新型中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)研究
摘 要:本文介紹了一種新型中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)。系統(tǒng)基于變預(yù)技術(shù),結(jié)合最優(yōu)化控制、模糊控制以及計算機(jī)技術(shù),具有負(fù)荷隨動跟蹤特性。結(jié)合專用管理專家系統(tǒng)軟件,成為中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞:中央空調(diào);節(jié)能;變頻;負(fù)荷隨動
1 引言
隨著電能緊缺問題的日益嚴(yán)重,節(jié)能技術(shù)已被政府部門、各行各業(yè)所重視并推崇。現(xiàn)代高層建筑及智能大廈的飛速發(fā)展,中央空調(diào)由于其高能耗性已成為令人最為關(guān)注的難題之一,其節(jié)能技術(shù)的研究日益加強(qiáng)川。
根據(jù)節(jié)能技術(shù)原理以及適用情況不同,目前一般有幾種不同的節(jié)能方案:(1)熱交換型(余熱利用),是通過平隔板完成空調(diào)回風(fēng)和新風(fēng)透過型全熱交換的,缺點(diǎn)是節(jié)能幅度低;(2)水(冰)蓄冷型的原理是夜間將空調(diào)冷凍水制冷并儲存,白夭不開空調(diào)主機(jī)僅使用水系統(tǒng)循環(huán)制冷,特點(diǎn)是避峰但不節(jié)電;(3)通用變頻器型是利用通用變頻器實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)和水泵運(yùn)轉(zhuǎn)的PID控制,局限性在于一旦選定了比例常數(shù)Kp、積分時間常數(shù)TI和微分時間常數(shù)TD之后,控制方式就已經(jīng)確定,不可能跟隨受控量值的變化而自動調(diào)整,也就是不可能達(dá)到最佳的節(jié)能效果。
新型中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)要求能夠隨動跟蹤系統(tǒng)實(shí)時變換負(fù)荷量,調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各能耗設(shè)備功率輸出以適應(yīng)空調(diào)負(fù)荷的變化,并保證主機(jī)系統(tǒng)始終處于優(yōu)化的最佳工作點(diǎn)上,使空調(diào)系統(tǒng)的效率(COP值)始終保持最大值。這就要求系統(tǒng)必須在采用一般變頻節(jié)能技術(shù)的基礎(chǔ)上,綜合運(yùn)用最優(yōu)化控制原理、模糊控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù),最后成為一種具有負(fù)荷隨動跟蹤節(jié)能控制功能的新型中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)。
2 中央空調(diào)變頻節(jié)能技術(shù)原理
2.1中央空調(diào)及電控系統(tǒng)基本組成
大、中型中央空調(diào)由三部分組成:制冷/制熱站、空調(diào)水管網(wǎng)系統(tǒng)、空調(diào)末端裝置(空調(diào)機(jī)組,風(fēng)機(jī)盤管和新風(fēng)機(jī)組等)。中央空調(diào)系統(tǒng)的耗能拖動設(shè)備主要有:冷水機(jī)組拖動系統(tǒng)(中央空調(diào)主機(jī));冷凍泵拖動系統(tǒng)(由若干臺水泵組成);冷卻泵拖動系統(tǒng)(由若干臺水泵組成);風(fēng)機(jī)拖動系統(tǒng)(包括若干室內(nèi)風(fēng)機(jī)和若干冷卻塔風(fēng)機(jī))。 中央空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制依據(jù)是:中央空調(diào)系統(tǒng)的外部熱交換由兩個循環(huán)水系統(tǒng)來完成。循環(huán)水系統(tǒng)的回水與進(jìn)(出)水溫度之差,反映了需要進(jìn)行熱交換的熱量。因此,根據(jù)回水與進(jìn)(出)水溫度之差來控制循環(huán)水的流動速度,從而控制熱交換的速度,是比較合理的控制方法。同時,循環(huán)水進(jìn)出口壓差也可以作為控制的一種參數(shù)。
中央空調(diào)電控系統(tǒng)由主機(jī)系統(tǒng)、冷凍水子系統(tǒng)、冷卻水子系統(tǒng)等組成。其中冷凍水子系統(tǒng)、冷卻水子系統(tǒng)的節(jié)能潛力非常大。由于客流量和晝夜氣溫變化很大,每一時刻所需的冷(熱)量的變化也很大。由于電機(jī)不能調(diào)速,外界的氣溫和客流量的變化不受人為的控制,為了滿足最大客流量的要求,冷凍水泵(熱泵)、冷卻水泵、冷卻風(fēng)機(jī)都必須長期運(yùn)行在滿載荷狀態(tài)。這樣造成泵機(jī)的電能和壓縮機(jī)組的冷量浪費(fèi)非常巨大[2]。
2.2中央空調(diào)變頻節(jié)能技米基本原理
選用冷凍泵變頻子系統(tǒng)、冷卻泵變頻子系統(tǒng)、冷卻風(fēng)機(jī)變頻子系統(tǒng),自動檢測冷凍水、冷卻水溫度,自動調(diào)節(jié)冷凍水泵(熱泵)、冷卻水泵、冷卻風(fēng)機(jī),使其處于最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài),同時可減少冷(熱)量在管道循環(huán)中的浪費(fèi)。
