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摘要：本文就中央空调系统在内、外条件发生变化时，如何提高空调系统运行的稳定性，改变自身运行调节方式以进行运行工况的适时转换，到达中央空调系统动态运行过程中的节能目的，提出相应策略。
关键词：中央空调系统；动态运行；节能；优化策略
引言
能源的发展应优先于经济的发展，维持能源的增长率，是保证经济稳增长的动力，新常态下的经济形势要求降低能耗的同时维持社会的稳定发展。然而在全球经济迅猛发展的今天，对于能源需求量的日益增长使得能源匮乏、环境恶化情况严峻。因此，节能问题就成了各领域的重要议题，节能减排的绿色发展理念具有重要性和紧迫性，对于空调行业来说亦不例外，节能成了空调行业不可逆转的大趋势。
一、中央空调系统动态运行中的能耗
1、主要耗能设备
中央空调系统运行过程中涉及五种流体的输送设备，分别驱动着系统中的五个流体循环，作为持续制冷的循环系统，它们是末端风机、冷冻水泵、压缩机、冷却水泵、及塔风机。其中智能机等制冷设备能耗占了总能耗的40%左右，水泵等输送设备能耗占了总能耗的20%作用，末端用冷设备能耗占总能耗的40%左右。设备的能耗主要与空调运行时间、空调负荷时所输送的流体流量与扬程及机械设备的效率等因素有关。
2、制冷机组的运行效能低所增加的能耗
当制冷系统中的冷凝温度过高时，压缩机排气压力高且温度随之升高，不仅影响压缩机的安全运行，还可能降低制冷装置的运行效率，从而增加了能耗。此外，制冷机组的操作上出现失误也可能造成空调能耗的增加，例如在开机前未关闭无需开启的进水阀造成冷却水的窜水现象，冷却水流量减少而增加了冷凝压力，耗电量增加的同时降低了制冷效果，还容易引起设备的损坏。
3、空气湿度、温度等外部条件增加的能耗
建筑物周边气候条件，如空气湿度、温度及阳光照射程度等对建筑暖通空调体系具有较大的影响，湿度过高或者湿度偏低都会增加空调系统的负荷，从而加大暖通空调系统的能耗，温度的高低直接影响暖通空调参数的设定，不合理的参数设定会缩短空调寿命、降低暖通性能，从而增加能耗。
4、操作不规范所增加的空调能耗
在中央空调系统的运行过程中，存在部分操作及日常管理人员没有经过专业培训或缺乏热力学理论、制冷空调理论等专业知识，操作过程不规范，例如最常见的开机与停机操作，没有遵循相应的操作准则，难以保证中央空调运行效能及使用寿命。
二、中央空调系统优化运行的数学模型
不论是空调房间的设计温度、空调系统的耗能设备，还是空调制冷机组的能耗增加，都需要研究中央空调系统的运行工况，从相应环节提出节能策略。中央空调系统的研究是一项复杂的工作，因为空调房内的各项参数受太阳辐射、室内外温度、室内照明、建筑材料等多重因素的影响，我们需要采取建立空调房数学模型的方式，简化各项影响参数，将房间看作单容对象，忽略其内部蓄热量及气体流动，并且假设内部温度分布均匀。在这样的前提下，分别建立了定风量方式、变风量方式下的空调房数学模型。
当空调系统以定风量方式进行送风时，由水系统调节送风状态，风系统调节室内温度与湿度，保持送风量的恒定，但送风的温度处在动态变化过程中。分析空调系统基本原理及房间的热特性后，忽略恒温室纯滞后的影响，空调以定风量方式送风时，空调房间数学模型为：
（T1：空调房间的时间常数；Δtn：输出信号，即空调房间的输出参数；Kc、Kd：恒温室调节通道和干扰通道的放大系数；ΔL、ΔQf：输入信号，分别表示调节作用和干扰作用。)
相同条件下，空调以变风量方式送风时，恒温室调节通道的传递函数为：
