摘要：本文主要分析了集中空调冷却水系统的变流量问题，论述了如何在空调运行的过程中做好控制和管理工作，并提出了节能的具体方法和措施，希望可以为今后的集中空调冷却水系统变流量相关工作提供参考。
关键词：集中空调；冷却水系统；变流量；思考
一、前言
在空调的设计过程中，冷却水系统极为重要，冷却水系统变流量的效果直接影响了集中空调的运行效果，因此，要针对集中空调冷却水系统变流量进行分析，分析节能降耗的方法，提高空调运行的效率和效果。
二、集中空调的控制特点
（一）调节对象的特性
不同的被控对象，在相同的干扰作用下，被控量随时间的变化过程也并不一样。空调自控系统的任务就是为了克服这些干扰因素，维持空调房间一定的温、湿度和空气质量。但温、湿度的控制效果不但取决于自控系统，更主要的是取决于空调系统的合理性以及空调系统的对象特性。
（二）整体控制性
空调自动控制系统一般是以空调房间内的空气温度和相对湿度控制为中心，通过工况转换与空气处理过程使每个环节紧密联系在一起的整体控制系统。空调系统中空气处理设备的启停都要根据系统的工作程序，按照有关操作规程进行，处理过程中的各个参数调节及联锁控制都不是孤立进行，而是与室内温湿度密切相关的。
（三）干扰性
空调系统在长期运行中，由于外部条件(如风、晴、雨、雪、气温、太阳辐射)和内部条件(如空调房间中设备、照明的开关、投入运行的时间以及工作人员的增减等)的变化，都将对空调系统的运行形成干扰。
（四）多工况运行及转换控制
由于空调系统是在全年的室内外条件变化下，按照一定的运行方式(即工况)进行调节的，因此，在室内外条件发生显著变化时，就要改变其运行调节的方式，即进行运行工况的转换。
（五）湿度的相关性
在空调的控制中，大多数情况下主要是对空调房间内温度与湿度的控制。这两个参数常常是在一个调节对象里同时进行调节的两个被调量，两个参数在调节过程中又相互影响。如果由于某些原因使空调房间内温度升高，引起空气中水蒸气的饱和分压力发生变化，在含湿量不变的情况，就引起了室内相对湿度的变化;温度升高相对湿度就会降低，温度降低相对湿度就会增加;在调节过程中，对某一参数进行调节时，同时也会引起另一参数的变化。
三、冷却水变流量对制冷机制冷性能的影响
在以往的集中空调水系统设计当中，一般是通过制冷机的冷却水的流量与冷水基本保持不变。但是，要想到阻力与管道的腐蚀因素，冷却水的流速就不应该过大，要考虑到冷凝器当中应该保持的紊流状态这样就可以使它具有较好的换热效果，并且，具有一定的冲刷等作用，同时，冷却水流速也不应该太小。随着计算机的控制技术不断发展，就可以使目前不同类型的制冷机都能实现冷量的自动调节并且，能使制冷机水侧变流量成为可能。在当前，有许多品牌的制冷机允许通过冷凝器的水流量与蒸发器在额定流量的50%一100%以内变化。
当用户负荷为部分负荷情况的时候，减小冷凝器中冷却水的流量，冷凝器中的水侧换热系数就会减小。在和额定的流量相比较，保证同样的末端负荷与冷却水进水温度情况下，就会提高进出冷凝器平均对数温差与冷却水温差，以便使得冷凝压力与冷凝温度有所提高，机组运行的效率就会下降。实际测试与模拟分析已基本证实了这一点，但是，因为在当前缺乏系统的实验数据，冷却水变流量对于冷水机缉制冷效率的影响还缺少定量结果。一般认为与冷媒水情形相似，在设计水量60%以上范围内变化的时候，制冷机的制冷效率(COP)下降幅度就不会超过10%。
四、集中空调节能控制技术
（一）热水系统
1.热交换器系统
首先，根据空调负荷的大小，通过变频泵调节供水量：其次，通过一个室外恒温器，当负荷减少时重新设定供水温度，当热水泵不运行时，通过流量开关联锁把二通阀关闭。
2.锅炉系统
首先，根据供暖需求量，通过开关锅炉的台数进行控制;其次，根据室外温度对供水水温重新进行设定，减小能量消耗;第三，采用变频泵调节供水量，以适合负荷变化。
（二）冷水机组
