?中央空調(diào)節(jié)能潛力巨大

2022-05-30 瀏覽量：919

中央空調(diào)制冷系統(tǒng)作為中央空調(diào)中最主要的耗能來源，其內(nèi)設(shè)備相對(duì)集中，各個(gè)控制點(diǎn)對(duì)整個(gè)制冷系統(tǒng)的影響較大，是一個(gè)多干擾、時(shí)變性的系統(tǒng)，尤其是酒店中央空調(diào)。傳統(tǒng)上，我們會(huì)采用DCS 技術(shù)、變頻技術(shù)等，但這些仍然存在節(jié)能效率低等缺點(diǎn)。那么，如何從硬件和軟件兩方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以更大化地提高酒店中央空調(diào)制冷控制系統(tǒng)節(jié)能效率？下面我們一起來看。

中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)

1、基于節(jié)能需求的酒店重要空調(diào)制冷控制系統(tǒng)

基于節(jié)能需求，從降低酒店能耗的角度出發(fā)，結(jié)合變頻技術(shù)，采用PID 控制對(duì)基于節(jié)能需求的酒店中央空調(diào)制冷控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)酒店中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的更優(yōu)控制及綜合能耗的降低。

1.1酒店中央空調(diào)制冷控制系統(tǒng)總體框架

基于節(jié)能需求，針對(duì)中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的不同子系統(tǒng)（冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)盤管），采用變頻技術(shù)和PID 控制技術(shù)對(duì)其進(jìn)行定溫差控制。通過RS 485 總線構(gòu)成中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的控制網(wǎng)線，通過變頻器對(duì)整個(gè)制冷系統(tǒng)進(jìn)行變頻調(diào)速。

中央空調(diào)制冷系統(tǒng)控制系統(tǒng)的主要功能部分為控制器和變頻器，從而對(duì)中央空調(diào)制冷系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能控制。

1.2酒店中央空調(diào)制冷控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

中央空調(diào)制冷系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)輸出卡和溫度變送器、控制器等構(gòu)成。下面對(duì)主要硬件設(shè)施進(jìn)行介紹。

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)：作為控制系統(tǒng)的核心硬件，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起著核心控制作用，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、記錄、存儲(chǔ)和監(jiān)測(cè)，進(jìn)而通過軟件對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行控制。

溫度傳感器：安裝在能夠準(zhǔn)確反映制冷系統(tǒng)中介質(zhì)溫度的位置，安裝個(gè)數(shù)總共為10 個(gè)，在制冷系統(tǒng)中的冷凍水和冷卻水的進(jìn)水口和出水口各2 個(gè)，風(fēng)機(jī)盤管的回風(fēng)口2 個(gè)。

變頻器：將變頻器設(shè)置為手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，通過對(duì)冷凍水泵、冷卻水泵等設(shè)備的承載負(fù)荷量進(jìn)行變速控制，從而調(diào)整制冷系統(tǒng)的整體運(yùn)行速度。在保證中央空調(diào)正常運(yùn)行的條件下，對(duì)設(shè)備做相應(yīng)的調(diào)整，讓設(shè)備電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，從而使電機(jī)減少電量損耗，既可以實(shí)現(xiàn)制冷作用，又可以節(jié)約能耗。共設(shè)置4 臺(tái)變頻器，分別對(duì)冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行控制。

PID 控制器：通過對(duì)制冷系統(tǒng)中的冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)盤管等組成的制冷系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制，從而實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)的制冷作用。

綜上所述，酒店中央空調(diào)制冷控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)通過RS 485 總線進(jìn)行制冷系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸，將安裝在制冷系統(tǒng)中不同位置的溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳輸至PID 控制器，PID 控制器得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡，經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦I(yè)控制計(jì)算機(jī)上，然后通過軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而控制變頻器的頻率和制冷系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的開關(guān)。

1.3基于節(jié)能需求的酒店中央空調(diào)制冷控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

