基于提高中央空調(diào)整體cop值的節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計

1、延會貴任的人力資譚計理13集干捷斤金汝社侖迓任的人力資濛討理13基于提高中央空調(diào)整體COP值的節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計核心提示：摘要：考量中央空調(diào)能效最重要參數(shù)就是中央空調(diào)整體COP值，木文重點描述了采用復(fù)雜非線性控制系統(tǒng)實現(xiàn)中央空調(diào)整體COP值的提高，摘要：考量中央空調(diào)能效最重要參數(shù)就是中央空調(diào)整體CoP值，本文重點描述了 采用復(fù)朵非線性控制系統(tǒng)實現(xiàn)中央空調(diào)整體COP值的提高，來實現(xiàn)整體中央空調(diào) 節(jié)能高效的提升，替代了傳統(tǒng)簡單的PID線性節(jié)能控制盒傳統(tǒng)的簡單局部設(shè)備的 節(jié)能控制，使中央空調(diào)的節(jié)能控制翻開了新的篇章。前言現(xiàn)代建筑能耗中，中央空調(diào)的能耗所占總建筑能耗的比例非常大，約占總能 耗的50%-7

2、0%,而對于中央空調(diào)系統(tǒng)，冷熱源的設(shè)備能耗乂占中央空調(diào)總能耗 的70%左右。中央空調(diào)冷熱源的設(shè)備能耗分為三部分：1制造冷熱源的高耗能設(shè)備，例如制冷主機，鍋爐等2、輸送冷熱量的耗能設(shè)備，例如循環(huán)水泵3、冷凝熱量排放的耗能設(shè)備，例如冷卻塔風機所以如何應(yīng)用先進的節(jié)能控制系統(tǒng)以及科學的管理手段在保證中央空調(diào)使 用效果的情況下降低冷熱源設(shè)備的能耗，在樓寧的節(jié)能降耗中顯得尤為重要。 一、中央空調(diào)能耗浪費現(xiàn)象的原因分析中央空調(diào)是一個非常龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，在利用耗能設(shè)備做功的情況下，將冷 （熱）量從室內(nèi)移到室外，不僅包含了氣一一冷凍水、冷凍水一一制冷劑、制冷 劑一一冷卻水以及冷卻水一一室外空氣之間等多個熱交換過

3、程，還包含了制冷劑 從氣態(tài)到液態(tài)，液態(tài)到氣態(tài)的兩個不同相變的過程，在這些復(fù)雜的熱交換和相變 過程中，不可避免的存在著各種各樣的不平衡現(xiàn)象，造成冷（熱）量的極大浪費。1、滿負荷的超余量設(shè)計中央空調(diào)在設(shè)計選型的過程中，設(shè)訃師在訃算負荷需求時考慮到最不利工況 條件所配設(shè)備在滿負荷的情況下增加一定的安全系數(shù)，一般在滿負荷的參數(shù)基礎(chǔ) 上增加15%-20%的設(shè)計余量。根據(jù)美國空調(diào)制冷學會（ARI）統(tǒng)訃中央空調(diào)運行 每年滿負荷的時間非常短，每年只有5%J0%的時間運行在滿負荷狀態(tài)，其余大 部分時間都處于部分負荷狀態(tài)下運行（表一），所以中央空調(diào)的能耗浪費現(xiàn)象是 顯而易見的。負荷率（）7510050752550

4、25占總運行時間的白分率（）10503010表一中央空調(diào)每年運行時間和負荷率的關(guān)系2、末端設(shè)備的參數(shù)運行失控對于末端風機盤管和空調(diào)箱機組來說，管理者對其溫度和濕度等參數(shù)的設(shè)置 往往都難以控制，而空調(diào)的使用者往往在追求最大舒適度的情況下盡量調(diào)低（制 冷季節(jié)）或調(diào)高（采暖季節(jié)）溫控器的溫度設(shè)置，根據(jù)冷熱量測算，在溫度設(shè)置 相差1C的情況下，可以造成該空間所供冷熱量7%-10%浪費，所以如何結(jié)合先 進的控制系統(tǒng)以及科學的管理措施實現(xiàn)末端設(shè)備參數(shù)的有效控制對于中央空調(diào) 的節(jié)能來說非常重要。3、區(qū)域冷（熱）量不平衡對于末端多區(qū)域供冷（熱）的空調(diào)系統(tǒng)來說，由于各區(qū)域之間的阻力特性及 負荷需求存在不同，所以

