空调系统的节能控制（精选十篇）
空调系统的节能控制 篇1
能源供应的短缺、再生能源种类的有限使世界范围内的可持续发展进程严重受阻,在缺乏充足能源的支持下,人们的生活将无法得到根本的改善,而社会的经济发展也将日趋缓慢,甚至出现停滞不前或倒退的现象。目前,全球约有20亿人仍然无法正常使用电能,过上有电、用电的生活。这部分人主要来自于贫穷与偏远地区。据不完全统计自新千年至今的十多个年头里,仅世界矿物能源消耗一项就增加了30%,其中以发达国家的能耗需求量最大,其对矿物能源的人均年消耗量是发展中国家的10倍以上。由此不难看出对能源的广阔需求是人类社会持续提升的现实依据,为了构建和谐社会的发展环境我们面对有限的能量资源只有切实提高其利用效益,促进绿色能源的推广与再生能源的合理利用,才能真正解决目前经济社会快速发展与能源匮乏之间长期存在的矛盾。在众多生产能源消耗中,以建筑行业的耗能量最为庞大,其中仅采暖空调一项产生的能量消耗就高达65%,由此不难看出,控制建筑能耗的首要因素就在于对采暖空调系统的合理协调与科学控制。
1 通风空调系统的内涵与变频调速技术原理分析
通风空调控制系统即选择自然或机械的方式为某一空间、领域输送外界的新鲜空气,或者反言之由该空间领域向外界排放空气的循环过程。在系统中,送入的空气既可以是经过处理的,又可以不经处理直接输送。也就是说通风系统是基于外界的空气或风力来实现与建筑物内部空气的置换,从而真正达到改善室内空气质量水平的根本目标。由于变频技术能切实的促进能源节约,并提高产品生产质量,因此在通风空调系统设计与生产中我们可广泛的采用变频调速思想,从而达到切实降低空调能源消耗的科学目标。该技术的基本原理可描述为通过调节频率的同时合理调节电压从而实现对能源的有效控制。在生产设计实践中我们不难发现,如果改变电源频率,可以同时实现对同步转速与电机转速的影响。而当电源频率下降时,则会引发一系列负面现象的产生。由此我们得出这样的结论,只有在电源频率变化的同时协调控制电压,才能避免不合理现象的发生。另外,在某些应用场合,为了使调速过程中的电动机最大转矩量保持不变,我们应对磁通进行必要的控制维护,使之量值保持不变,同时,也需要由频率与电压的协调控制才能使既定目标得以实现,因此我们便得出了可变压可调速的变频调速思想。
2 通风空调设备变频节能技术研究
2.1 风机变频节能研究
由以上变频调速技术原理分析我们不难看出,当空调风机采用调节转速方式时,则可有效的改变风量及流量系数,而倘若我们采用节流方式进行调节,也就是用控制挡板及调节阀门开度的方式则会产生浪费电能的现象。这是由于风量与转速是成正比例关系的,而风压则与转速的平方成正比,由此我们可推导出空调电机的功率是与风量和风压的乘积成正比例关系,即其与转速的立方成正比。由此我们得出这样的结论,当调节转速时风量可降低为原能量的一半,这时我们只需将转速降低到1/2即可。同时,通风空调的轴功率则可降低至总量的1/8,也就是说其节约了7/8的电功率,节能的效果非同一般。
2.2 风机运行工况研究
为了体现节能思想,通风空调是随着季节、天气的温度变换而实时调节的,尤其在北方城市早晚的温差变化极大,甚至在一天之内会产生多次变化。随着室内负荷的变化,空调会根据室外与室内的温差产生实时的变频输出,从而使风机运行状态也产生相应的变化,最终达到降低运行耗能,节约运行成本的科学目的。我们可根据室内变化的温度控制风机系统的输入值,并将变换的温度信号传送给控制器,同时可利用相关的控制程序对调节数据做必要的处理,并根据得出的处理结果进一步控制变频设备的相关动作。变频器则依据控制信号的变化,控制风机的输出及调节其转速,以达到节能的目标。在整个操控过程中,系统会完成对温差变化的测量,选择适应的控制算法,对数据结果进行处理分析及对风机的输出进行合理的调控等。