要使酒店中央空調(diào)制冷控制系統(tǒng)有效地對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行控制，即對(duì)制冷系統(tǒng)的溫度進(jìn)行控制，采用PID算法對(duì)其進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。對(duì)制冷系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)的溫度控制如下：利用溫度傳感器分別測(cè)量冷卻塔出水溫度、冷卻泵進(jìn)水溫度、冷凍泵進(jìn)出水溫度差和風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)中的冷風(fēng)柜進(jìn)風(fēng)溫度，與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)溫度（差）進(jìn)行對(duì)比，通過PID 控制器處理后，將頻率信號(hào)傳輸給變頻器，從而對(duì)冷卻塔散熱電動(dòng)機(jī)、冷卻水泵電動(dòng)機(jī)、冷凍水泵電動(dòng)機(jī)和風(fēng)柜送風(fēng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，增加或者減少制冷系統(tǒng)的供水量，將冷卻塔的出水溫度和進(jìn)水溫度、冷凍進(jìn)出水溫度差和冷風(fēng)柜回風(fēng)溫度控制在一定范圍內(nèi)。

1）通過數(shù)字化的PID 算法（比例積分微積分控制）對(duì)制冷系統(tǒng)的溫度偏差值進(jìn)行處理，此處不贅述PID 算法的具體過程。

通過PID 算法對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行控制，從而使制冷系統(tǒng)的溫度恒定在一定值，保證制冷系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2）將PID 控制器處理過的信號(hào)傳輸給變頻器，變頻器接收到處理過的信號(hào)，通過頻率調(diào)節(jié)，對(duì)制冷系統(tǒng)中的設(shè)備電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)供水量，從而對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

綜合前述過程，利用基于節(jié)能需求的酒店中央空調(diào)制冷控制系統(tǒng)對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行控制的過程如下：在程序中提前設(shè)定溫度標(biāo)準(zhǔn)差，通過溫度傳感器對(duì)制冷系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的溫度進(jìn)行采集，將采集到的溫度與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，通過PID 算法將處理過的信號(hào)傳輸給變頻器，通過調(diào)節(jié)頻率對(duì)制冷系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，以實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)功能。

2、仿真實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

將提出的基于節(jié)能需求的酒店中央空調(diào)制冷控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證提出的控制系統(tǒng)是否既能滿足節(jié)能需求、又能有效控制制冷系統(tǒng)。以冷卻水泵為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，首先，反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定PID 控制參數(shù)，設(shè)定的PID 控制參數(shù)如表1 所示。在確定表1中PID 參數(shù)的基礎(chǔ)上，與傳統(tǒng)的酒店中央空調(diào)制冷控制系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)制冷系統(tǒng)中的能耗進(jìn)行測(cè)試。

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

分別采用兩個(gè)酒店中央空調(diào)制冷控制系統(tǒng)。

隨著水泵流量的增加，采用傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)對(duì)酒店中央空調(diào)制冷系統(tǒng)進(jìn)行控制，其功率隨之增加；而采用提出的控制系統(tǒng)，通過變頻器對(duì)其轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)冷卻水泵的供水量，其功率也隨著水泵流量的增加而增加。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，在水泵流量為50%時(shí)，其能量節(jié)約值達(dá)到更大。通過綜合對(duì)比發(fā)現(xiàn)，提出的控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，其節(jié)能效果明顯。

讓我們來看看中央空調(diào)系統(tǒng)為什么要節(jié)能?

建筑能耗比重逐年上升

建筑是耗能大戶，全世界建筑能耗占全球能耗總量的30%，工業(yè)化在建筑能耗的比例為52%，發(fā)展中建筑能耗的比例為23% 2011年我國(guó)建筑總能耗比例已達(dá)到28%。

空調(diào)系統(tǒng)能耗占比很高

空調(diào)系統(tǒng)是建筑的主要能耗單位，一些發(fā)達(dá)空調(diào)的能耗已占據(jù)建筑物總能耗的60~70%，我國(guó)是50~60%，所以有效降低空調(diào)的能耗就等于解決了建筑能耗的大部分問題。建筑節(jié)能法律法規(guī)制定，我國(guó)政府頒布了相關(guān)的建筑節(jié)能法規(guī):《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》、《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等以及“十二五”建筑節(jié)能專項(xiàng)規(guī)劃等。建筑節(jié)能，勢(shì)在必行。

中央空調(diào)系統(tǒng)如何節(jié)能?

