【正文】 lt 50,000 kW power plant, decrease the peak will use electricity to the summer electrical work also plays certainly alleviates the role, truly will realize the society sustainable coordinated development. 9 空調(diào) 節(jié)能技術(shù)的研究 1．引言 節(jié)能可以說是樓字自動控制系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。眾所周知，在智能建筑中，HVAC(采暖、通風(fēng)和空調(diào) )系統(tǒng)所耗費(fèi)的能量要占到大樓消耗的總能量的極大部分比例，大致在 50％ ~60％左右。特別是冷 凍 機(jī)組、冷卻塔、循環(huán)水泵和空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組，都是耗能大戶。所以實(shí)有必要發(fā)展一種有效的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方法，尤其用是在改善現(xiàn)有大樓空調(diào)系統(tǒng)自動化上方面。 DDC(Directdigitalcontrol)直接數(shù)字化控制，是一項(xiàng)構(gòu)造簡單操作容易的控制設(shè)備，它可借由接口轉(zhuǎn)接設(shè)備隨負(fù)荷變化作系統(tǒng)控制，如空調(diào)冷水循環(huán)系統(tǒng)、空調(diào)箱變頻自動風(fēng) 量調(diào)整及冷卻水塔散熱風(fēng)扇的變頻操控等，可以讓空調(diào)系統(tǒng)更有效率的運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣，不僅為物業(yè)管理帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益，而且還可使系統(tǒng)在較佳的工況下運(yùn)行，從而延長設(shè)備的使用壽命以及達(dá)到提供舒適的空調(diào)環(huán)境和節(jié)能之目的 。 一般大樓常用的空調(diào)系統(tǒng)有 CAV、 VAV、 VWV等，各有不同操控方式，都可以用 DDC控制。 1） 定風(fēng)量系統(tǒng) (ConstantAirVolume， 簡稱 CAV)。 定風(fēng)量系統(tǒng)為空調(diào)機(jī)吹出的風(fēng)量一定 ， 以提供空調(diào)區(qū)域所需要的冷 (暖 )氣。當(dāng)空調(diào)區(qū)域負(fù)荷變動時(shí)，則以改變送風(fēng)溫度應(yīng)付室內(nèi)負(fù)荷，并達(dá)到維持室內(nèi)溫度于舒適區(qū)的要求。常用的中央空調(diào)系統(tǒng)為 AHU(空調(diào)機(jī) )與冷水管系統(tǒng) (FCU系統(tǒng) )。這兩者一般均以定風(fēng)量 (CAV)來供應(yīng)空調(diào)區(qū)，為了應(yīng)付室內(nèi)部分負(fù)荷的變動，在AHU定風(fēng)量系統(tǒng)以空調(diào)機(jī)的變溫送風(fēng)來處理，在一般 FCU系統(tǒng)則以冷水閥 ON／ OFF控制來調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度。 2） 變風(fēng)量系統(tǒng) (VAV) 變風(fēng)量系統(tǒng) (VarlableAirVolume，簡稱 VAV)即是空調(diào)機(jī) (AHU或 FCU)可以調(diào)變風(fēng)量。常用的中央空調(diào)系統(tǒng)為 AHU(空調(diào)機(jī) )與冷水管系統(tǒng) FCU系統(tǒng)。這兩者一般均以定風(fēng)量 (CAV)來供應(yīng)空調(diào)區(qū)，為了應(yīng)付室內(nèi)部分負(fù)荷的變動，在 AHU定風(fēng)量系統(tǒng)以空調(diào)機(jī)的變溫送風(fēng)來處理，在一般 FCU系統(tǒng)則以冷水閥 ON／ OFF控制來調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度。然而這兩者在送風(fēng)系統(tǒng)上浪費(fèi)了大量能源。因?yàn)樵陂L期低負(fù)荷時(shí)送風(fēng)機(jī)亦均執(zhí)行全風(fēng)量運(yùn)轉(zhuǎn)而耗電，這不但不易維持穩(wěn)定的室內(nèi)溫濕條件，也浪費(fèi)大量的送風(fēng)運(yùn)轉(zhuǎn)能源。變風(fēng)量系統(tǒng)就是針對送風(fēng)系統(tǒng)耗電缺點(diǎn)的節(jié)能對策。 3） 變流量系統(tǒng) (VWV) 10 所謂變流量系統(tǒng) (VariableWaterVolume，簡稱 VWV)，是以一定的水溫供應(yīng)空調(diào)機(jī)以提高熱源機(jī)器的效率，而以特殊的水泵來改變送水量，順便達(dá)成節(jié)約水泵用電的功效。