2.3 通风空调设备运行模式的设计分析
依据以上的操控过程,我们可依据室内外温差的分布特征展开对通风空调设备运行模式的科学设计。当室外温度超过室内温度时,可采用最小新风量的通风模式,首先启动空调制冷系统,使一部分回风及排风从地面排除,并混合进室外新风中,完成冷却后再送回室内。与此同时,我们可开启回风、排风阀门及风机,从而形成最小新风量的节能控制目标。在室外温度值等于或小于室内温度时,我们则可开启全新风的空调运行模式,当外部空气完成冷却送回室内后,可将排风全部排出,并使新风阀开启。同时关闭回风路,打开排风路,构建全新风的运行模式,达到平衡温差的目的。在此种情况下,我们还可采用通风运行模式达到节能的效果。在这一阶段,可关闭空调制冷设备,使其在机械通风状态下形成自然的排热通风效果。此时,外界空气不必继续进行冷却处理,而是直接送进室内,并通过全排风的状态排出,接着控制新风机、回排风及联动设备的开启,即可使通风运行模式充分实现。
3 结语
笔者以通风空调系统为例,展开了对建筑节能控制的研究,意图通过科学的设计、合理的分析切实提高空调能耗的利用率,使建筑能耗的主力因素得到缓和与淡化,从而为全社会的可持续发展做出必要的贡献。
参考文献
[1]徐晓.变频调速技术在锅炉风机运行中的应用[J].天津冶金,2002(6).
智能照明控制系统节能设计探讨论文 篇2
本文重点介绍了智能照明系统在实际工程中的应用，简单介绍了智能照明控制设计系统，阐述当前智能照明对建筑节能的重要意义，合理地分析了智能照明系统的发展前景。
关键词：智能照明系统控制；总线；i—bus系统设计
一、背景。
随着社会飞速发展和更新，可持续发展战略已成为我国当前的重要任务。我国住建部计划至2020年在建筑能耗领域，登上新的一级台阶。节能行动，刻不容缓。目前全球经济正朝着一体化靠拢。欧美发达国家本身经济的停滞不前，短期内很难有大型的品牌照明企业出现。并且环境保护成为全球化目标后，全世界的各个国家，特别是科学技术先进的地区，对于照明节能的需求将更为强烈，照明节能对于节约能源、保护生态系统、推动社会进步具有极其重要的意义。数据显示，我国是全球人均能源保有量最低的国家之一。
能源的利用效率不足40%，远远落后于发达国家。单位生产量的能源消耗比世界平均水平高出近3倍。相关部门研究表明，我国能源效率每提高一个百分点，直接经济效益可达130亿元。节能关键在于节电，我国或将成为节电市场的最大买家。智能照明控制系统是专门针对照明而开发的先进的智能化系统，能够节约大量的能源和资源，具有巨大的经济意义和社会意义。因此，在实际工程中进行照明控制系统的节能设计势在必行。
二、智能照明控制的工作原理。
电子感应技术和利用电磁原理的调压技术是智能照明控制系统的主要技术支撑，实时跟踪系统的供电情况，对电路的电流值等进行自动调节，改善电路情况，从根本上提高功率因数，从而达到照明节能降耗的目的。在目前国际公认较为成熟的智能照明系统中，ABB公司的i—bus系统较为成熟，采用国际通用的EIB/KNX标准。采用总线网络拓扑结构，是i—bus系统的主要工作原理，这使得系统具有10Mbit的通讯数率。使用线路耦合器对支线中的信号进行过滤，过滤后的信号进入主线，进而增加干线速率。
因为IP局域网接口和EIB/KNX使用，所以使得数据可以在两者间进行传递。IP网关可以高效地在KNX/EIB系统中进行数据的交换。I—bus总线不能接地，其具有屏蔽能力。开关控制模块具有带电检测功能，可以检测灯光回路的运行情况并且在故障时进行报警。主要应用领域为智能楼宇环境控制系统和智能家居控制系统，其主要控制功能为光控制、中央控制、电动窗帘控制、家居安防控制、温度控制、AV控制系统信号监视等。
