中央空調系統節能策略分析

中央空調系統作為建筑的重要組成部分，在給人們帶來(lái)舒適建筑環(huán)境的同時(shí)，也消耗了大量的能量，對中央空調系統的節能優(yōu)化是建筑節能優(yōu)化的重點(diǎn)?；诖?，筆者進(jìn)行了相關(guān)介紹。
1、中央空調工作原理
中央空調系統是一個(gè)極其復雜的系統，主要由2部分組成，即水系統部分和空氣處理系統部分。其中，制冷機組為中央空調系統的正常運行提供所需要的冷負荷，不僅將制造的冷量傳遞給冷凍水循環(huán)系統，且把工作過(guò)程中釋放的熱量傳遞給冷卻水循環(huán)系統，是中央空調系統中zui重要的組成部分。冷卻水泵、冷凍水泵以及冷卻塔為中央空調系統提供水循環(huán)，是進(jìn)行熱交換的載體。冷凍水將制冷機組制造的冷量帶到風(fēng)機盤(pán)管系統中與室內空氣進(jìn)行熱交換，并將室內熱量帶回到制冷機組中；冷卻水將制冷機組在工作和熱交換中產(chǎn)生的大量廢熱排放到室外空氣中，經(jīng)過(guò)冷卻塔降溫后的冷卻水又流回制冷機組的冷凝器中進(jìn)行熱交換，如此循環(huán)往復。
2、控制策略
不同的控制策略對中央空調系統總能耗的影響特別明顯，由于中央空調的系統由冷水機組、冷凍水系統、冷卻水系統、冷卻塔風(fēng)機系統組成，冷水機組的控制由其自身的控制策略直接控制，但其制冷效果會(huì )受中央空調系統中水系統控制的影響。某酒店主樓高18層，輔樓高4層，擁有178余間客房。酒店中央空調系統原控制策略采用冷凍水恒壓控制，冷凍水回水壓力作為反饋值，0.558MPa作為目標值；冷卻水出水恒溫控制，冷卻水出水溫度作為反饋值，目標值設為31℃；冷卻塔風(fēng)機工頻控制。經(jīng)過(guò)對系統運行狀況的評估同時(shí)考慮現場(chǎng)條件，節能改造采用以下的控制方式：冷凍水恒溫差控制，冷凍水進(jìn)出水溫差作為反饋值，5℃做目標值；冷卻水恒溫差控制，冷卻水進(jìn)出水溫差作為反饋值，目標值為5℃；冷卻塔風(fēng)機采用回水溫度作為反饋值同時(shí)室外濕球溫度+冷幅作為目標值的控制。
3、系統搭建
根據優(yōu)化的控制策略，進(jìn)一步搭建起新的中央空調系統，其中，主要包括中央空調系統硬件和上位軟件設計，從而實(shí)現整個(gè)系統的節能。整個(gè)中央空調系統由4個(gè)模塊組成，即空調主機、冷凍水系統、冷卻水系統和冷卻塔系統。
空調主機模塊包括1臺水冷螺桿式冷水機組。1#機組名義制冷量為1050kW，制冷輸入功率為197kW，COP為5.33.冷水機組主要由PLC來(lái)實(shí)現采集信號并且控制冷水機組的運行，監測制冷機的運行狀況以配合其他設備的運行。冷凍水模塊主要由2臺冷凍水泵（1臺常開(kāi)、1臺備用）、集水器、分水器、閥門(mén)組成；冷凍水泵額定功率為22kW，備用泵為30kW；冷凍水均采用變頻控制，變頻器是型號為ACS510 的ABB 變頻器。冷凍水系統是連接制冷主機與空調房間的重要部分，帶走空調末端的熱量回送到冷水機組。
冷卻水模塊主要由2臺冷凍水泵（1臺常開(kāi)、1臺備用）、閥門(mén)組成；冷卻水泵額定功率為37kW，備用的為45kW；冷卻水均采用變頻控制，變頻器是型號為ACS510的ABB變頻器。冷卻水系統將機組的熱量吸收并送到冷卻塔降溫，zui后再回送到冷水機組。
冷卻塔模塊主要由2臺風(fēng)機組成，兩臺風(fēng)機的額定功率分別為9kW和11kW，變頻器采用的是型號為ACS510的ABB變頻器。冷卻塔系統主要實(shí)現對冷卻水溫度的調節。
在優(yōu)化改造過(guò)程中，增加了中央控制柜、冷卻塔變頻控制柜、溫度變送器、壓力變送器、濕球溫度傳感器、電動(dòng)執行器、電能表和工控機等。改造系統架構圖如圖1所示，工控機作為整個(gè)采集控制系統的核心處理器，末端的參數采集以及控制設備通過(guò)RS485轉換器和工控機進(jìn)行數據傳輸。
改造后冷凍水變頻控制主要采用變頻器恒溫差控制，比之前的恒壓控制更適合于負荷變化較大的中央空調系統。目標設定溫差為5℃，通過(guò)調節變頻器的轉速來(lái)改變冷凍水的水量，使冷凍水變頻器的轉速隨著(zhù)空調系統負荷的變化而變化，zui終使冷凍水進(jìn)出水溫差穩定在5℃左右，保證制冷量和系統的負荷相匹配，達到*的制冷效果和能耗。冷卻水變頻控制也類(lèi)似于冷凍水的控制。

圖1 酒店中央空調改造系統構架圖
4、實(shí)驗結果及分析
為了驗證改進(jìn)后的控制策略?xún)?yōu)于之前的原策略，讓某酒店中央空調在原有的控制方式和新改造的控制方式下各運行1d，并采集系統各部分能耗。
為了讓采集的數據具有對比性，選取的酒店的人員入住率幾乎相同。除此之外，選取這2d的外界環(huán)境參數要盡量接近，從外界環(huán)境參數可以看出，外界的條件雖有差別，但是差別非常微??；外界氣溫相差0.07%，外界濕度相差13.43%，外界失球溫度相差5.39%.通過(guò)不同控制策略下系統總能耗對比可以看出，現控制總能耗比原有的控制策略下的能耗小很多。原控制方式當天電能量2630.4kW·h，現控制方式系統總能耗為2 353 kW·h，比原控制方式系統1d多節約277.3 kW·h，總能耗節能率10.5%，空調系統運行1d各子系統的能耗對比如表1所示。