通过计算机对楼宇内外环境温度、湿度实时测量及对楼宇热惯性的预测，确定最优化的设备启、停时间。此项措施预计可使主机、水泵、冷却塔风机平均每天减少运行时间。同时根据楼宇冷负荷变化，通过变频装置调节冷冻水、冷却水的流量及风机类设备的风量，也可使主机负荷下降，从而控制机组运行台数。
（三）空调机组
空调机组是智能建筑中耗能最多的设备，由于其运行方式不同，应从以下几个方面考虑空调机组的节能：
1.控制器参数的合理选择，每个回路的PID参数，使之具有良好的回应性能，或选择各种先进的控制算法，提高控制系统的性能指标。避免控制回路总处于不断调节或回应过程慢等不利影响，既浪费能量又影响执行器的寿命。
2.全年运行系统的工况自动转换，根据室外气候条件和空调系统的不同结构及工艺的不同要求进行工况的转换，一般以焙值作为转换的判断条件，通过调节空调运行参数来实现。
3.多级控制的有效配合，对有些具有集中空调机组外，在房间配有再加热盘管(特别是工艺空调)的系统进行调节时，应合理选择控制方法及配合关系，控制送风温度，防止集中空调送风的温度过低，造成房间再加热的浪费能量现象发生。
4.温度设定值应随室外温度自动调节，对于舒适性空调系统，可在夏季随室外温度的升高，适当提高温度的设定值，减小室内、外的温差，既能保证人的舒适度的要求，又能实现节能。冬季也适合类似控制。
5.选用高质量温度传感器，室内空气每相差1℃的调节都要消耗很多的能量，选用传感器的精度高，产生的节能效益远大于传感器的价格。
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（四）电能控制程序
电能消耗的计费主要取决两个因素：耗电量和需求系数，可利用峰、谷电价不同，采用错峰用电。因此，合理启停能耗较高的暖通空调设备，以使用电量保持平稳值，或在用电高峰期使设备的用电量低、运行时间较短;而在用电低谷期使设备的用电量高、运行时间较长，使总的电费降低。
（五）变风量系统(VAV)
当房间的热湿负荷相对于设计值较低时，保持送风参数不变而通过减少送风量的办法来保持室内的温度不变。与定风量空调系统相比，它减少了再热量及相应的冷量;而且，随着各房间的送风量的变化，系统总送风量也相应变化，可以节省风机的运行能耗。此外，根据变风量空调系统运行的特点，在计算空调系统总负荷时，可以考虑各房间负荷发生的同时性，还可适当减少风机的容量。变风量系统控制可分为变风量末端控制和变风量空调机组控制。一个好的变风量空调系统，除了精确的设计计算，合理的系统布置，规范的施工安装外，选择一个最佳的控制方法也很关键。在工程实际运用中，采用较多的有：定静压控制法、变静压控制法、直接数字控制法、风机总风量控制法。
（六）对冷却水泵采取变频调速控制
本空调系统中的水泵流量过大，造成大流量、小温差的现象，形成较大的能量浪费。如果能够调节水泵电机的转速，根据实际热负荷的大小来调节水系统的流量和流速，以便让冷媒水在风机盘管组优缺点有充分的时间释放与热负荷大小相当的冷量，让冷却水在冷凝器里充分吸收热量，水泵的功耗可大大降低。实践证明，在中央空调现有循环泵上接入变频器，不论进行开环或闭环控制，采用变频调速技术改变轴功率的方式来代替阀门控制流量，均获得显著的节能效果。以变频方式运行，再辅以冷却塔风机自动控制及机组运行台数控制，冷却水泵耗能将节约20％以上。如果对于一般的、正常的、合理的空调机组，水泵的平均运行频率在35Hz左右，通过变频节能改造可使系统节能率达到45%～55%；对于一些设计余量比较大的系统，节能率可以达到60%以上。
（七）对系统运行加强管理，提高节能效益
日常管理是中央空调节能是否实际有效的关键。一个设计再好的节能系统，如果管理不善，一样达不到节能的目的。日常管理的节能措施有：
①加强日常和定期的对设备和系统地维护。例如阀门、构件等的维护，防止冷、热水和冷、热风的跑、冒、滴、漏；冷凝器等换热设备传热表面的定期除垢或除灰；过滤器、除污器等设备定期清洗；经常检查自控设备和仪表，保证其正常工作等。
②对系统的运行参数进行监测，从不正常的运行参数中发现系统的问题，进行合理的改造。经常出现的问题有设备选择过大、运行能耗高等。