變水量系統(tǒng)對水泵系統(tǒng)的節(jié)能效率依水泵的控制方式和 VWV使用比例而異，一般 VWV的控制方式有無段變速 (SP)與雙向閥控制方式。以上三種空調(diào)系統(tǒng)是目前大樓空調(diào)最常被設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。中央空調(diào)控制也就是把管路、管件、閥體或閥門集中設(shè)定控制流體提供冷氣。所以有效組合中央空調(diào)控制即能有效控制耗能，設(shè)計(jì)合乎節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)。 近年來 ， 我國大部分地區(qū) ， 尤其是東 南沿海地區(qū)夏季空調(diào)能耗正在急劇上升 ，空調(diào)用電激增的趨勢已引起電網(wǎng)供電緊張。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來我國每年炎熱季節(jié)空調(diào)耗電已占全社會用電的三分之一，大量電能被工業(yè)和民用建筑空調(diào)所吞噬，尤其是大型建筑中央空調(diào)系統(tǒng)，如各類商業(yè)建筑（寫字樓、商場、醫(yī)院、飯店等）的中央空調(diào)由于其空間大、人流量多、運(yùn)作時(shí)間長、管理復(fù)雜的特點(diǎn)，使得運(yùn)行能耗相當(dāng)高，商業(yè)建筑空調(diào)能耗幾乎占其總能耗的 50％。中央空調(diào)的設(shè)計(jì)容量是按最大負(fù)荷計(jì)算的，而大部份建筑物一年中只有幾十天時(shí)間中央空調(diào)處于最大負(fù)荷狀態(tài)。中央空調(diào)冷負(fù)荷始終處于動態(tài)變化之中，如每天早晚 、每季交替、每年輪回、環(huán)境及人文狀況，實(shí)時(shí)影響著中央空調(diào)的冷負(fù)荷。這給中央空調(diào)的節(jié)能控制帶來了嚴(yán)峻的課題，也給廣大的節(jié)能控制領(lǐng)域的工作者帶來了極大的施展才華的空間。 電力負(fù)荷缺口增大 ， 電力供應(yīng)緊張局面近幾年難以得到緩和。因此，節(jié)能尤其是節(jié)電，不僅具有重大的社會意義而且具有迫切的現(xiàn)實(shí)意義。積極研究開發(fā)推廣綠色環(huán)保新型空調(diào)技術(shù)和設(shè)備，抑制空調(diào)能耗增加，已成為建筑暖通空調(diào)領(lǐng)域一個迫切而熱門的研究課題。依靠技術(shù)創(chuàng)新、體制創(chuàng)新，節(jié)能降耗，提高能源利用效率，保證在 能源消耗最少，環(huán)境污染最小 的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn) 節(jié)能優(yōu)先， 結(jié)構(gòu)多元，環(huán)境友好 的能源發(fā)展戰(zhàn)略。 在我們電信生產(chǎn)中，空調(diào)的節(jié)能管理工作較為薄弱，能源浪費(fèi)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，所以加強(qiáng)空調(diào)的維護(hù)管理和技術(shù)改造，可以達(dá)到節(jié)能的目的。從空調(diào)的壓焓圖來看，只有運(yùn)行在在最佳的工況和條件，才能發(fā)揮空調(diào)的最大制冷量，達(dá)到空調(diào)節(jié)能的目的?？照{(diào)的節(jié)能，我們維護(hù)部門應(yīng)該從運(yùn)行成本、維護(hù)保養(yǎng)方面的角度進(jìn)行考慮。 2．空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的研究概況 1）通過負(fù)荷控制 ,達(dá)到節(jié)能目的。 ① 炎熱季節(jié)新風(fēng)負(fù)荷占到整個冷負(fù)荷的2540%，減少新風(fēng)負(fù)荷，降低新風(fēng)能耗，選擇最小必要新風(fēng)量，也能達(dá)到目的。但是新風(fēng)量的最小供應(yīng)一方面國家已有標(biāo)準(zhǔn)，另外新風(fēng)量不足將影響空氣質(zhì)量，危及人體健康。 ② 優(yōu)化建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)，采用保溫隔熱材料技術(shù)，降11 低空調(diào)負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，但同時(shí)也導(dǎo)致建筑成本上升，推廣受到一定的限制。 2）蓄能空調(diào)。通過冰蓄冷，避開白天的用電高峰，夜間將空調(diào)冷凍水制冷儲存起來，白天不開動空調(diào)主機(jī)僅使用水系統(tǒng)循環(huán)。這種方法本身并不節(jié)能省電，而是優(yōu)化了電網(wǎng)供電，對已經(jīng)實(shí)行分時(shí)電價(jià)的地區(qū)，起到 省錢不節(jié)能 的作用，具地區(qū)性推廣意義。 3）水源熱泵。