5、在實際的運行中可能就存在著某些區(qū)域的冷（熱）量過 剩，而某些區(qū)域的冷（熱）量不夠的現(xiàn)象，此現(xiàn)象可以從各區(qū)域的供回水管的監(jiān) 測溫差反映出來，溫差大說明冷（熱）量需求較大，溫差小的說明冷（熱）量需 求較小，存在著“大流量，小溫差”的浪費現(xiàn)象，所以如何解決好各區(qū)域的冷（熱） 量平衡對于整體中央空調(diào)的COP值有著非常大的作用。4、供需冷（熱）竄的失衡在中央空調(diào)實際運行中，往往存在著冷凍水泵循環(huán)側(cè)和末端冷凍水循環(huán)側(cè)冷 （熱）量的供需不平衡，在末端變負荷的情況下，水泵循環(huán)側(cè)的流量大部分通過 旁通管路乂回到制冷主機側(cè)，造成極大的浪費。5、水泵的抵效運行集干提斤金曲社侖謎任的人力資潭許理:13延于炎Ff金費社

6、會滾任的人力資濛討N13根據(jù)圖一，水泵的性能曲線決定了水泵的運行效率最高點集中在水泵的部分 負荷區(qū)，水泵的低效運行會造成水泵在同等流量輸出的情況下能耗的上升，從而 造成水泵能耗的浪費。圖-水泵的性能曲線圖6、冷卻溫度的偏離根據(jù)EnergyPLUS軟件模擬的制冷主機性能曲線，可以擬合出制冷主機的最大制 冷量與冷凍水和冷卻水出水溫度的關(guān)系：Q=a+b(T 1)+C(T 1) +d(T2)+e(T2) +f(T 1)(T2)COP=QO/W= a+b(Tl)+C(Tl)2+d(T2)+e(T2)2+f(Tl)(T2) W(QOiSIrt :Pi的i人劃冷屆.TI冷誅水出Xi段.T2冷卻水出水,. W

7、：制冷上機功耗.a. b、c. d. e. f:拔令糸&)從以上關(guān)系可以得出制冷主機COP值和冷凍水溫度及冷卻水溫度都有關(guān)系， 當Tl下降時，蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)壓力也會下降，如果冷凝溫度T2和冷凝壓力保持 不變，這樣會造成壓縮機壓力比上升，從而造成壓縮機功耗上升，COP下降。很明顯，制冷主機在一定的負荷率范圍及一定的室外溫濕度情況下，制冷主 機冷凝側(cè)溫度的上升會造成制冷主機冷凝壓力的上升，這樣會造成在一定的制冷 劑流量下，制冷主機的功耗上升，制冷主機COP下降，但是在制冷主機一定的負 荷率范圍及一定的室外溫濕度情況下，冷卻水溫度如果低于某一溫度時，制冷主 機的效率同樣會降低，所以冷卻水溫度的過高和

8、過低都可能造成制冷主機的COP 下降，能耗上升。7、制冷主機的低效運行負荷率制冷量（RTh）耗 . KWCOPIOO6504295. 33905853555. 79805202966.41603902136. 44503251826. 28402601585. 78301951345. 12201301094.21385933.21表二某品牌650RT離心機組性能參數(shù)表根據(jù)制冷主機的模擬性能參數(shù)表（表二）。制冷主機的高效區(qū)集中在部分負 荷區(qū)間，過高或過低的負荷率都會造成制冷主機的CoP急劇下降，所以在制冷 主機的運行過程中，如何調(diào)節(jié)制冷主機的運行臺數(shù)及外圍的相關(guān)設(shè)備參

