中央空调变流量节能控制系统设计研究

柳洋

煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司（450007）

中央空调变流量节能控制系统设计研究

柳洋

煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司（450007）

通过对某建筑中央空调变流量节能控制系统的研究，探讨了冷冻水侧的变流量控制方案，以期为业界同仁提供参考。

中央空调；节能；变流量；设计

按照有关数据，我国每年需要消耗非常大的电能，总数额比发达国家高1 768.3亿kW·h左右，我国单一产值的能耗远远高于全球平均值。通过这些数据不难看出，我国公司还没有达到大的节能空间。根据初步估算，我国节能的潜力大约为300亿元/年，其中大约50%的来自于空调节能。鉴于这方面的原因，笔者以我国某地具体案例为例，研究了中央空调变流量节能运行系统。

某地的一座建筑物，其原来的中央空调水系统主要有离心式冷却水泵3台、离心式冷冻水泵3台。两台水泵两者分别为75和55 kW异步电机驱动，都是Y系列的产品。除此之外，中央空调水系统还有大连三洋DCC-42K直燃式溴化锂吸收式制冷机组3台,并且每一个末端盘管前端都配置了二通阀。通过这种方式，19层以上的所有楼层都通过19层的换热器进行制冷或者采暖。总的来说，其核心组成成分为3台直燃式溴化锂吸收式制冷机组，水循环系统主要涉及到冷却水、冷冻水。

1 设计方案

经过长时间的使用得知,将变流量系统引入到这一建筑中央空调的冷却水、冷冻水之中是非常可行的,然而,要想进一步提高节能效果,就应当改造冷却水与冷冻水系统，把它们设计为双变流量系统[1]。

1.1 冷冻水侧的变流量控制方案

原中央空调水系统主要通过一次泵系统（负荷侧变流量+冷源测定流量）运行。从系统结构方面进行分析，制冷机组有能力变负荷运行，其蒸发器之中的流量可以伴随负荷而不断变化，因此，对这一个系统进行改造，将其升级为一次泵变流量系统，可操作性相对较高。根据改造方案，要是末端空调负荷有所改变，电动二通阀就会调节开度。通过这种方法来改变冷冻水量，再配合上针对性的控制策略，变频水泵和冷冻机组都能够随负荷而一起改变。这时，单纯地调整一下冷水流量、制冷机容量,就可以使负荷工况的具体需求得到基本满足。要是将旁通控制阀正确地配置于旁通管的合理的部位，就能够控制冷冻机流量，使其处于最低水平。实践证实，一次泵变流量可以使当前空调系统改造的需要得到满足。在这里，对一次泵定流量系统的节能改造即将其升级为一次泵变流量系统，能够减小改造规模，缩减改造费用。一次泵变流量系统，基本上采用定温差控制法、定差控制法。定温差控制法根据部分负荷状况，通过保持供回水温差不变的方式来降低流量与水泵的输送能耗（如图1）。

图1 一次泵变流量水系统温差控制示意图

通过图1可以看出，将温度传感器配置于供水总管的上，利用它来收集供水温度T1/T2，将其差值ΔT求出来,然后对比ΔT和系统设定温差ΔT0之间的关系，要是两者差值大于dead-band（误差死区），则提高控制水泵的转速；要是两者差值小于误差死区，则应当降低控制水泵的转速。

1.2 冷却水系统变流量控制方案

对于冷却水来说，定流量的设计方案非常容易造成水泵输送能耗的无限提高。冷却水量大于冷冻水量，外加冷却水管路非常简单，因此变流量改造可以进一步降低能耗，还可以进一步简化步骤。伴随制冷机组性能与质量的不断提升，变流量改造带来的巨大节能收益明显高于变冷却水量的负面作用。对于冷却水系统的节能控制来说,一方面应当以满足负荷的具体需要为基础,控制冷却水流量，使其处于相对偏低的水平,另一方面，还应当防止冷凝温度的改变对制冷机COP值的负面作用，也就是杜绝通过无限制减小机组性能的方式来使变流量输送能耗缩减。对于一次泵变流量系统来说，定温差控制法即通过让冷凝器内部冷却水进出温差保持不变的方式使流量等比例变化，这时负荷高低在很大程度上决定着流量的改变[2]。

2 对改造方案的讨论

通过分析两种控制方案，结合中央空调水系统的具体状况，我们设计出新的控制方案：实行双变流量方案，也就是改造冷冻水、冷却水两个系统的变流量，使系统节能效果与机组运行的安全可靠性均能够达到最大。冷冻水系统实行定温差控制法，也就是其送回水温差应当保持在4.5～5.5℃范围；冷却水系统实行定温差控制法，也就是其进出水温差应当保持在4.5～5.5℃范围。另一方面，通过全变频方案实现冷却水泵、冷冻水泵的转速控制,也就是单台水泵都安装上变频器（总共4台）。主控制器实行研华IPC-610H工业控制计算机的方法及以工业RS-485总线为基础的完整型数据采集与控制系统。总的来说，这一个系统主要是以RS-485网络为基础的。工业控制计算机的具体操作程序:RS-232串口输出信号→RS-232/RS-485转换器转换信号→RS485总线对远程温度采集模块ADAM-4015（2台）→变频器（4台）发出请求命令或控制命令。这样,通过工业控制计算机将相应的控制命令发出，不仅能够实现对水系统流量的有效控制，而且能够实现对冷却水、冷冻水温度的有效控制。

3 结语

综上所述，首先指出了冷冻水侧的变流量控制方案与冷却水系统变流量控制方案，然后对两个方案的进行讨论。研究发现，如果通过系统发出控制命令，那么不但能够有效控制空调的水系统流量，还能够有效控制两个子系统的水温，然后通过发出请求命令，系统就能够进行数据采集工作。

[1]王烈准,陈梅.基于PLC、变频器和触摸屏的中央空调节能改造[J].黄山学院学报,2013,15(5):23～27.

[2]于秋红,王晓丽,韩成杰,等.中央空调变流量节能控制系统的设计[J].吉林建筑工程学院学报,2011,28(6):32～34.