三、i—bus的主要特点。
1、兼容性：
控制系统采用的是国际通用的EIB/KNX标准，可以满足使用者对不同功能的需求。电气安装总线采用大跨度框架及开放式的结构，可以使使用者便捷而迅速地调整建筑物的使用功效或者再一次规划建筑平面。极强的兼容性是该系统的优点，对于不同厂家的软件和元器件，在本系统的通讯中可以达到兼容，能够使系统稳定的运行。
系统内部的各个模块都是一个独立的个体，具有独自运行能力，不受其他器件的约束。无论任何的模块损坏或者损毁都不会影响到其他模块的正常运行，这种独立的运行模式使得系统维修保养方便，在对系统进行定期升级或者定期更换元器件时，整个系统仍然可以正常地运行下去。系统的可扩展性也是本系统的一大优点，如果想进行回路的增加，只需要直接添加相应模块，对于系统整体无需进行大改动。
2、安全性：
系统只运用一条i—bus总线，没有过多的电缆线路，更没有复杂的线路铺设。在现场只需要总线进行连接，24V的安全低电压连接保证了系统的安全，控制模块不需要复杂的布置，可以安装在配电箱内。
3、灵活性：
功能的调整和控制结构的修改十分灵活，对小部分程序进行修改即可完成目标，不需要对布线进行调整。通过物理信息的采集，自动刚系统设置为最优运行状态，方便管理并且节约能源。所有设备均为标准设备，模数化产品采用35mm导轨安装，现在设备才有86盒墙装，各种面板的探测器可以互换，实际应用十分灵活。
4、经济性：
系统能够大量减少维护人员，从而节约大量的维护费用，在节约费用的同时，提高了整体系统的工作效率。i—bus系统采用红外线传感器、定时开关技术、亮度传感器调光技术，这些智能化的应用使得系统可以节约大量的电力能源，从而极大地节约了资源。比传统照明节约25%左右电能，投资成本三年内即可收回。
5、长期性：
软启动、软关断技术的使用是i—bus系统的又一个亮点，对于各个回路进行缓慢的启动，在一定时间内关断，这样有效减少了冲击电压对器件的损害，极大地延长了灯具的使用寿命。系统可以和消防报警系统、安全防范系统、闭路监视系统一起来构成一个完整的系统。同时采用ABB照明系统和BA系统的大厦，将大幅度提高大厦的智能化程度，增加该物业的亮点，提高大厦的出售和出租率，这些无疑都获得了许多长期的、可观的、潜在的收益。
四、i—bus系统设计实例。
以办公楼为例，在办公室各区域设置吸顶探测器，通过吸顶探测器对移动信号进行感应，因信号对灯光和风机盘管电源进行控制，实现工作时间启动照明灯和空调，休息时间自动关闭灯光和空调。根据预先设置的程序，定时开关灯光空调，从而最大限度地节约能源。例如，设置在会议室的智能面板可以对会议室的灯光、空调、窗帘、投影幕布等用电设备进行手动控制。普通办公室通过温控面板对空调进行控制。办公区域的吸顶式移动探测器可以根据环境的照度要求以及使用的空间自动调整开灯数量，确保满足照度需求。
五、总结。
在21世纪，能源与资源的高效利用已经成为评估一个国家乃至整个社会发展潜力的重要指标。我国是一个发展中国家，提高能源利用率必将大力推进我国经济建设和社会建设。智能照明控制系统在实际工程中的节能设计，将从根本上进行建筑节能。该领域将成为促进我国未来发展的重要领域。未来我国将成为节能设计及节能产品研发的最大受益者。
参考文献：
[1]马鸿雁，韩京京。会展中心照明控制与节能[J]。智能建筑电气技术，2010（04）。
[2]侯红磊。Ⅰ—bus智能照明系统在轨道交通中的应用[J]。工业控制计算机，2012，25（10）：11—12。
制药厂净化空调系统的节能控制措施 篇3
关键词 制药厂；净化空调系统；节能控制措施