中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)留有余量

中央空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，通常設(shè)計(jì)的容量留有余量，而空調(diào)末端使用率的變動(dòng)，使設(shè)計(jì)容量與實(shí)際負(fù)荷相等的情況很少。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中央空調(diào)系統(tǒng)在滿負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)間占20%~30%，70%~80%的時(shí)間是在部分負(fù)荷下運(yùn)行。從控制的角度來看，中央空調(diào)在滿負(fù)荷運(yùn)行的是無法節(jié)能的，只有在部分負(fù)荷下才有可能的節(jié)能，所以節(jié)能的根本方法是通過技術(shù)手段來創(chuàng)造更多的部分負(fù)荷。

不良使用習(xí)慣造成能源浪費(fèi)

由于節(jié)能的概念不是每個(gè)人都能夠真正理解并做到，特別是對(duì)于企業(yè)、酒店、公共設(shè)施等場(chǎng)所，這些地方的能源開銷所產(chǎn)生的費(fèi)用不是使用者直接承擔(dān)，在使用空調(diào)時(shí)容易出現(xiàn)溫度設(shè)置不合理，甚至忘記關(guān)空調(diào)的現(xiàn)象，造成了不必要的能量浪費(fèi)。

管理不善造成能源浪費(fèi)

傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)沒有配置自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，或自動(dòng)化程度低，在運(yùn)行過程中管理員對(duì)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況是憑感覺，靠經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行神制，不能區(qū)分運(yùn)行高峰期與低峰期，不能合理調(diào)配機(jī)器的運(yùn)行數(shù)量，造成能量浪費(fèi)。

邦德瑞節(jié)能群控系統(tǒng)方案和效果

邦德瑞中央空調(diào)節(jié)能群控系統(tǒng)主要從兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)節(jié)能:一，是如何從電能消耗上考慮節(jié)能:

二、是如何在末端空調(diào)能量使用上減少耗用。

邦德瑞主機(jī)節(jié)能方案:

一般冷凍水設(shè)計(jì)溫差為5~7℃，冷卻水的設(shè)計(jì)溫差為4~6℃，中央空調(diào)機(jī)組一般是控制出水溫度，在系統(tǒng)流量固定的情況下，因機(jī)組不能計(jì)算出末端負(fù)荷使用狀況，加之機(jī)組大部分時(shí)間在部分負(fù)荷下運(yùn)行，因此絕大部分運(yùn)行時(shí)間冷凍水溫差僅為1~3℃，即在溫差低，流量大的情況下工作，降低了機(jī)組的能效比。若機(jī)組是多臺(tái)，還會(huì)出現(xiàn)機(jī)組在部分負(fù)荷下運(yùn)行(機(jī)組在小千50%的角荷下能效比隆低)邦德瑞中央空調(diào)節(jié)能群控系統(tǒng)采用對(duì)末端空調(diào)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)方式，運(yùn)用矢量控制法，提升空調(diào)能效比，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低主機(jī)能耗。邦德瑞水泵節(jié)能方案:

空調(diào)循環(huán)水泵耗電量大，占空調(diào)系統(tǒng)耗電量20%~30%，空調(diào)系統(tǒng)大部分時(shí)間是處于部分負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，相應(yīng)的循環(huán)水量也經(jīng)常小于設(shè)計(jì)值，通過變頻器調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速可滿足流量變化的需求，會(huì)帶來顯著的節(jié)能效果。變頻水泵的特點(diǎn)是，在相似情況下水泵的流量、揚(yáng)程和功率分別與其轉(zhuǎn)速的一次方、二次方和三次方成正比。

邦德瑞將于8月1日-3日參加由重慶國(guó)際博覽中心舉辦的第三十三屆國(guó)際制冷、空調(diào)、供暖、通風(fēng)及食品冷凍加工展覽會(huì)，重慶國(guó)際博覽中心是全球三大HVAC&R展覽會(huì)之一，擁有國(guó)際展覽業(yè)協(xié)會(huì)和美國(guó)商務(wù)部權(quán)威認(rèn)證；中國(guó)展覽館協(xié)會(huì)展會(huì)項(xiàng)目(行業(yè)知名活動(dòng))認(rèn)證；空調(diào)·制冷·供熱·新風(fēng)·冷鏈一站式解決方案；展出面積:122,000㎡，參展企業(yè): 1,500+ ，專業(yè)觀眾:60,000+，論壇會(huì)議: 80+ ，國(guó)際組織:50+，合作媒體: 100+。