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【摘 要】节能是我们当今科学技术发展追求的一个重要方向，作为现代化大型建筑的重要设备之一，中央空调系统的节能研究已经成为了重要的课题，通过对中央空调系统的能耗分析，可以增强中央空调系统的节能效果，具有重要的现实意义。本文从中央空调的机体结构和工作原理出发，对中央空调自动化系统节能技术进行了分析和探讨。
【关键词】中央空调系统；自动化；节能技术
【中图分类号】TU83 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）10-0187-02
1.引言
能源是推动社会经济可持续发展的物质基础，也是关系到国民经济平稳运行的物质保障，我国现有的国情表明了，我国的能源储备已到了非常紧张的状态，日益凸显的能源矛盾牵制着社会经济和科学技术的发展，节约能源已成为我们发展过程中一项刻不容缓的任务。
建筑业能耗是我国能源总能耗中较为突出的一项能耗，包括了照明、电梯、空调、通风等。其中，中央空调能耗占的比例最大，占据整个建筑物运行能耗的至少40%以上，并有不断扩大的趋势，严重影响了区域能源的供需平衡，也对城乡的供配电网造成了巨大的负担，对中央空调自动化系统节能技术进行分析和研究是优化中央空调能耗系统、降低中央空调系统能耗的重要途径，对提高我国建筑行业能源利用率、促进国家经济的可持续发展具有非常重要的意义。
2.中央空调系统的发展
随着工业自动化的深入和计算机的普及应用，中央空调的使用量也越来越多。就目前来说，研究中央空调自动化节能系统所包含的主要技术有冷热源和新能源的使用、空调水的排放输送等，最常见的节能技术是变流量技术，主要应用于空调水输送的节能技术上，伴随着变频技术的进步和发展，变流量系统也越来越完善，并增加了分散设置仪表和分散式数据收集器的应用，与变流量系统一起构成了中央空调水系统，变流量水系统的控制技术也逐步趋向高端化、复杂化，直到现在，我国已经在中央空调领域研制出了变频调速控制和变流量节能控制，在节能技术上取得了明显的进步。
3.中央空调系统的结构和原理
中央空调系统主要是由风机子系统、冷冻水子系统、冷却水子系统等多个子系统组成，通过控制一台主机连接风道过风和冷热水管，然后连接多个末端来控制不同的房间的温度以达到调节室内空气温度的效果。实现温度调节最为主要的系统是制冷主机系统，调节室内温度的来源就是制冷主机系统所产生的冷气，制冷主机系统也是占据中央空调的大部分能耗，包括风机系统和水系统在内的系统功率大小直接影响空调主机的运行。
中央空调的制冷过程是由两大水循环系统配合制冷主机系统和风机系统共同协调完成，整个过程遵循着热量守恒定律，由制冷主机产生低温冷冻水并送至风机中与高温空气交换热量，到达一定温度后，风机盘管中的空气就会被送至室内调节温度，此时低温冷冻水吸收热量变回高温水，再送回制冷机组与低温制冷液交融放出热量，重新转换成低温冷冻水，这个过程一直重复循环，实现了调节室内温度的目的。
4.中央空调系统的使用状况
中央空调的耗能是比较大的，每个建筑能耗中的空调耗能一般可以达到40%以上，中央空调系统的使用能耗在一定时间内是保持在70%左右的负载，所以还存在一定的余量去调整优化，应当着重对冷冻水系统、冷却水系统和整体空调主机进行运行效率方面的提升，才能有效降低中央空调的使用能耗。目前我们使用的中央空调系统的运行和停止都是人为操控，所以自动化的程度还很低，整个系统的稳定性也较低；再者，中央空调系统不能够根据负载的变化调节水泵的水系统流量，这样就导致了大量能源的浪费。要使能源不被浪费、减少能源损耗、保证电网和设备的运行效率，就必须对存在的问题进行节能改造。
5.节能技术分析
