摘要：本文依托某大厦的中央空调系统节能改造项目，对中央空调系统运行问题进行了详细的分析，并有针对性的提出了该大厦的节能控制技术方案。
关键词：中央空调；节能；控制
中央系统系统基本概况
某大厦建筑面积约10万平米，建筑分南楼与北楼，南楼20层，北楼24层。建筑中央空调系统夏季采用冷水机组供冷，冬季采用燃气锅炉供热。空调系统的末端形式主要为新风加风机盘管系统。目前大厦入住率1/3左右，中央空调系统全年停运时间不超过1个月。大厦的中央空调水系统的形式为一次泵两管制系统。空调系统末端为空调机组、新风机组与风机盘管。
中央空调系统的冷源为3台约克冷水机组，其中2台变频离心机，制冷量为2989kW，额定功率为475kW，1台为螺杆机组，制冷量为1210kW，额定功率为207kW。中央空调系统的热源为2台负压真空型燃气锅炉，单台制热量为2750kW。
中央空调系统的输送系统由4台冷冻水泵，4台冷却水泵组成。冷冻水泵单台额定功率45kW的2台，单台额定功率90kW的2台；冷却水泵单台额定功率30kW的2台，单台额定功率75kW的2台。
冷却塔风机共14台，单台风机功率为5.5kW。
冬季采暖用热水循环泵共3台，单台循环泵额定功率为45kW。
中央空调系统目前无自动控制策略。离心式冷机采用变频控制，所有水泵和冷却塔风机暂无变频控制策略。根据用户负荷变化及室外气候变化，冷水机组采用相应的台数控制，最多开两台，冷冻水泵和冷却水泵采用一机对一泵的运行策略，冷却塔风机多数工况全部开启。
由于目前大厦的入住率并不高，通常情况仅开启1台变频离心机，即对应1台冷冻水泵与1台冷却水泵。冬季工况下开启1台燃气锅炉及1台热水循环泵。
运行记录显示，夏季制冷工况下，冷冻水供回水温差在1～1.5摄氏度左右；冬季的采暖工况下，热水的供回水温差在2～4摄氏度左右，系统处于典型的大流量小温差的运行工况。
经统计，2014年大厦中央空调系统消耗的电费约200万元，用电高峰月度为7～10月份，由于空调系统的负荷变化，中央空调系统在这些月份的用电比例显著增加。中央空调系统的用电密度约为17.5kWh/m2.yr，节能潜力巨大。
中央空调系统现有问题分析
经初步调研，大厦空调系统现有问题如下：
中央空调系统目前处于非控状态，除冷水机组可以根据负荷情况进行压缩机调节之外，其余暖通空调系统机电设备基本处于随意的运行状态。加之建筑入住率导致的负荷率低的现状，这样非控的中央空调系统的运行效率将进一步降低。
既有控制系统传感器和执行机构未正确启用，预期的各回路控制策略的实施效果得不到保障，会出现控制回路失效甚至错误的故障，不但影响了系统的正常运行和节能效果，更严重地会导致一些安全保障控制回路失效，系统存在较大隐患。
空调水系统运行能耗高。缺乏变流量控制策略：冷冻水和冷却水系统随中央空调机组长期满负荷运行，即全年为定流量状态运行，运行能耗高。
空调水系统的并联水泵匹配不合理：由于冷冻站采用的冷机型号不同，其匹配的并联水泵的扬程和流量参数都不一致，这些水泵并联在一起运行时，由于水泵特性曲线不匹配，会导致运行能效低的问题。冷却水泵与冷冻水泵的型号匹配也存在一定问题。
空调水系统的冷水机组缺乏必要的冷冻水侧和冷却水侧的温度优化设置策略，全年供水温度设定值不变，导致冷机部分负荷运行工况下COP低下。
由于目前的冷冻水供水温度缺乏必要的设定，因此循环空气集中处理机组和新风机组的空气处理过程中的冷却除湿环节不合理，其中蕴藏着大量的节能空间。
中央控制系统采用的控制器软硬件设施品牌的兼容性未得到解决，系统的集成显示功能和综合管理功能差，亟需建设一套集自控系统管理、能源管理与能效评价等功能为一体的综合软件系统平台。