以冷凍泵變頻子系統(tǒng)為例,其控制方案如圖1所示仁“〕。它的水溫取決于蒸發(fā)器的設(shè)定值,回水溫度取決于蒸發(fā)器接收的熱量,中央空調(diào)冷凍水出水的溫度與冷凍水的回水溫度設(shè)計最大溫差為5C(出水為8C,回水為13C )?,F(xiàn)采用在蒸發(fā)器的出水管和回水管上裝有檢測溫度的變送器。再與PID溫度調(diào)節(jié)器、控制器和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng),通過冷凍水的溫差來控制,使冷凍水泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速相應(yīng)于熱負(fù)載的變化而變化,當(dāng)?shù)?臺電機(jī)已達(dá)到工頻但達(dá)不到要求時就可啟動第2臺電機(jī),工頻運(yùn)行,然后調(diào)控第1臺電機(jī)。這樣不斷調(diào)整控制,使其達(dá)到最佳的效果。
圖I 冷凍泵變頻子系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖
3 新型中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)
3.1新型中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)概述
新型中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)是在變頻控制的基礎(chǔ)上,運(yùn)用最優(yōu)化控制原理、模糊控制等現(xiàn)代控制理論技術(shù),結(jié)合現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)以及機(jī)電一體化技術(shù)集成的一個智能化控制系統(tǒng)。它可根據(jù)空調(diào)末端負(fù)荷的變化和空調(diào)主機(jī)的運(yùn)行工況,自動對中央空調(diào)水系統(tǒng)參數(shù)(溫度、壓力、流量等)進(jìn)行完整的采樣和控制,使系統(tǒng)冷媒流量跟隨負(fù)荷的變化而同步變化,同時優(yōu)化主機(jī)運(yùn)行環(huán)境,從而達(dá)到大幅度降低能源消耗的目的。
具體地說,就是對中央空調(diào)能源運(yùn)行系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測和閉環(huán)控制,最佳控制、模糊控制等現(xiàn)代控制理論技術(shù),結(jié)合現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù),將空調(diào)主機(jī)的定流量運(yùn)行改為變流量運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)空調(diào)主機(jī)冷媒流量跟隨末端負(fù)荷需求而同步變化,在空調(diào)系統(tǒng)的任何負(fù)荷條件下,都能既確保中央空調(diào)系統(tǒng)的舒適性,又實(shí)現(xiàn)最大的節(jié)能。
3.2負(fù)荷隨動跟蹤節(jié)能控制技術(shù)對中央空調(diào)各部分進(jìn)行全面控制,而且通過系統(tǒng)集成技術(shù)將各個控制子系統(tǒng)在物理上、邏輯上和功能上相互連在一起,實(shí)現(xiàn)它們之間的信息綜合、資源共享,在一個計算機(jī)平臺上進(jìn)行集中控制和統(tǒng)一管理。根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行工況及制冷工作參數(shù)的變化,通過模糊控制器動態(tài)調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù),確??照{(diào)主機(jī)始終處于優(yōu)化的最佳工作點(diǎn)上,使主機(jī)始終保持具有高的熱轉(zhuǎn)換效率。如圖2所示。
中央空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷變化造成空調(diào)主機(jī)及其水系統(tǒng)偏離最佳工況時,模糊控制器根據(jù)數(shù)據(jù)采集得到各種運(yùn)行參數(shù)值,如系統(tǒng)供回水溫度、供回水壓差、流量及環(huán)境溫度等,經(jīng)推理運(yùn)算后輸出優(yōu)化的控制參數(shù)值,對系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整,確保主機(jī)在任何負(fù)荷條件下,都有一個優(yōu)化的運(yùn)行環(huán)境,始終處于最佳運(yùn)行工況。
3.3中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)
新型中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)是一個集成的大系統(tǒng), 根據(jù)其規(guī)模的大小對應(yīng)配置同等規(guī)模的成套設(shè)備進(jìn)行控制。為了便于用戶的實(shí)時系統(tǒng)狀況監(jiān)控,根據(jù)
不同用戶靈活配置系統(tǒng)、運(yùn)行策略選擇、數(shù)據(jù)分析及系統(tǒng)管理,還必須有一套強(qiáng)大的系統(tǒng)管理軟件。