中图分类号 TU831 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0137-01
国家相关部门对制药厂进行了GMP认证，并且在全国范围内推广使用，在生产过程中加大了净化空调系统管理力度，提高了管理要求。但是对于很大一部分药品生产企业来说，它们使用的净化空调系统在净化方面大都等级较低，不能有效的调节和控制生产车间内的温度以及湿度，而且还存在能源消耗过大的现象，远远不能达到国家药品监督局颁布的GMP的相关要求。所以，为了确保药品制造企业能够正常合理的运行，一定要对净化空调系统进行全面的节能技术改造和升级。
1 净化空调系统的概况
在某药品制造厂中，药粉研磨车间的占地面积一共为512 m2，在这当中净化区域的面积达到了一半之多，大约有260 m2，净化空调系统的等级达到了10万级。在净化区域里面，该制造厂一共配置了两套型号分别是AF-10和AT4的空气处理箱，这两台空气处理箱采用的主要形式均为一次回风。除此之外，在非净化区域里的仓库里、卫生间里也都配置了一台空调箱，不过是变风量式的。经过测量后发现，在净化区域里的干球温度在18摄氏度到26摄氏度之间，而相对温度保持在45%～65%之间，整个净化空调系统要求全天候运行。
2 净化空调系统中存在的缺陷
1）在两台风冷热泵机组当中，它们的冷冻水系统都处于独自运行的状态，每台风冷热泵机组的冷冻水系统都单独的为其空调箱提供必要的冷热水。这就导致冷量只能各自使用，出现冷量分配不够均匀合理的现象。在运行的过程中由于没有设置备用的风冷热泵机组，一旦其中的一台出现了问题，就会导致系统不能继续正常运行。2）如果正处于季节过渡的时候，室外的湿度较大，这就会影响到药品生产车间里的温度和湿度，很容易出现温度过低以及湿度过大的现象，导致温度和湿度满足不了相关的规定。为了确保生产车间的温湿度就有必要使用电加热，以此来有效的降低相对湿度，不过这时会消耗更大的能源。3）在寒冷的冬季和炎热的夏季，生产车间都没有采取有效的温度调控措施，对于温度的控制只能间接的通过设定机组的出水温度进行缓解，但是在这过程中不仅操作难度很大，而且也不容易将温度进行有效的控制，如果机组频繁的开启和停止，会缩短机组的使用寿命。4）在车间里运行的三台空调箱，都不具有调节和控制风量功能，而净化空调系统是全天候运行的，风机以及电机等也会持续的满负荷状态运行，会导致能源出现严重的消耗现象。
3 净化空调系统所采取的必要控制措施
1）将两个不同型号的空调箱的回风方式由一次回风改为二次回风。然后利用手动铝合金调节阀对一二次回风比例的开度进行适当的调节。在季节交替的时候，可以通过不同程度的调节一二次回风比例，用回风产生的热量来有效的替换电所产生的热量进行加热。2）对于空调冷冻水系统来说，以往只有两台机组在持续使用，但是即使是这样在炎热的夏季仍然会出现满负荷运转的现象，所以就需要再增设一台冷量为125 kW，功率达到40kW的风冷热泵机组，然后将原来的两台机组和增设的这台合为一个系统，统一为整个净化空调系统提供生产过程中必要的冷水和热水。3）原来使用的两台空调箱都不具有调节风量的功能，所以需要将二者的风机电机合理的改造为双速电机，并且空调箱在夜间持续运转的过程中，可以通过设置自动切换和手动切换两种方式将其切换到低速挡，具有节能的效果。4）在空调箱运行的过程中，AT4提供的风量总是出现不足的现象，所以需要将风机皮带盘进行更换，更换之后可以有效的提高转动的速度，还可以增加AT4空调箱在运行中的送风量。而且AT4空调箱本身的表冷器只有6排管，不能达到生产过程中的除湿要求，所以需要将表冷器改造为8排管，有效的提高空调箱的除湿能力。5）图1所示的是空调系统自动控制的原理图，从该图我们可以看出在控制湿度的时候主要是利用定露点的办法进行适当的调节的。回风管道的设置能够将房间有效的连接起来，然后我们在回风管道之外适当的设置了温度传感器，利用温度传感器来对比回风的温度和预设的温度之间的差异，有利于控制二次回风之后产生的送风温度，进而进一步对电加热的输出进行专门控制，最终让回风的温度稳定不变。另外，在表冷段后面再安置露点温度传感器，将预设的温度和表冷段显示的露点温度进行对比，有利于控制冷冻水量，有效的调节空气中的露点温度，进一步满足室内的湿度要求。