通过设计将群控节能技术和变频节能技术结合起来控制水泵的运行转速、冷却水和冷冻水的水流量，并根据系统实际需要的水流量和中央空调的实际负荷大小进行调整和优化，这种节能技术可以有效减少设备机械的磨损率，节约能源的消耗量，保证中央空调的最优化的节能效果和综合性能，使中央空调能够维持在较高的热转换效率，从而达到了节能减耗的目的。
5.1 设备组成
（1）变频器：通过采集现场的温度仪表数据，根据压缩机里的出水和回水的温差值，控制整个变频器的频率和变频电机的运行速度，从而控制调节出水的流量和控制水泵的供电回路，调节使热交换的速度得以改变，整个过程需要变频器和可编程控制器的协同控制以达到节能的目的。
（2）可编程控制器：属于三星电子公司的一款自动化电子产品，用于控制调整水泵的供电主回路和显示规模较小的压缩机系统，由许多高性价比的模块组合而成，包括通讯模块、电源模块、输入与输出模块等，可同时接收机组里面全部系统的管道温度信号、运行信号等，再通过可编程控制器的计算，发送控制指令调节水泵的运速和改变变频器的频率，以此实现节能。
5.2 节能原理
根据流体力学理论可以知道，中央空调系统的水系统循环属于流体负载，按照理论说明，水系统中存在着三个正比关系：水流量Q与机体转速N的一次方的正比关系、水泵承受的压力H与机体转速N的平方的正比关系以及水泵机的轴功率P与机体转速N的三次方的正比关系。下图1表示水泵的特性曲线。
图1 水泵的特性曲线
上面我们说到，中央空调系统在使用中会保持70%左右的负载，存在一定的余量去调整优化，这里我们基于水泵的设计流量中存在的余量，应用我们所设计的变频技术实现节能。具体用下面表1的数字说明。
6.其他节能技术的应用
6.1 群控节能法
群控节能法是一种根据空调系统的冷负荷变化，应用群控技术自启或者停止主机机组的运作，主要收集主机的负载量信息、冷冻水的供水温度变化和供回水温度变化数据、系统的冷负荷情况，根据空调主机的运行时间进行主机的启动或者停止操作，也可以设置启动和停止的起止时间、机组的启动台数、启动相应的其他设备，通过以上几种控制方法，可以让中央空调设备所应运行的数量与实际负荷的要求相符合，既可以使系统的舒适性大大增加，也节省了能源损耗。
6.2 冷却塔风机控制法
冷却塔风机控制法是根据冷供水的温度的变化控制冷却塔风机的工作，取27℃和30℃的温度设定，当冷供水的温度大于27℃时，控制系统会自动开启一台冷却塔风机进行工作，当冷供水的温度大于30℃时，继续自动开启第二台冷却塔风机进行工作，反之，如果低于设定的温度，则控制系统自动关闭冷却塔风机的运作。这样的控制方法可以使空调系统的运行保持在最佳的状态，同时减少了冷却塔风机不必要的空耗，达到了节能的目的。
7.结语
随着社会经济的不断发展和科学技术水平的不断提高，人们对生活质量的要求越来越高，追求更高的生活和工作的舒适水平，中央空调系统作为现代大型建筑物必备的配套设施，为了给人们提供更舒适的生活和工作环境，需要不断创新和改善中央空调的自动化系统节能技术，要求我们在研究中央空调节能环保性能时，辩证采用参数自调整模糊控制的方式提升整个中央空调控制系统的稳定性，结合EBI软件和自动化控制系统进一步扩大中央空调的功效，实现最大化的节能减排，只有这样才能迎合现代环保的理念要求，让科学技术造福广大家庭！
参考文献
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[3]孙守泉,范红岩.智能建筑的空调自控化系统的应用研究与分析[J].四川水泥,2015,(3):326.
论文作者:黄良伟
论文发表刊物:《建筑知识》2017年10期
论文发表时间:2017/7/11
标签：中央空调论文; 节能论文; 空调系统论文; 系统论文; 中央论文; 风机论文; 温度论文; 《建筑知识》2017年10期论文;