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摘要：中央空调系统是建筑物的耗能大户，通常占整幢建筑物能耗的 60％左右。中央空调系统的设计及设备选型均以最大负荷作为设计工况，而实际上中央空调大部分时间是在部分负荷状态下运行，存在着很大的能源浪费现象。因此，中央空调系统如何适应在部分负荷情况下高效节能运行及在系统设计中对设备进行节能选配就成为中央空调节能的关键。
一、影响空调系统节能的主要因素
1、室内温湿度预测精度
建筑物内温湿度的变化与建筑节能有着紧密的相关性，据美国国家标准局统计资料表明，如果在夏季将设定值温度下调 1℃，将增加 9％的能耗。如果在冬季将设定值温度上调 1℃，将增加 12％的能耗。因此将建筑屋内温湿度预测在设定值精度范围内是建筑屋内中央空调节能的有效措施。
2、新风量控制
从卫生的要求出发，建筑屋内必须保证有一定的新风量，但新风量取得过多，将增加新风耗能量。以某地区大楼为例，在设计工况（夏季室温 26℃，相对湿度 60％；冬季室温 22℃，相对湿度 55％）下，处理一公斤室外新风量需冷量6.5kwh，热量 12.7kwh，故在满足室内卫生要求的前提下，减少新风量，有显著的节能效果。
3、空调设备最佳启停控制
空调装置消耗的电能等于装置运行时间和装置容量的乘积，如果运行时间减少，消耗的电能就会相应减少。对建筑物内不同区域空调负荷进行详细的调查分析，寻找最佳启停控制方式，并在过度季节尽量采用室外新风送风，关闭机组，减少机组的运行时间，这样既能满足人们对空调环境的要求，又能达到节能的目的。
4、中央空调水系统平衡与变流量控制是中央空调系统的节能控制的核心，通过科学合理的节能控制算法，不但可以达到温湿度环境的自动控制，同时可以取得可观的节能效果。中央空调系统的热交换本质是一定流量的水通过表冷器与风机驱动的送风气流进行能量交换，因此能量交换的效率不但与风速和表冷器温度相关，同时也与供水流量及热效率相关。传统的做法是以恒定供回水压力差的方法来设定空调控制算法，结果温湿度控制精度差，能量浪费明显。空调系统具有突出的动态特点，运行状态中，自控系统按照热交换的实际需要，动态调节各台空调机的运转，控制流量进行相应变化。因此，总的供回水流量值也始终处于不断变化之中。从这一点出发，在硬件条件一定的情况下，流量调节和控制是提高空调质量和节能的关键。通过建立相应的变流量节能控制数学模型（算法），将空调供回水系统由开环系统变为闭环系统。
5、暖通设计中带来的设备容量的冗余
由于大部分建筑物的暖通设计是传统的冷热负荷计算方式，因而设计中存在一定的设备容量冗余。
二、节能技术的应用
空调系统主要用电设备为主机及循环系统。为控制用电量达到节能的目的，我们以模糊控制理论、动态控制系统理论、智能控制系统理论为基础，与中央空调主机制冷技术及循环系统控制技术相结合，以变频技术为手段，实现中央空调全系统的整体协调运行和综合性能优化。
1、采用楼宇自控系统
传统的建筑由于没有采用楼宇设备自控系统或自动控制精度不够，往往造成夏季室温过冷（低于标准设定值）或冬季室温过热（高于标准设定值）。这种温度过冷和过热的现象，不但对人体的健康和舒适性来讲都是不适宜的，同时也浪费了能源，因此选择高控制精度的楼宇设备自控系统是满足建筑屋内温湿控制精度的前提要求。可以这样来理解，空调系统温湿度控制精度越高，不但舒适性越好，同时节能效果也越明显。
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2、合理控制新风量
新风量的大小主要根据室内 CO2 浓度允许值来确定，因而在 CO2 之外的其他因素良好的情况下，可以考虑减少新风量。可以实施新风量控制的措施有以下几种方法：
（1）、在回风道上设置 CO2 检测器，根据回风中的 CO2 浓度自动调节新风风门的开启度。