图1 空调系统自动控制原理图
4 净化空调系统在经过以上各项改造之后具体的运行效果
1）通过改造之后有效的达到自动控制温度以及湿度的目的，并且延长了机组的使用寿命。一方面，由于以往只是通过设定机组的水温来控制温度，在控制的过程中会不断的停止和开启机组，加大了损耗，而经过改造之后，在控制器里只需要将露点温度调整到13℃，然后适当的控制回风温度，就能够完成对温度和湿度的自动控制，改善了以往温控和湿控的不足之处。另一方面，将冷冻水系统合并在一起，能够共享冷水源和热水源，这种方式也可以延长机组的使用寿命，降低了机组对能源的消耗，并且提高了设备运行的各种性能。2）将原来的风机电机改造成为双速电机之后，对比高速运转的状态下和低俗运转的状态下的耗电量，将二者耗电量的比例有效的降低到4:1，在很大程度上节省了电能，大概在2年内产生的节能效益就能弥补改造所投入的资金成本。3）在经过以上各种改造项目之后，有效的控制了温度，能够缩小温度的变化范围，在炎热的夏季以及其他季节的更换期间都能增强除湿功能。而且将相对湿度稳定控制在了55%～65%之间，完全满足生产过程中对湿度的要求，对于以往过渡季节总是出现温度较低而湿度过大的现象有了很大的改善。与此同时，利用二次回风产生的热量代替电加热产生的热量，节约了生产过程中的耗电量。
5 结束语
总而言之，将AF-10空调箱和AT4空调箱原有的一次回风系统改为二次回风系统，并且将原来的风机电机更换成双速电机，然后加强对车间温度以及湿度的调节和控制能够，效果较为显著。不仅能够满足制药过程中对周围环境的温度以及湿度的要求，还满足了国家药品监督局颁布的GMP认证的相关要求，在节能控制方面有了较好的成效。
参考文献
[1]许钟麟.药厂洁净设计、医药与GMP认证[M].上海:同济大学出版社,2002.
[2]GB50073-2001洁净厂房设计规范[S].
作者简介
基于模糊控制的空调系统的节能研究 篇4
关键词：CO2浓度,新风量,变频,节能,模糊控制
0 引言
现有的空调系统基本都采用的是新风回风比固定的控制方式, 结果是在人多的时候因为没有足够的新风而使得空气品质低下, 而在人少的时候引入大量新风造成电能的浪费。针对上面的问题, 本文提出了新风量随动的控制方式, 就是根据室内CO2浓度对新风量进行控制, 这样既能满足人们对舒适度的要求, 又能达到节能的效果。以CO2的浓度作为的控制对象, 用模糊控制方法进行控制。在温度控制方面, 本论文采用的是通过对Fnager热方程的定量计算得出人们热舒适度的温湿度, 这种基于热舒适度指标的控制方式同时考虑了人体因素和环境因素对热舒适度的影响, 把风机的频率作为直接的控制对象, 采用模糊控制的方式对风量进行控制, 从而达到对温度控制的目的。相关推算证明, 将一个定风量系统改造成变风量系统, 其全年能耗会减少35%以上, 而增加变频技术可实现节能超过30%[1]。
1 系统介绍
见图1所示, 该系统包括送风道、回风道、回风阀、新风阀、变频风机、送风口1、回风口2。关键设备主要是可实现开度控制的新风阀和控制温度的变频风机。