③不连续工作的空调通风系统，尽可能地缩短预冷的时间。并且在预冷时采用循环风，不引入新风。
④人员数量变化比较大的系统，最热月和最冷月的新风量应该根据室内的CO2浓度检测器，自动控制新风入口阀门，调节新风量。
⑤当过渡季节中室内有冷负荷时，应尽量采用室外新风的自然冷却能力，节省人工冷源的冷量。
五、空调水系统的变流量节能改造技术
研究显示，空调水系统耗电量占总空调耗电量的15%～20%，又因为空调系统负荷会随室外、室内情况而变化，这样就容易造成空调系统绝为定流量部分负荷，会浪费大量的能源。因此，可以根据空调水系统进行有效的节能控制，实施变流量控制，这对于建筑节能将具有重大的意义。空调水系统变流量改造中，针对传统定流量控制中的要素，为避免冷水流量突然减小而引起蒸发器的冻结，以及在蒸发器内水流速改变对水侧放热系数Aw的影响，以及水中有机物在流速低时会对管壁造成腐蚀，故此在变流量节能改造中，可以采用的溴化锂吸收式冷水机组，确保水系统可以变流量运行。
硬件设计部分：针对硬件系统中，将会采用计算机以及加变频器的电机进行调速，之后通过RS-485芯片进行连接，不仅变流量水系统的结构简单，而且还性能可靠。
软件设计部分：对于软件部分，则会采用VisualC++6.0软件来编写整个程序，不仅结构清晰、运行结果稳定可靠，采用变流量水系统还可以有效节约电力资源。对于空调变流量改造中，应该根据空调水系统的实际特点，之后可以借助智能自控技术以及的网络通讯技术，采用先进的控制软件对空调水系统进行改造设计。软件设计中需要涉嫌对空调使用负荷的实时跟踪，并且还可以减少冷冻水、冷却水的用量，以此来减少能耗费用；并且在软件设计中，还应该实现对水泵电机的软启动与软停机控制，以此来减少电流对电机冲击，改善电机机组的运行条件，降低噪声。
例如针对武汉市某高层商用写字楼，其建筑总面积为318万平米，大楼空调系统中使用离心式冷水机组供冷，根据其对于其冷水机组中，在中央空调系统内采用三台水冷，在冷水机组中的单机制冷量为400USRT，其电机的功率是300kW；在冷冻水泵中有冷冻水泵三台，其电机功率为55kW，流量是280m3/h，电机为自耦变压器启动；由于该空调水系统的能耗较大，因此可以采用变流量节能技术，实现对空调水系统的节能改造。保留原有继电接触器的控制线路，采用PLC编程控制实现对中央空调的控制，节约投资。
对于空调水系统的节能改造中，为确保用户能够直观方便的使用控制系统结构，应采用IPC一体化工作站+PLC+变频器的控制系统结构，给予有效的人机界面，确保空调水系统变流量改造的有效实施。应该确保控制系统中各子系统运行的安全性与可靠性，有效控制其设置参数，从变流量节能的角度出发，却在空调主机内的冷冻水供水温度不应该设置过低，而对于空调冷水供水的最小流量也不能超过规定数值范围。并且对冷却水系统以及冷冻水系统进行变流量改造中，使用冷冻水温差控制与压差控制控制方法，将冷冻水送回温差控制在4.5℃到5℃，然后根据PLC通过温度传感器的水温度读入内存，并且在保证空调水系统机组安全运行的基础上，控制热交换速度，并根据回水以及出水温差值去调节冷冻水流量，既经济又简捷，实现对空调冷媒流量的动态调节，降低空调系统的运行能耗；又因为电机启动以及运转中都不产生冲击电流，可有效延长电机的使用寿命，可以达到最大化的节能效果。
六、结束语
综上所述，流量水系统作为集中空调节能降耗的一个重要的手段，如何提升集中空调的节能效果，就成为了集中空调使用过程中的重点工作，也是提高集中空调使用效果的必由之路。
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论文作者:王建义
论文发表刊物:《基层建设》2016年4期
论文发表时间:2016/6/8
标签：空调论文; 冷却水论文; 流量论文; 系统论文; 节能论文; 负荷论文; 空调系统论文; 《基层建设》2016年4期论文;