9、數(shù)，讓制 冷主機始終處于高效區(qū)間運行，對降低制冷主機的能耗來講是特別重要的。綜上所述，中央空調(diào)系統(tǒng)運行能耗浪費現(xiàn)象涉及到載冷劑循環(huán)（冷凍水循 環(huán)）、制冷劑循環(huán)（制冷主機內(nèi)部）、冷卻劑循環(huán)（冷卻水循環(huán)）三種介質(zhì)的循 環(huán)過程，包含了制冷主機、水泵、冷卻塔、末端設(shè)備等多個熱交換過程，這決定 了中央空調(diào)系統(tǒng)不能以線性控制系統(tǒng)，簡單的局部控制部分設(shè)備而達到節(jié)能的效 果。三、中央空調(diào)傳統(tǒng)的節(jié)能控制系統(tǒng)存在的弊端1、集水器各供冷（熱）區(qū)域回水管采用靜態(tài)平衡閥控制對于末端變負荷的中央空調(diào)系統(tǒng)來說，IlI于負荷變化的隨機性以及大部分時 間處于部分負荷狀態(tài)，靜態(tài)平衡閥長期處于無效狀態(tài)，難以達到一個理想的冷（熱）量

10、平衡調(diào)節(jié)。表三種列出了在末端變負荷的情況下，分水器側(cè)各環(huán)路流量 的分配情況。假設(shè)各環(huán)路設(shè)計流量為80mshz環(huán)路之間的阻力差為20%o延會貴任的人力資譚計理13ET從斤金段社侖滾任的人力貿(mào)潭背理13多環(huán)路流量（卅/h）負荷（）加權(quán)平均值（典型運行時間）環(huán)路1環(huán)路2環(huán)路380808010010%8076609015%8062508030%7054447030%604638*eB花 JeKIre:TVi ft圖三中央空調(diào)名區(qū)域冷（熱）Iftf衡的控制圖在中央空調(diào)多區(qū)域的供冷中，其中某個區(qū)域的冷凍水所供給的冷量Q是否 與末端的需求相匹配，直接反應(yīng)在環(huán)路的會睡溫度或溫差上。X環(huán)路的回水溫度 或溫差等于

11、其設(shè)定值時，則表明所提供的冷量與末端負荷需求相匹配，否則，所 提供的冷量與末端負荷的需求不匹配，也就說明這個區(qū)域的冷量供需不平衡：當 多個區(qū)域之間的回水溫度或溫差都不一樣時，則說明多個區(qū)域之間存在著冷量不 均衡的現(xiàn)象。單個區(qū)域的冷量供需不平衡和多個區(qū)域之間的冷量分配不平衡都會 造成空調(diào)冷量輸送的極大浪費，因此控制系統(tǒng)通過中央空調(diào)多區(qū)域冷熱量均衡分 配節(jié)能控制技術(shù)調(diào)節(jié)單個區(qū)域的供需平衡和多個區(qū)域之間的冷量平衡可以達到 明顯的節(jié)能效果。中央空調(diào)多區(qū)域冷熱量分配節(jié)能控制，是以各個環(huán)路的回水溫度或溫差作為 被控變量，根據(jù)實際測量的各個環(huán)路的回水溫度或溫差，計算其與設(shè)定溫差值的 偏差及偏差變化率，然后通

12、過系統(tǒng)專用控制器調(diào)節(jié)相應(yīng)環(huán)路供水端的水泵頻率（或臺數(shù)），對相關(guān)區(qū)域的水流量進行動態(tài)調(diào)節(jié)，使得各個區(qū)域水流量所提供的 冷量與末端負荷需求的冷量相匹配，從而實現(xiàn)回水溫度或溫差趨于一致，接近設(shè) 定溫差，從而保證每個區(qū)域的冷量供需和各區(qū)域之間冷量的分配平衡，從而達到 極其顯著的節(jié)能效果。多區(qū)域冷熱量平衡控制策略節(jié)能分析（加裝靜態(tài)平衡閥的情況下）：多環(huán)路流量（m/h）負 荷（%）加權(quán)平均值（典型運行時間）環(huán)路1環(huán)路2環(huán)路380808010010%8080729015%8077648030%7867567030%685748 41 MlTIWT: WiY外MET： goaUIKt,WWMft ： itEI

13、Mtd RMMW2JleMsuUIMakWX3fJM- B VJUI =OMl R三 OM QMBfttBAXV-MI MHCfBeISS0U ； OIEWKtauI- U圖四中央空調(diào)冷凍水冷（熱）凰模糊預(yù)判斷控制圖圖四中央空調(diào)冷凍水冷（熱）量模糊預(yù)判斷控制圖中央空調(diào)冷熱量模糊預(yù)判斷節(jié)能控制技術(shù)是一種“超前控制”，它與跟隨控 制有本質(zhì)的不同。它通過對冷凍水系統(tǒng)供水溫度、回水溫度、流量、壓差等參數(shù) 和室外環(huán)境溫度的監(jiān)測，利用數(shù)據(jù)庫對各項運行參數(shù)進行統(tǒng)訃、分析、運算，并 在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，推理預(yù)測出空調(diào)系統(tǒng)未來時刻的負荷（需求冷量），提前 一個小時T產(chǎn)生控制動作，對冷凍水流量進行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)提供

