在绝大部分的时间内，系统则处于部分负荷下运行，实际的温差与设计温差相比较小，实际的流量却大于了设计流量，水泵的耗电大大增加。因此，在设计时，应该重视水系统的设计，对每一个水环路进行水力平衡计算，对压差相差悬殊的回路要采取有效措施，保证各环路水力平衡，避免水力、热力失调现象，认真校对和计算空调水系统相关参数，切实落实节能设计标准的要求值。同时还应该考虑冷却水温度和冷冻水温度对空调系统能耗的影响。

三、中央空调系统节能技术

（一）水系统形式的选择

在中央空调系统中，绝大多数情况下水系统采用的是多泵运行方式来使冷却水泵和冷冻水泵工作。水泵的开启数量需要根据天气的变化来进行确定。在气温较低时，启动少量水泵，在气温较高时，启动多台水泵或全部开启。据相关统计表明，中央空调水系统消耗的能量占到大型民用建筑或者公共建筑总能量消耗的40%。所以，在进行冷水泵的改造时，可以采用变频技术，另外还可以采用智能化措施来控制冷冻水泵和冷却水泵。

（二）选择中央空调的末端设备

所谓空调的末端设备，是指新风机组、风机盘管、空调机组等。在选择中央空调的末端设备时，应该对水系统的环路阻力损失进行详细的计算，每一个设备的容量应该按照实际的使用情况以及冷负荷情况相结合来选择。一般而言，选择空气输送系数大、空调风机风压与风量匹配合理、漏风量少、重量轻、单位功率量大的机组，并且，还要选择相匹配的管道阀门。另外，要按照建筑物的实际情况来使用热回收变风量系统的调节技术。

（三）采用楼宇设备自动控制技术

应该在热交换器、风机盘管、冷却塔、空气处理机、锅炉、冷水机组等水系统配置一些较为常用的优质中央空调零部件。同时，还应该对中央空调系统末端的风机盘管、变风量风机、回风机、新风机等采用楼宇设备自控系统来进行“精细化”控制和状态监视，从而有效地实现节能减排的目的，节能率可达10%~25%左右。

四、中央空调智能变频节能改造技术方案

如图2、3所示，本系统节能改造主要采用了工控机、触摸屏、变频器、PLC智能模糊控制系统、各种转换模块及通信模块、风机冷却塔的动力电路等。

（一）对冷冻泵进行变频改造

如图3所示，PLC智能模糊控制系统，通过温度模块及温度传感器将冷冻泵的回水温度和出水温度读入内存，并计算出温差值，然后根据冷冻泵的回水与出水的温差值和温度进行模糊运算，来控制变频器的转速，调节出水的流量，控制热交换的速度：变频器的启动、停止、运行频率的改变及监控显示数据如功率、频率、电流、电压等都是由PLC控制器通过485通信协议实现的，并且系统能自动进行冷冻泵(冷却泵)节电率计算。

（二）PLC与变频器连接

本系统中变频器在运行时，需要PLC对其进行实时控制。首先，由PLC输出变频器的启动信号，当PLC是高电平时，表示应该启动变频器，此时连在在继电器上得电，其常开触点闭合，此时变频器启动。要实现对水泵电机的合理控制还需要把PLC通过模糊PLC算法得到的控制输出量转换为相应的模拟量送给变频器，我们将PLC的EM232模块中的模拟量输出端口连接到变频器的模拟量输端口，从而实现了对电机的变频控制。根据PLC工作原理，主程序进入运行后，进入输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段的反复循环执行之中，每一次循环就是对主程序的语句逐条扫描执行的过程，整个扫描主要完成程序初始化、遥信自处理、通信处理三项任务。但只有首次扫描才执行初始化程序，然后调用遥信自处理程序，如果发现有通信要求，就对该要求进行处理，否则终止主程序，完成一次扫描任务。

（三）对冷却泵进行变频改造

由于冷冻机组进行热交换时，使冷却水温度升高，冷却泵将冷却水压入冷却塔，进行冷却处理后，再送回冷冻机组。因此，对冷却泵来说，以进水和回水间的温差作为控制依据，实现进水和回水之间的恒温差控制。温差大，说明冷冻机组产生的热量大，应提高冷却泵的转速，加大冷却水的循环速度；同理，温差小时应降低冷却泵的转速。

结束语

随着我国的空调技术的发展，在以后的建筑管理系统中，中央空调系统的使用必将越来越广泛，因此，有关部门应该加强对中央空调系统的能源管理，在中央空调系统的设计、管理过程中，需要重视空调的节能消耗问题，在各个过程和环节中加强节能技术的改造，避免能量的多余消耗，并将能源消耗作为衡量中央空调系统优劣的一项重要指标。

参考文献：

[1]乔丽莉.某大厦中央空调节能改造方案[J].智能建筑与城市信息，2013，03:17-20.

[2]王盛雪.浅谈中央空调节能措施的应用[J].科技资讯，2013，05:150.

[3]蒋晓明，谭春林.地铁中央空调节能控制[J].机电工程技术，2013，07:30-33+150.