（2）、根据建筑物内人员变动的规律，采用统计学的方法，建立新风风阀控制模型，确定控制新风风阀的运行程序，以达到对新风量的控制消耗。
3、主机部分节能
在中央空调系统中，主机能耗占总能耗 60％以上，因此主机的节能运行是整个系统节能的重要环节。在空调系统设计中，主机都要按最大负荷进行设计，而空调系统对每个具体工况而言，都有一条最佳的特性曲线，满足这条曲线工作，主机效率最高，能耗最小。中央空调系统主机部分控制原理主要是模糊数学和模拟仿真技术。系统基本思想就是按照空调主机所要求的最佳运行参数去控制中央空调系统的运行，根据系统的运行工况及制冷参数的变化，通过智能控制模块动态调整空调系统运行参数，确保空调主机始终处于优化的最佳工作点上，使主机始终保持具有较高的热转换效率。当中央空调系统负荷变化造成空调主机及其水系统偏离最佳工况时，智能控制模块根据采集到的各种运行参数值，经推理运算后输出优化的控制参数值，对系统运行参数进行动态调整，使得空调主机启停及联动控制，确保主机在任何负荷条件下，始终处于最佳运行状况，以保持最高的热转换效率，从而减少主机能耗。
4、循环系统节能
由于循环水泵在设备选型时大都留有余量，因此水泵的出水侧阀门都不会全开，由于阀门限制水量，使主机的制冷效果不理想。中央空调系统设计满负荷运行时间约占总运行时间的 6％～8％。为此，循环系统采用变流量运行，通过采集当前末端负荷、用户侧温度实际需求量、循环水系统出回水温度、水压差等相关参数，自动调节冷冻水流量、冷却水流量和变风量风机、冷却塔风机的风量，以此适应空调系统负荷的变化，实现循环系统节能的目的。
（1）冷冻水系统节能
对冷冻水系统采用最佳输出能量控制。当环境温度、空调末端负荷发生变化时，各路冷冻水供回水温度、温差、压差和流量亦随之变化，控制系统将检测到的这些参数送至计算机，计算机依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据，实时计算出空调末端负荷所需的制冷量，以及各路冷冻水供回水温度、温差、压差和流量的最佳值，并以此调节各变频器输出频率，控制冷冻水泵的转速，改变其流量使冷冻水系统的供回水温度、温差、压差和流量运行在控制器给出的最优值。
（2）冷却水系统节能
冷却水及冷却塔风机系统采用最佳转换效率控制。当环境温度、空调末端负荷发生变化时，中央空调主机的负荷率将随之变化，主机冷凝器的最佳热转换温度也随之变化。计算机依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据，控制冷却水泵和冷却塔风机转速，动态调节冷却水的流量和冷却塔风机的风量，使冷却水的进、出口温度逼近智能控制器给出的最优值，从而保证中央空调主机随时处于最佳转换效率状态下运行。
（3）空调箱风机节能
变风量风机系统采用最佳输出能量控制。风机系统将冷冻水的冷量送入冷气风道，由于风道的分布不同，风机的实际负荷率相差较大，所以通过采集实时数据，再由计算机计算出每台风机的实际负荷，并以此调节变频器输出频率进行控制。控制系统采用闭环自动温差控制，可以大大减少电机的电能消耗。
5、克服设计中的设备容量的冗余
不恰当的冗余将会造成空调运行中的电能浪费，而克服这种冗余是依靠人工的方法难以实现的。运用先进控制策略和技术手段对中央空调系统进行节能控制，动态调节空调设备的运行，可以有效地克服由于暖通设计中存在的设备容量冗余而造成的能源浪费。
三、总结
中央空调系统的耗电一般要占整座建筑电耗的 60%左右。通过对风量、水流量等负荷工况参数按负荷实际需求得到适时调节，改善空调的舒适性；同时达到大幅度降低能耗的效果，还能降低设备运行噪声，延长设备使用寿命、减轻设备维护工作量及减少设备维修费用支出的理想效果。
论文作者:张曙光
论文发表刊物:《北方建筑》2016年12月第34期
论文发表时间:2017/2/23
标签：空调系统论文; 节能论文; 负荷论文; 中央论文; 系统论文; 风机论文; 回水论文; 《北方建筑》2016年12月第34期论文;