圖2系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖
基于系統(tǒng)集成技術(shù)和組態(tài)軟件技術(shù)的中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)可以勝任此項(xiàng)工作。中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)一般可由下面幾個子系統(tǒng)組成:
(1)系統(tǒng)組態(tài):根據(jù)用戶不同規(guī)模、需求靈活配置系統(tǒng)的控制對象規(guī)模及連接方式。
(2)運(yùn)行策略:根據(jù)用戶特點(diǎn)及不同需求靈活選擇最佳運(yùn)行策略,包括系統(tǒng)控制模式、聯(lián)動控制對象、服務(wù)質(zhì)量控制等。
(3)狀態(tài)監(jiān)控:通過全面的運(yùn)行參數(shù)采集,利用圖形化的組態(tài)軟件全面、形象、動態(tài)、實(shí)時地提供系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視與控制,包括主機(jī)系統(tǒng)、一次冷溫水系統(tǒng)、二次冷溫水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、冷卻塔系統(tǒng)、閥門系統(tǒng)、器件系統(tǒng)等。
(4)數(shù)據(jù)分析:記錄系統(tǒng)運(yùn)行的主要參數(shù),并進(jìn)行統(tǒng)計和分析,提供用戶決策判斷的依據(jù),包括能耗曲線、主機(jī)效率曲線、電耗累計值、操作記錄、故障記錄等。
(5)系統(tǒng)管理:主要給系統(tǒng)及企業(yè)管理者提供信息平臺及管理平臺。
安裝中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)后,不但操作人員能夠在計算機(jī)上實(shí)時監(jiān)控冷水機(jī)組、冷凍水泵機(jī)組、冷卻水泵機(jī)組、冷卻水塔、樓層風(fēng)柜、新風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)工作狀態(tài),以及樓宇內(nèi)外環(huán)境溫度、濕度、樓層溫度、空氣品質(zhì)、冷凍、冷卻水供回水溫度、壓力、主要設(shè)備消耗功率等上百個工藝參數(shù),降低設(shè)備運(yùn)行的盲目性,而且大廈各級管理人員也可以隨時通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對整個中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)視,提高樓宇管理水平。
中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)能夠?qū)⒄麄€中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、工藝參數(shù)、故障報警無限期保存并打印,供管理人員隨時查閱。自動記錄空調(diào)設(shè)備累計運(yùn)行時間,為設(shè)備檢修提供依據(jù)。中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)對系統(tǒng)操作進(jìn)行了權(quán)限設(shè)定,包括管理級、工程師級、操作員級,從而保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。
4 結(jié) 論
中央空調(diào)節(jié)能技術(shù)的推廣給企業(yè)帶來的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的,而且符合環(huán)保節(jié)能的理念,因此近幾年得到了大力發(fā)展。大部分已實(shí)施的中央空調(diào)節(jié)能項(xiàng)目都是采用了如引言中所述的前三種技術(shù)(以通用變頻器節(jié)能最廣泛),也取得了一定效果。但是,它們的共同缺陷是沒有從整個系統(tǒng)出發(fā),綜合利用所有的系統(tǒng)參量和工況信息,在負(fù)荷隨動的情況下,能根據(jù)科學(xué)的控制方法,使主機(jī)系統(tǒng)始終處于優(yōu)化的最佳工作點(diǎn)上,使空調(diào)系統(tǒng)的效率(COP值)始終保持最大值。另外,一套科學(xué)的系統(tǒng)專家管理軟件對于大系統(tǒng)而言,也是非常必要的。這些都是中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。
本文相關(guān)信息
- [新聞資訊] 越南出口橡膠價格飚升
- [新聞資訊] 越南機(jī)電產(chǎn)品需求大
- [新聞資訊] 塑料袋市場準(zhǔn)入工作正加快推進(jìn)
- [有關(guān)專業(yè)] 塑料導(dǎo)線:新的綠色環(huán)保PCB生產(chǎn)技術(shù)
- [新聞資訊] 徐工科技創(chuàng)下裝載機(jī)單日發(fā)車新紀(jì)錄
- [新聞資訊] 塑料的定義與分類
- [新聞資訊] 新型環(huán)保多功能清掃車亮相在北京亮相
- [新聞資訊] 新型環(huán)保高效空壓機(jī)研發(fā)通過專家驗(yàn)收
- [新聞資訊] 塑料短期震蕩 長期上行趨勢不改
- [新聞資訊] 新型酯化反應(yīng)催化劑研究有進(jìn)展