14、的冷量與負荷需 求的冷量相匹配，以消除供需間偏差的產(chǎn)生，從而消除供需之間冷量的數(shù)量差與 時間差從而使空調(diào)的節(jié)能控制的效果更好更精確。4、基于制冷主機高能效的制冷主機群控策略設(shè)計在有多臺制冷主機并聯(lián)的大型中央空調(diào)系統(tǒng)中，一個科學先進的群控技術(shù)對 節(jié)能控制顯得特別重要，在傳統(tǒng)的制冷主機群控控制策略中的常見的方法有：回 水溫度控制法、供、回水溫差控制法、流量控制法、壓差控制法和溫差/流量控 集干捷斤金汝社侖迓任的人力資濛討理13延會貴任的人力資譚計理13制法，但是以上這些傳統(tǒng)的控制法都是因為各自的局限性并不能給制冷主機的節(jié) 能控制帶來比較好的控制效果。傳統(tǒng)回水溫度控制法、供、回水溫差控制法、流 量控

15、制法、壓差控制法和溫差/流量控制法進行制冷主機群控的技術(shù)裝置簡單、 價格便宜，但判據(jù)不明確，適應(yīng)性較差，尤其溫差小時，誤差大，對節(jié)能不利， 同時在控制過程中忽視對制冷主機COP能效值的考慮，在制冷主機加減過程中可 能造成運行制冷主機的工況改變，能效降低，無法達到節(jié)能的效果?；谥醒肟照{(diào)制冷主機高能效的制冷主機群控技術(shù)能較符合實際判斷是否 需要加開冷凍機：可以通過訃算負荷對機組的運行效率進行判斷，確保制冷主機 在任何負荷條件下，都有一個優(yōu)化的運行環(huán)境，始終處于最佳運行工況，從而保 持效率（COP）最高、能耗最低，實現(xiàn)制冷主機和水系統(tǒng)的節(jié)能?；谥醒胂到y(tǒng)制冷主機高能效的制冷主機群控技術(shù)控制原理：控

16、制系統(tǒng)在對冷水機組具體加機、減機，臺數(shù)控制的過程中，充分的考慮了 制冷主機在加減機的過程中保持制冷主機比較高的能效值（COP）,控制策略詳 細描述：（1）負荷計算公示：Q=41.868*L*C（TrT2）Q：系統(tǒng)所需冷量L:為流量C：為水的比熱容TL冷凍水出水溫度T2:冷凍水回水溫度通過分水器的供水干管和集水器的回水干管上的溫度傳感器以及流量傳感 器來計算實際負荷，通過實際負荷來實現(xiàn)主機的加減機臺數(shù)控制。對于系統(tǒng)負荷和機組制冷量之間的關(guān)系，用下式計算：QFKX（XXC）（Qi：系統(tǒng)負荷量；K：比例常數(shù)，由制冷主機高效負荷率確定；N：冷水機組 制冷量；C：前冷水機組運行參數(shù)）加機條件為：（必須同

17、時滿足以下三個約束條件）Q岸KlX （NXC）（負荷值約束）T回水MT設(shè)定（回水溫度約束）t時間仝t設(shè)定（延時時間約束）減機條件為：（必須同時滿足以下三個約束條件）QWKX（ （N-I） C）（負荷值約束）T回水WT設(shè)定（回水溫度約束）t時間設(shè)定（延時時間約束）（2）延時和溫度約束條件下加減機的過程曲線：分析：加機過程中，在滿足第一個約束條件的情況下（即外圍空調(diào)負荷Q 已經(jīng)滿足Q1K1 （XXC）這個條件），（3）比點冷凍水回水溫度開始大于基準設(shè)定溫度T。，加機開始計時。（4）P：點冷凍水回水溫度開始回落，由于延時t（5）匕點冷凍水回水溫度乂上升到基準設(shè)定溫度T”加機重新開始計時。（6）P,點