相對于空氣和土壤而言，水是最為理想的空調(diào)用冷熱源，水源熱泵也因此具有環(huán)保、高效、節(jié)能等眾多優(yōu)點(diǎn)，但我國水源熱泵技術(shù)研究還不是很成熟，與一些發(fā)達(dá)國家相比還存在一定的差距。同時(shí)，水源熱泵盡管具有很多優(yōu)點(diǎn)，但所受的地質(zhì)、環(huán)境、政策等的限制也比較大，這就使得水源熱泵在我國更廣泛的應(yīng)用受到了限制。 4）中央空調(diào)系統(tǒng)中單個耗能設(shè)備節(jié)能改造。 ① 風(fēng)機(jī)和水泵通用變頻器調(diào)速節(jié)能，這是目前采用較多的技術(shù)。這種方法簡便實(shí)用，節(jié)電效果明顯，但水泵、風(fēng)機(jī)等產(chǎn)品屬系統(tǒng)輔機(jī)部分，占整個 系統(tǒng)能耗約為 40%，所以挖掘空間有限。 ②制冷主機(jī)，制冷機(jī)組的耗電量在空調(diào)系統(tǒng)中占有很大份額，節(jié)約這部分的耗能是整個空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。目前一般都采用降低室內(nèi)溫度標(biāo)準(zhǔn)、提高冷水初溫等措施實(shí)現(xiàn)制冷主機(jī)的節(jié)能。上面幾種方法的不足之處是僅考慮了局部的節(jié)能，而 沒 有從整個系統(tǒng)的全局去考慮。 5）動態(tài)負(fù)荷跟蹤的節(jié)能控制系統(tǒng)以整個中央空調(diào)系統(tǒng)為一體，根據(jù)空調(diào)區(qū)負(fù)荷不斷變化的狀況，通過改變主機(jī)及循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)各參數(shù)運(yùn)行變化情況，同步跟蹤負(fù)荷的變化，以實(shí)現(xiàn)在滿足負(fù)荷需求的前提下及時(shí)定量供給冷量，即做到 “按需供應(yīng) ”，基本達(dá)到 “不 滯后、不多給、不少給 ”的目的。這種方法不但與恒流量的水泵和風(fēng)機(jī)相比實(shí)現(xiàn)了輔機(jī)最大幅度的節(jié)能，而且優(yōu)化了主機(jī)運(yùn)行工況，可達(dá)到整個系統(tǒng)節(jié)能 1535%。 3．動態(tài)負(fù)荷跟蹤的節(jié)能控制方案 傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方案是：采用恒流量模式或冷源側(cè)恒流量但負(fù)荷側(cè)變流量模式，系統(tǒng)所需負(fù)荷是按最大負(fù)荷、最惡劣的氣象條件及最差的使用工作環(huán)境來設(shè)計(jì)，而實(shí)際運(yùn)行時(shí) 50％以上的時(shí)間，系統(tǒng)所需負(fù)荷都在 50％以下，存在有極大的能量浪費(fèi)。且當(dāng)負(fù)荷 Q在變化時(shí)，傳統(tǒng)的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)根本不能做到同步調(diào)節(jié)，滯后的調(diào)節(jié)手段除通過主機(jī)被動地加載卸載 外，幾乎沒有什么其他的控制手段。 本研究課題將摒棄以往的控制方案 ， 以模型辨識、隨動控制系統(tǒng)理論、智能控制系統(tǒng)理論為基礎(chǔ) ， 與中央空調(diào)主機(jī)制冷技術(shù)與冷媒循環(huán)系統(tǒng)控制相結(jié)合 ， 以變頻技術(shù)為輔助手段 ， 實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)全系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)運(yùn)行和綜合性能優(yōu)化。本研究是空調(diào)節(jié)能的新理念，代表了節(jié)能技術(shù)的新的發(fā)展趨勢。 1)循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能：以系統(tǒng)的角度，通過對末端負(fù)荷參數(shù)、中央空調(diào)主機(jī)、輔12 機(jī)的運(yùn)行工況變化，采集溫度、壓力等多種變化參數(shù)，然后通過負(fù)荷隨動計(jì)算，改變系統(tǒng)冷凍水流量，冷卻水流量和冷卻塔風(fēng)機(jī)風(fēng)量來適應(yīng)空調(diào)負(fù)荷的變化，同時(shí)使主機(jī)運(yùn)行工況始終處于優(yōu)化的最佳工作點(diǎn)上。對冷凍水系統(tǒng)采用最佳輸出能量控制。當(dāng)環(huán)境溫度、空調(diào)末端負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量亦隨之變化，流量計(jì)、壓差傳感器和溫度傳感器將檢測到的這些參數(shù)送至智能控制器，控制器依據(jù)所采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算出末端空調(diào)負(fù)荷所需的 制冷量，以及各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量的最佳值，并以此調(diào)節(jié)各變頻器輸出頻率，控制冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，改變其流量使冷凍水系統(tǒng)的供回水溫度、溫差、壓差和流量運(yùn)行在控制器給出的最優(yōu)值。