空调水系统节能控制方案
冷水机组群控控制方案
根据实时监测的冷水机组供冷量及冷水机组部分负荷COP优化设定冷水机组运行台数。
根据全年气象参数、空调水系统供回水温差与末端空调设备运行情况协同优化冷水机组的冷冻水供水温度设定值。
根据全年气象参数及空调冷却水系统供回水温差协同优化冷水机组的冷却水回水温度设定值。
控制系统通过开放接口同冷水机组控制系统实现通讯，冷水机组控制系统接收优化的设定值指令，对冷水机组实施节能控制。
以单台冷水机组为例，控制点布置原理图详见图1。
图1 冷水机组控制点布置原理图
冷冻水泵变频节能控制方案
根据冷冻水总管的供回水压差控制冷冻水泵的变频转速，供回水压差根据末端负荷的分布情况进行优化设置。
根据实时监测的并联水泵运行工况点判断冷冻水泵运行分区，优化设定冷冻水泵的运行台数和并联冷冻水泵的运行频率。
冷冻水泵的变频控制信号由控制器向水泵变频器发送并由变频器执行。
以单台冷冻水泵为例，控制点布置原理图详见图2。
图2 冷冻水泵控制点布置原理图
冷却水泵变频节能控制方案
根据冷却水总管的供回水温差控制冷却水泵的变频转速，根据全年气象参数和冷却塔的控制情况协同优化设置冷却水供回水温差的设定值。
根据实时监测的并联水泵运行工况点判断冷却水泵运行分区，优化设定冷却水泵的运行台数和并联冷却水泵的运行频率。
冷却水泵的变频控制信号由控制器向水泵变频器发送并由变频器执行。
以单台冷却水泵为例，控制点布置原理图详见图3。
图3 冷却水泵控制点布置原理图
冷却塔变频节能控制方案
根据冷凝器进水温度的设定值控制冷却塔的风机变频转速，进水温度的设定值根据全年气象参数、冷水机组、冷却水泵和冷却塔风机的综合性能系数协同优化设置。
冷却塔风机的变频控制信号由控制器向风机变频器发送并由变频器执行。
以单台冷却塔为例，控制点布置原理图详见图4。
图4 冷却塔控制点布置原理图
空调水系统安全运行保护控制
起动顺序控制：冷却水泵→冷却塔→冷冻水泵→冷冻机。停机顺序与起动顺序相反。控制器通过开放的通讯接口读取冷水机组的安全运行保护参数，如冷凝温度高限值、蒸发温度低限值和压缩机异常工作报警，根据冷水机组的报警信号及时调整冷冻水泵、冷却水泵以及冷却塔风机的启停或运行频率。
中央空调系统网络化远程管理平台
中央空调系统网络化远程管理平台将大厦既有控制系统和新增控制系统的软硬件资源以及建筑能耗监测系统集成在一起，可对大厦的中央空调系统运行状态、控制信息和能耗状况进行实时、全面的网络化监测。平台建成后具有专用的数据库，可随时调出近三年的监测历史数据，并具备能耗统计、机电设备信息管理、能耗对比分析等能源管理功能。
图5 中央空调系统网络化远程管理平台
实施效果
本大厦的中央空调系统的节能潜力巨大，通过对中央空调系统运行问题进行详细的研究，并提出了多种方案的组合使得中央空调系统达到了节能效果，本大厦中央空调系统节能改造工程后，实现了年节电率12~28%。
参考文献：
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[3]刘艳梅，刘鑫根.中央空调水系统流量调节技术及节能应用[J].通用机械，2004年06期
论文作者:杨群
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/8
标签：水泵论文; 空调系统论文; 中央论文; 节能论文; 冷却塔论文; 回水论文; 冷水机组论文; 《基层建设》2018年第19期论文;