由此可见，当送风量相同时，两种送风方式下的空调房间的时间常数定风量和变风量两种送风方式下的空调房间的时间常数T1相同，求出定风量方式下的特性参数就能求出变风量方式下的特性参数。通过直观、易懂的数学表达方式，简化空调系统运行的影响因素，分别解析出中央空调的节能策略。
三、中央空调系统动态运行节能策略
不同送风方式下的空调系统的特性，主要体现在干扰性、调节对象特性、温湿度的相关性、多工况运行及转换控制及系统整体控制性等。干扰性主要来自房间外部条件（气温、太阳辐射等）和内部条件（屋内设备、照明、人员等）的变化，空调自控系统为了克服这些干扰因素以维持空调房间的温、湿度与空气品质，其控制效果受到空调系统的合理性及空调的对象特性影响。空调的运行方式（工况）需要根据变化的条件进行实时调节与转换，从整体上控制空调房间的温、湿度，将系统中的各项参数设置、调节到一个运行效能与节能双重实现的最佳运行状态。
一是优化中央空调系统设计方案。从设计方案上对中央空调系统进行优化，主要可以通过选择合理的冷热源设备、利用蓄冷空调系统、利用变频技术等方式进行系统的优化。冷热源配置方式主要可以用热泵机组和溴化锂吸收式机组等，具有能效比低，达到省电节能效果；近年普遍运用的变频技术，有效地改造空调系统中的一些缺陷，降低了能耗并节省了运行费用，该技术可以依据系统的负荷情况、环境变化情况，实现运行系统的自动控制与调节，使空调设备的输出功率随着负荷的增减而变化。
二是空调机组节能策略。中央空调系统机组主要是制冷机组的节能对于整体节能具有重要作用，采用离心式、螺杆式压缩制冷机组、蒸汽或燃气式吸收冷水机组等的冷量调节效能较好，可满足部分负荷情况下的空调机组的运行需求。机组参数设置过程中可采用先进的控制算法提高系统性能指标，实现多级控制的合理配置，使得控制回路的响应速度较快，不仅实现能源的节约还一定程度上延长了执行器的寿命。此外，空调运行中循环水会产生大量悬浮物，需要用高精密度过滤器进行滤除处理，水质的好坏直接影响着各机组设备的换热效率与设备的使用寿命。
三是再生能源的应用。传统的空调系统主要依赖于高品质的电能作为动力能源，对不可再生能源的消耗量不断增加，使得资源出现紧张、短缺现象，这时候再生资源在空调系统运行中的应用就显得尤为重要，因为再生资源具有资源量丰富、清洁、安全等特点，如太阳能、风能、地热（冷）能等可以应用于空调制冷，具有清洁无污染的优势，当前应用较为成熟的是地源热泵，它主要利用浅层和深层的大地能量作为冬季热源和夏季冷源，是既可供暖又可制冷的新型中央空调系统。
四、结语
综上，我们分析了中央空调运行过程中产生能耗的主要环节，以建立空调房间数学模型的方式，对影响空调运行效能的主要因素展开分析，通过对中央空调设计方案的优化、空调机组的优化配置，并充分利用再生能源作为空调的冷（热）源，从设计、配置、能源等方面实现空调系统的全局优化，以达到中央空调系统动态运行的最佳节能效果。
参考文献
[1]李明海. 中央空调水系统的优化控制与节能技术研究[D].西安建筑科技大学,2011.
[2]魏晶亮. 中央空调风系统节能优化控制算法的研究[D].沈阳工业大学,2014.
[3]常晟,姜子炎. 大型中央空调系统节能控制策略[J]. 建设科技,2011,12:37-41.
[4]曹旦. 中央空调系统仿真与节能优化[D].东华大学,2016.
[5]梁静,宋慧,王龙,瞿博阳. 多目标优化在中央空调节能优化系统中的应用[J]. 计算机仿真,2015,06:302-307.
论文作者:孙鸟英
论文发表刊物:《电力技术》2016年第5期
论文发表时间:2016/10/16
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