由于冷凍水系統(tǒng)采用了輸出能量的動態(tài)控制，實(shí)現(xiàn)空調(diào)主機(jī)冷媒流量跟隨末端負(fù)荷的需求供應(yīng)，使空調(diào)系統(tǒng)在各種負(fù)荷情況下，都能既保證末端用戶的舒適性，又最大限度地節(jié)省了系統(tǒng)的能量消耗 。 冷卻水系統(tǒng)采用最佳熱轉(zhuǎn)換效率控制。冷卻水及冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用最佳轉(zhuǎn)換效率控制。當(dāng)環(huán)境溫度、空調(diào)末端負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，中央空調(diào)主機(jī)的負(fù)荷率將隨之變化，主機(jī)冷 凝器的最佳熱轉(zhuǎn)換溫度也隨之變化。智能控制器依據(jù)所采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算出主機(jī)冷凝器的最佳熱轉(zhuǎn)換溫度（拐點(diǎn)溫度）及冷卻水最佳出、入口溫度，并以此調(diào)節(jié)冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻器的輸出頻率，控制冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，動態(tài)調(diào)節(jié)冷卻水的流量和冷卻塔風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，使冷卻水的進(jìn)、出口溫度逼近智能控制器給出的最優(yōu)值，從而保證中央空調(diào)主機(jī)隨時(shí)處于最佳轉(zhuǎn)換效率狀態(tài)下運(yùn)行。 由于冷卻水系統(tǒng)采用最佳轉(zhuǎn)換效率控制 ， 保證了中央空調(diào)主機(jī)在滿負(fù)荷和部份負(fù)荷的情況下 ， 均處于最佳工作狀態(tài) ， 始終保持最佳的能源利用率 （ 即 COP 值 ），從而降低了空調(diào)主機(jī)的能量消耗 ， 同時(shí)因冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)經(jīng)常在低于額定負(fù)荷下運(yùn)行 ， 也最大限度地節(jié)約了冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的能量消耗。 2)輔機(jī)節(jié)能 ： 各種泵類 （ 冷凍泵、冷水泵、風(fēng)機(jī)等 ） 的運(yùn)行節(jié)能。采用帶有空間矢量控制的變頻調(diào)速方式，將定量泵改為變量泵。輔機(jī)節(jié)能不少于 40％。 3)優(yōu)化輔機(jī)運(yùn)行模式 :一般在滿負(fù)荷時(shí)泵機(jī)需全速運(yùn)行 ,沒有節(jié)能空間 ,但采用冗余技術(shù)與變頻技術(shù)相結(jié)合，定量泵與變量泵相配合，優(yōu)化運(yùn)行模式，可使輔機(jī)機(jī)組綜合節(jié)能。 4)多參量非線性控制：本系統(tǒng)為多參量、時(shí)變、非線性系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)為控制 手段，設(shè) 計(jì)一套具有自尋優(yōu)自適應(yīng)的智能控制、功能完善的穩(wěn)定安全的控制系統(tǒng) 。 本中央空調(diào)動態(tài)負(fù)荷跟蹤節(jié)能控制系統(tǒng) ， 與中央空調(diào)系統(tǒng)配套使用 ， 可實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的高效節(jié)能 ， 效果顯著。經(jīng)理論計(jì)算，與恒流量中央空調(diào)系統(tǒng)相比，全年平均節(jié)電率可達(dá) 20%30%。該項(xiàng)目技術(shù)含量高，是集暖通空調(diào)技術(shù)、制冷技13 術(shù)、智能控制理論和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為一體的中央空調(diào)高效節(jié)能系統(tǒng)。 4．展望 設(shè)備系統(tǒng)投入市場后，若每年有超過 200套產(chǎn)品全部安裝在建筑面積大于 5萬 m2的商業(yè)建筑中央空調(diào)機(jī)房內(nèi)，其節(jié)省電量相當(dāng)于每年新建一座 5萬 kW的發(fā)電廠，對夏天電網(wǎng)削峰用電也將起到一定的緩解作用，真正實(shí)現(xiàn)社會可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。