中央空调系统的自动控制设计和节能思路探讨

段连涛 李竹然

摘 要：在我国建筑体系中，中央空调系统的能耗量较大，通过数据调查分析发现，该系统的能耗约占整个建筑能耗总量的40%，甚至部分建筑可以达到70%，因此如何切实降低中央空调系统能源消耗量成为了社会研究的主要问题之一。过去，在中央空调系统设计过程中，负荷估算法是常用的方法，但是这种方法在计算中是以整个建筑最大的负荷量为计算基数的，且设计的系统在运行过程中不能够根据环境的实际情况进行调节，进而导致中央空调系统能耗高，而中央空调系统自动化控制功能的实现，一方面可以为建筑使用者提供一个高效、合理和舒适的办公环境，另一方面也降低了空调系统的能耗水平，进而节省管理成本，提高了经济效益。为了更加全面的了解建筑中央空调系统的自动控制设计以及节能方式，文章将结合笔者自身的工作经验，对此进行详细的探讨，以供今后参考使用。

关键词：中央空调系统；自动控制；节能；能耗

中图分类号：TU201.5 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）32-0011-02

1 前 言

这些年，随着中央空调系统在社会生产和生活应用领域的不断扩大，如何降低中央空调系统能耗量成为了当下社会研究的热点问题之一，因而许多的公司和学者等都加大了对空调节能技术的研究力度，例如在20世纪70年代开始，研究学者就对中央空调水系统节能控制技术进行了研究，但是这一时期受到技术等条件的限制，导致研究成果并不理想，与预期的节能目标还存在着一定的距离。而我国中央空调的发展与国外相比较为落后，同时我国的节能控制技术研究方向与国外也存在着一定的差异。例如暖通系统研究人员在进行节能控制技术研究过程中比较注重优化空调系统运行以及设置冷机组和水泵数量方面，对具体的控制效果和系统运行的性能等没有给予高度的重視，最终导致节能效果差强人意。

2 中央空调自控系统基本构成以及中央控制系统 配置基本原则

首先，中央站计算机应当使用Intel180386及以上处理器的电脑，且在条件允许的情况下可以使用奔腾II微处理机或者是相同类型及以上机型，内存32 M，硬盘2.5 G，增强型键盘104，高分辨率的显示器，且具有两个串行和一个并行口，彩色打印机一台。

其次，操作站的基础平台建设可以使用Microsoft Windows软件或者是相兼容的程序，利用实时图形监控操作软件来对系统中空调设备的运行情况及数据变化等进行图形化的显示以及打印，以便操作人员及时掌握设备的运行情况，另外基础平台建设应当采用TCP/IP协议，同时数据库还应当具备一定的开放性，为设备监控实现集中化提供基础，并且数据库还应当与系统规模相符，以便系统运行的稳定性。

最后，在进行系统构成设计的过程中，必须满足建筑空调自控系统的安全使用标准，同时还应当具备自行诊断异常故障的功能，并提供相应的报警信号服务功能，为空调系统的使用和维护提供便捷。设计人员在进行设计过程中，应当坚持“危险分散”的设计思路，尽量缩减故障发生后的波及范围，例如中央操作站发生故障后，不会对控制器造成影响，且空调系统的运行也不会受到破坏。

另外，设计人员还应当注重系统的扩展性，以为今后系统优化提供基础，同时设计中还应当尽可能的降低投资成本，提高系统设计的经济效益。

3 中央空调系统自动化控制设计结构特点和节能技 术要求

3.1 空调冷热源自控系统分析

冷热源主机系统从出厂就带有以微处理器为关键的单元控制器，且利用该控制器可以对蒸发器以及冷凝器等设备进出口温度进行监测，同时也可以提供水流开关状态、压缩机进出口气压力值和温度值，并根据系统设定参数来对压缩机容量调节阀等进行调节。但是在实际的应用过程中，受到无标准通讯协议条件的限制，使得不同厂家产品无法完成通讯，因此在设计过程中还应当安设水管温度传感器等来对主机工作情况进行实时的检测。

目前在中央空调系统中，为了提高系统的节能效果，自控系统应当对自带CPU设备进行控制，且这些设备应当同时参与到系统运行中去，而为了实现这一目标，主机（冷、热）的启停操作应当能够被设在制冷机房控制器的控制，同时该控制器还可以对机组运行情况、异常故障以及供回水温度和流量等进行监测，而这时系统主机计算机就可以利用这些监测数据计算出建筑实际冷负荷，并最终确定冷水机组的开启数量，实现节能目标。

