某博物馆空调系统节能控制浅析

文/田树鹏 南京夫子庙文化旅游集团有限公司 江苏南京 210000

某博物馆空调系统节能控制浅析

文/田树鹏 南京夫子庙文化旅游集团有限公司 江苏南京 210000

节能方面，一是依据项目的实际条件最大化的利用可再生能源，二是根据建筑物的使用时间、功能要求，结合建筑BAS系统可以提供的数据设定空气处理系统的控制流程，参照冷水机组不同负荷下的COP性能曲线，设置合理的冷水机组运行策略。

太阳能；地热能；地源热泵

1、导言

南京某博物馆空调系统所在区域全部位于地下，通过对冷、热逐时负荷的比对，负荷随时间变化量很小，而且作为地下空间，地下5米以下的围护结构冷复合相对稳定，基本不受气候影响，对于主要影响地下空间负荷的内扰部分，设备、灯光负荷属于恒定负荷，不同之处在于，夏季、冬季的制冷与采暖的正负扰动问题。而人体热湿负荷和受人流影响的新风负荷是属于不易控制，且变化很大的变量，本节主要是分析利用博物馆智能化系统的API接口控制空调系统的可行性，并讨论冷水机组的控制策略。

2、调用智能化系统API接口数据控制空气处理系统

由于本项目博物馆是按照国家一级馆设计、施工，其中智能化监控系统具备人流分析、出入口人数统计、分区域人流统计等多种功能，且博物馆的人流导向设计相对一般商业空间而言是考虑追求单一路线，人流是按照预先设计的路线进行参观和游览的，这样来说，人流相对集中且易于统计，考虑到博物馆系统中其他负荷相对稳定，人体热湿负荷和新风负荷能否随着人流密度的变化快速调节，无疑是控制系统的关键。

总冷负荷=围护结构冷符合（稳定）+设备冷负荷（稳定）+照明冷负荷（稳定）+人体冷负荷（随人流密度变化）+新风负荷（随人流密度、室外温度变化），根据此公示，设置计算模型，再通过对BOSCH视频监控系统可提供数据分析，可以将人流数据经由双方共有的API接口及BACnet协议实时导入空调控制系统，控制系统通过采集的数据，与现场布置的CO2检测装置比对，实时调整不同区域的风机盘管水量、风速和新风机组的新风供给，以达到空气处理侧供冷、热随负荷变化而变化的目的。

3、控制系统逻辑模型分析

根据上文描述建立控制系统，在末端风机盘管回风处设置温度、CO2含量检测装置，风机盘管回水管端加装电磁两通阀，风机盘管启停、风速控制模块接入末端DDC最终接入空调控制系统处理，新风机组每层风管主管处设置电动调节阀，执行装置接入末端DDC控制。

现设计两种空气处理控制流程，首先作为常规制冷、采暖季节的控制流程如下图所示，首先采集监控系统的人流数据，根据不同出入口的人流之差以及区域人流统计，分别向不同的控制流程发送数据并处理，作为本节主要讨论的空气处理流程，风机盘管及新风系统的控制主要是通过人流数据进行实时调整电磁两通阀和电动风阀调整水量及风量，然后通过检测回风处的温度以及CO2含量校核控制效果，若低于系统要求，会重复控制流程，以保证节能的同时满足舒适性、工艺性的要求。

过渡季节的控制流程如下图所示，根据过渡季节项目负荷的特点，其他负荷基本趋于平衡并数值很小，而人体热湿负荷以及新风负荷成为最主要的空调负荷，所以将控制流程做出如下调整：采集监控系统的人流数据，根据人流数据首先调节新风机组的新风量，然后通过校核回风温度以及CO2含量调整风机盘管的开启量、以及风量。在过渡季节加大新风量,实现“免费冷却”，同时设置相应排风系统，排风量与新风量相适应。

上述控制流程有一个共同的特点，人员步入建筑物内的同时，控制系统已经接收到相关数据，并根据不同的算法，分别调整展览区域的供冷、新风能力，人员进入到空调空间时，调整已经完成或已经进行，空调系统“先人一步”，不会给人先热后冷的感觉，而且调整的过程实时进行，不断修正，由于监控系统智能识别人流量，不能区分人员的个体区别，例如是成年人、老年人、儿童，而且对于室外气温、和渗入气流无法控制，此时通过回风处的温度、CO2监控，可以及时的修正人流密度控制的缺陷。

4、冷水机组控制策略

冷水机组及其对应的水泵属于空调系统中能耗较高的部分，如何能够保证冷水机组稳定、高效的运行是本节的主要讨论方向。冷水机组的控制策略的制定主要从控制可行性以及运行稳定性上来考虑，控制方面按照前文所述的由人流密度模拟计算出总负荷，在冷水机组回水端设置温度、流量测量装置采集数据，反馈至空调控制系统主机，然后通过BACnet协议向机组反馈数据，机组进行负荷调节，或者通过供回水之间设置的压差旁通阀以及执行装置进行调节。控制过程中，需要预先设定比较宽泛、适用的机组控制策略，以保证冷量的稳定供给，特别是避免机组的频繁启停，减少对机组的造成不必要的损耗。由于机组不同负荷率中的制冷性能表现不一，如何保证制冷机组运行在高效率负荷范围成为关键。

5、机组部分负荷系数及运行策略设定

本节针对冷水机组控制策略的设定及分析同样针对博物馆系统进行，根据上文得出，博物馆系统总冷负荷为936kW，共设置3台冷水机组，制冷量分别为701.3kW两台（一用一备）、369.3kW一台，由产品样本可知，三台机组均为单压缩机、单回路制冷，能量调节范围为15%～100%，满载负荷COP为5.6，部分负荷IPLV为7.1，COP曲线见下图。

图1 开利冷水机组部分负荷制冷性能系数

根据图示，30XW系列冷水螺杆机组在负荷处于60%～80%时，机组制冷性能系数最大，效率最高；对照机组设置情况以及机组IPLV系数，取机组最佳运行效率为负荷70%时，负荷承担范围如下：

表1 冷水机组不同负荷范围运行策略

根据上表中的运行策略，以及机组制冷性能系数，计算得出系统制冷系数，得出按照此运行策略，系统负荷在达到30%后，COP基本保持在7.5以上运行，相对单台机组满载负荷5.6提高很多。

图2 冷水机组组合运行系统负荷制冷性能系数

6、运行策略优化

按照上述冷水机组运行策略执行，每天机组开机时，由于初始负荷不大，可能先运行30XW0352机组，很短一段时间内，人流密度增加、新风负荷增大，运行机组切换到30XW0692，这样就造成了每天初始阶段30XW0352机组短时间内启停一次，造成机组的损耗，所以将运行策略按照运行月份进行细化，常规制冷季节运行策略如下