中央空调系统末端设备节能优化控制探讨

陆华龙

摘 要：中央空调在大型建筑中对房间温度舒适性调节方面的应用，使得中央空调逐渐成为人们生活的必需品。与此同时，中央空调能耗占建筑能耗总量比例也在持续增加。对此，为了降低中央空调的能源消耗，实现节能优化，详细分析了中央空调系统末端设备节能优化控制措施。

关键词：中央空调；末端设备；节能；优化控制

中图分类号：TB657.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.084

中央空调系统主要由2部分组成，分别是制冷主机机组控制系统和末端空气处理设备。末端空气处理设备主要包含风柜、风机盘管以及新风处理机组等多个类型的设备。当前，对中央空调末端设备的节能控制方式主要是借助检测空调房间的回风温度，并将其与房间的设定温度值相比，通过单变风量或单冷冻水流量达到节能的目的。但是仍然存在许多问题。对此，研究中央空调系统末端设备节能优化控制具有显著的节能意义。

1 末端设备优化控制措施

表冷器的换热原理主要是通过里面流动的空调冷冻水（冷媒水）把流经管外换热翅片的空气冷却，风机将降温后的冷空气送到使用场所供冷，冷媒水从表冷器的回水管道将所吸收的热量带回制冷机组，放出热量、降温后再被送回表冷器吸热、冷却流经的空气，不断循环。从表冷器换热原理可以发现，调节送风量以及调节冷冻水流量都会对表冷器的换热量形成干扰，也就是存在耦合。但是，想要从物理层面实现解耦具有较高的难度。对此，在实际的工程当中，普遍是采用空调房间温度设置以及空调房间回风温度的差值设计，对表冷器实行单边冷冻水流量以及单变风量的调控。但是，一般的控制策略都是按照空调房间温度的实时改变来调节冷冻水的流量和单边风机的风量。单变的调控方式虽然操作起来相对而言较为简单，但是空调房间的热稳定所需要的时间却非常长，而表冷器的换热过程所需要的时间比较短，两者之间相差过大，导致在流量和风量被调节之后的数值并不符合房间的具体情况，促使调节效果存在问题，甚至是在一些温度变化较大的房间中无法发挥调节作用。中央空调系统是根据设计负荷来工作的，在实际的工作中，负荷只能够达到设计负荷的60%左右。相关研究显示，冷冻水流量在实现额定流量的60%时，表冷器的换热量将会达到额定流量的80%，再继续提升冷冻水流量对表冷器的数值并不会形成较大影响。与此同时，这一状态下调节表冷器送风量能够非常良好的改善表冷器换热量的目的。按照这一原理特点，对中央空调系统的末端应用双向反馈回路的方式优化设计风、水联合调控，可以在一定程度上采用单变量的方式来处理冷冻水流量与送风量对表冷器换热的耦合影响，从而达到节能目的。

优化控制中所采用的控制器都应用了PI控制器，因为设定温度和回风温度都采用了梯度的方式，调节风机的转速，可改善表冷器的换热量和送风量，将室内的温度控制在相应的范围之内。水阀的控制器也可以采用PI的控制方式，按照室内设计的温度和回风温度的差值来调整水阀的开关程度，从而改善表冷器的换热量，通过最低的能源消耗将温度控制在适当范围内。

除此之外，伴随着物联网技术的不断发展，一些关于网络控制空调末端出风的技术也越发成熟，借助在空调末端安裝盘管风机控制器，可以按照每一个房间的实际环境、湿度等数据调整房间的需冷量，达到以房间为单位的送风温度、风速等精细化管理的效果，从而实现优化中央空调系统末端设备节能性能的目标。

2 控制器的控制策略

回风温度可以由温度传感器检测，冷冻水流量由流量传感器检测，送风量由风量传感器检测，CO2浓度由相应的传感器检测，并在检测到上述数据之后将数值传输到智能控制器当中，从而实现系统自动调节的目标。控制程序可以先读取相应的数据，然后按照读入的输入量进行预定化计算，并对当前系统所呈现的工作状态进行判断，达到相应的控制目的。对空调系统末端的冷冻水流量和送风量同时进行调节控制时，能够获得最大化的节能效益。但是，因为冷冻水流量和送风量对表冷器的换热量会形成耦合作用，假设对2个变量实行持续性的调节，对送风量和冷冻水量的调节必然需要有参数依据，从而才可以实现最大化的节能效益和温度控制效果。

在冷冻水相对流量在60%以上时，表冷器的吸湿系数和表冷器换热量受影响程度都会相对较低，同时相对流量在低于60%时，对表冷器的吸湿系统的影响最大。对此，应当将控制器的冷冻水流量维持在60%，在空气处理机组的流量调节当中进行控制，尽量不改变冷冻水的流量，促使其维持在60%左右，借助改善送风量来实现调节室内温度、热负荷以及湿度等目的。通过这样的控制策略，可以规避因为频繁变动冷冻水的流量所导致的冷水机组性能改变以及空调系统冷冻水管网水力失衡的情况。因为这2种情况的发生都会带来较大的能源消耗，在稳定回来时也会形成额外的能源损耗。除此之外，彭彦平的“中央空调冷却水系统双机变频节能控制研究”研究显示，在表冷器的冷冻水流量和送风量同时进行调节控制的情况下和冷冻水的流量设计相比，换热量已经能够达到80%～85%，对表冷器的换热性能不会形成较大的影响。这也就间接地降低了冷冻水侧应用在输送方面的能源消耗，促使空调系统的运行更加稳定。

3 结论

综上所述，虽然中央空调能够实现非常显著的生活环境优化，为人们营造舒适的环境，但是中央空调在运行时存在严重的能源消耗问题。这也导致中央空调的社会价值不断下降。对此，应当合理分析中央空调的经济性、节能性、美观性、舒适性和安全性等多元化的性能，并在中央空调系统的末端设备方面，采取合理的节能控制措施，在多方面实现能源控制，从而降低中央空调工作时所消耗的能源。

参考文献

[1]王日英，罗文广，吴小娜，等.中央空调冷却水系统节能优化控制研究[J].计算机测量与控制，2014，22（11）：3568-3571.

[2]黄莉，范瑞祥，杨永标，等.一种面向传统水冷式中央空调主机系统能效优化控制方法[J].电气自动化，2015，37（6）：90-92.

[3]彭彦平，任庆昌，闫秀英.中央空调冷却水系统双机变频节能控制研究[J].控制工程，2015，22（6）：1047-1052.

[4]陈曦.基于混合模型的中央空调能源优化控制系统设计[D].北京：北京交通大学，2015.

〔编辑：刘晓芳〕