18、冷凍水回水溫度持續(xù)在T。以上的時間超過ts,加機。（7）匕點冷凍水回水溫度開始超過T0+T（T制冷機逐臺加機的溫差）， 再次加機開始訃時。（8）P6點冷凍水回水溫度持續(xù)在T0+T以上（ZXT制冷機逐臺加機的溫差） 的時間超過ts,再次加機。（9）P；點冷凍水回水溫度開始超過T0+2T（T制冷機逐臺加機的溫差）， 再次加機開始訃時。（10）P3點冷凍水回水溫度持續(xù)在T0+2T以上（ZVT制冷機逐臺加機的溫差） 的時間超過ts,再次加機。（11）減機過程中，在滿足減機的第一個約束條件的情況下（即外圍空調(diào)負 荷Q已經(jīng)滿足QK1（ （N-I） XC）這個條件）（12）Pg點冷凍水回水溫度開始回落到T0

19、+2T- T以下（制冷機逐臺 減機的溫差），減機開始計時。（13）Pg點冷凍水回水溫度雖然遠遠低于減機點，但持續(xù)時間小于減機延 時時間t（14）P：點冷凍水回水溫度持續(xù)在To+2T- T以下（ T制冷機逐臺減機 的溫差）的時間超過tf,減機。（15）P：,點冷凍水回水溫度開始回落到To+2T- T以下（T制冷機逐臺 減機的溫差），（16）再次減機開始計時。（17）Ps點冷凍水回水溫度開始回落到T0- T以下（各T制冷機逐臺減機 的溫差），再再次減機開始計時。（18）PR點冷凍水回水溫度不但回落到To+T- T以下，而且回落到T。- T以下。但回落到To+- T以下的時間超過tf,回落到To+-

20、 T以下的 時間大于ft,減機一臺。（19）P：5點冷凍水回水溫度回落到T0- T以下，且持續(xù)時間ttf,再次減 機一臺。（20）當兩臺小制冷量制冷都啟動時，只啟動1#制冷機，如果制冷量還不 足再啟動其他制冷機組，如果當所需制冷量減小時，停1#制冷機機組，啟動一 臺小的制冷機。5、基于提髙空調(diào)整體能效（COP）的冷卻水最佳溫度的模糊控制策略設(shè)計在傳統(tǒng)的中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)變流量控制中，往往采用的是冷卻水制冷主機 進出水溫差或制冷主機進水溫度的PlD水泵變頻調(diào)節(jié)的控制策略，從而控制水泵 的輸出流量，達到節(jié)能的Ll的，但是這種控制思路只考慮到冷卻水泵的節(jié)能，而 忽視了冷卻水流量的改變會帶來制冷主機工

21、況的改變，降低制冷主機的COP,是 整體能耗不下降反而會上升，超不到節(jié)能的效果。在變負荷工況下，DCU SCADA800系統(tǒng)是對整個空調(diào)系統(tǒng)進行綜合性能優(yōu)化 控制，以控制整個空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的總能耗最低為控制Ll標而設(shè)訃，因此，控制系 統(tǒng)在確定了空調(diào)系統(tǒng)在某一負荷下對應(yīng)的冷凍水的流量、溫度以及外界濕球溫度 的悄況下，實現(xiàn)基于空調(diào)性能綜合優(yōu)化（即保證空調(diào)系統(tǒng)能效值CoP最高）的冷 卻水自適應(yīng)控制，對于空調(diào)冷凍水流量的任意變化，尋找一個保證整體空調(diào)能效 最佳的冷卻水流量，系統(tǒng)專用節(jié)能優(yōu)化控制器通過冷卻泵變流量調(diào)節(jié)得以實現(xiàn)；延丁從斤金粒H侖逛任的人力資譚*136、泵組優(yōu)選控制策略的設(shè)計根據(jù)并聯(lián)水泵的效率特性，確定水泵的流量輸送范圉，從而確定水泵的頻率 丄作區(qū)間，系統(tǒng)自動控制任何一臺水泵都運行在其高效區(qū)。系統(tǒng)流量需求增加時, 當水泵頻率運行到其上限效率時，系統(tǒng)自動進行能耗運算，如果增開一臺水泵后 經(jīng)濟性更好則系統(tǒng)自動增開另一臺水泵，否則則不變；同樣系統(tǒng)流量需求減少時, 沖水泵頻率運行到其