就目前技术水平来说，空调冷水机组节能逻辑控制思路主要有两种形式。

第一，以冷冻水回水温度来对开启机组台数进行控制，如图1所示；

第二，以主机运行信号和故障报警信号为参考对冷热主机进行信号反馈调节，如图2所示。

另外从节能方面考虑，建筑中央空调控制系统在符合室内温度要求的前提下，应当可以通过对室外温湿度的变化来自动对室内全年室内的温湿度设定参数值进行调整。

3.2 空调能量输送部分自控分析

在对中央空调系统进行节能自控设计的过程中，空调能量输送部分也是其中的一个重点，而这部分主要包括空调冷冻泵、热水泵、冷却水泵及输送管道部分等。

首先空调冷却水系统主要是利用冷却塔和冷却水泵及其管道系统等将冷却水输送至制冷机中，其监控系统的功能是对冷却塔风机、冷却水泵等运行情况进行监测，以保障制冷机组冷凝器侧通过的冷却水量充足，同时该系统还可以通过对室外温湿度的变化以及建筑冷负荷情况等对冷却水的运行速度进行调节，以使冷却水温度在设定温度范围之内。因此设计人员在进行这部分自控系统设计的过程中可以利用现场控制器实现对冷却塔风机启停状态、运行情况的检测、以及水路电动阀开闭状态等的控制，而其中冷却塔风机启动台数则是综合了冷冻机和冷却泵开启台数、室外温湿度等情况，并通过系统主机参数计算进行确定的。

其次，冷冻水系统自控功能是使蒸发器运行正常，避免由于通过水量不足所导致的蒸发器被冻坏情况的发生，同时利用该系统还可以降低循环泵的电耗量，节省系统运行成本。因此在对能量输送部分自控系统进行设计的过程中应当注意以下几点。

第一，通过提高冷热水的供回水温差，降低水流量、输送动力以及送风流量；

第二，通过利用变风量以及变流量末端自动控制来降低水泵、冷水机组以及风机的电能消耗；第三，加大对空调供水各个环节的控制力度，以空调运行需要为基础来对水流量进行控制，进而在保障设备正常运行的基础上提高节能效果。

3.3 空调新风机系统自控系统分析

在整个中央空调冷热负荷中，新风量占有比重比较大，因此在自控系统设计过程中对新风自动化和节能控制部分也应当给予一定的考虑，而为了实现对新风的自控，空调系统现场控制器部分应当具备以下功能。

首先，具备对新风机启停状态的定时控制。一般情况下，时间控制可以以年、月、日、时、分等为时段进行参数设置，且每天最小应当设定三个启停时段控制程序；

其次，當监测到新风机运行出现故障时，可以及时的发出报警信号，同时重新设定风机出口温湿度参数值，并使其满足控制标准。

另外一旦检测相互新风过滤器两端压差超过要求值后，会发出过滤网堵塞报警信号，同时中控室也会有出现报警信号；再次在冬季，一旦热盘管的温度小于设定参数值后，自控系统应当立即启动防冻保护程序，使风机停止运行，关闭新风风门，开启热水阀等。

最后，为了进一步提高节能控制水平，设计过程中还可以通过改变新风回风比来对供暖供冷进行控制，例如冬夏季使用最小新风量，过渡季节使用全新风来量，而在预热预冷过程中关闭新风量使用。

3.4 风机管盘监测自控控制分析

现阶段，在中央空调系统控制中，风机盘管直接控制系统的应用运行成本较高，因此在实际应用中该系统应用比较少，但是从节能方面分析，监控系统的应用是必不可少的。而为了实现节能目标可以通过利用温控器和二通电动调节阀来对温度和风速进行控制，而在对风机盘管电源控制中可以以楼层、用途以及作用时间等为参考进行分别控制。

另外，还可以在现场设置手动启停控制，而在时间控制方面可以以年、月、周、日等为基础进行分别设置。

4 结 语

综上所述，在现代化通讯技术、计算机技术以及网络技术快速发展的今天，中央空调系统的自动控制和节能性能也在不断的提高，尤其是一些先进自控技术的应用，一方面提高了能源的利用效率，另一方面也优化了空调系统的运行性能，为用户提供了更加舒适和人性化的办公环境，因此在今后空调系统的设计中，设计人员应当加大对一些先进技术的研究和应用力度，以有效推动空调自控和节能系统的建设进程。

参考文献：

[1] 屈国伦.广州白天鹅宾馆改造工程暖通空调系统绿色节能设计[J].暖 通空调，2016（01）.

[2] 孙海峰.基于自然冷源的数据中心制冷系统节能潜力的分析[J].发电 与空调，2016，（1）.