系统在各空调房间的送风通道上都有一个以CO2的浓度值为设定值控制的新风阀, 通过调整其开度, 使气流截面积发生相应的变化, 从而改变了送入室内的风量, 实现对各空调房间CO2浓度的较好控制。新风阀门与回风阀门是联动的, 以此保证空调系统的总送风量仍为设计值。
变频风机则是通过改变频率来调整压缩机功率, 使得其在达到设定温度后进入低频运转阶段, 而提高了空调的能效比。另外, 应用了变频技术的空调机降低了开关损耗, 而且在使用变频技术后, 空调机启动时电压波动较小, 可以在低电压和低温条件下启动, 这样一来对于某些地区电压不稳定或冬天温度较低, 空调难以启动的难题, 有一定的改善作用。
2 数学模型的建立
2.1 新风量控制的数学模型
以某空调室为例建立被控对象数学模型。为了研究简化, 设室内CO2浓度分布均匀, 按照集中参数处理。根据质量守恒定律, 单位时间内进入室内CO2的体积包括室内新风引入的CO2和室内人员新陈代谢释放的CO2, 而单位时间内从室内排出CO2体积包括排风带走的CO2以及从窗缝泄露的C02。与排风带走的CO2相比, 泄露的少量CO2可以忽略不计。由于室内外气压要平衡, 所以新风量等于排风量, 所以可建立平衡方程
式 (1) 中, V为房间体积, m3;Ci为房间内CO2浓度 (体积百分含量) , 10-6;Q为单位时间内进入房间的新风量, m3/s;R1为房间内人CO2的散发率, m3/s;R为扰动[2,3]。
2.2 室内温度控制的数学模型
温度变化量与冷量的变化量的关系为:
cf:空调房间的容量系数;
Tn:空调房间的空气温度;
Qi:进入室内的冷量;
Q0:从室内出来的冷量。
冷量的变化量与转速的变化量的关系为:
△Qi:冷量的变化量;
COP:制冷压缩机的性能系数;
λ:换热系数;
△G:转速的变化量[4]。
3 模糊控制器模型的建立
模糊控制是以模糊集理论为基础, 以模糊语言变量和逻辑推理为工具, 利用人的知识和经验, 将直觉纳入到决策之中的一种智能控制方法。其设计的基本思路如下:
(1) 输入变量的选取和量化。选取温度误差和温度误差的变化率为控制器的输入量, 分别用e和ec表示。
(2) 输出变量的选取与量化。根据温度的误差和误差变化率, 计算出控制输出变量u, 由u控制温度。
(3) 输入/输出变量的模糊化。模糊化过程主要包括两方面的工作。首先要建立输入/输出变量的模糊集, 其次是对输入/输出变量选定隶属函数。
(4) 模糊控制规则库的设计。
(5) 模糊推理。
(6) 模糊控制器输出的确定。根据控制规则求出推理机总的模糊关系R后, 根据推理机选定的算法, 求出模糊控制器的输出量U。
(7) 模糊控制输出量的解模糊。解模糊的结果, 求得最能反映控制量的真实分布。
(8) 模糊控制表。在实际工作中, 为了减少在线计算量, 一般都是离线计算出模糊控制表, 将其存放到计算机, 在实时控制过程中, 实现模糊控制的过程转化为计算量不大的查找模糊控制表的过程。这样就可大大减少在线计算量, 从而增加控制的实时性。
r为输入设定值, e为误差, ec为误差变化率, u为模糊控制器的输出, y为控制对象的输出 (见图2) 。
对于室内CO2浓度模糊控制系统, 确定其模糊控制器为双输入单输出的结构模式, 以CO2浓度作为被控量, 将浓度误差以及浓度误差变化率作为模糊控制器的输入, 将新风阀门的开度作为输出, CO2浓度设定值取0.1%, 即0.001。将传感器测量到的CO2浓度值与设定浓度值进行比较, 得到其误差以及误差变化率, 经过模糊控制器进行模糊运算得到新风阀门开度的控制值, 从而改变新风量, 最终达到控制室内CO2浓度的目的。
由上面的式2、式3可以知道温度的变化量与频率变化量之间的关系。根据设在空调区域的温度控制器采样, 求出它与设定温度值的偏差e和偏差变化率ec。将两者各自加以离散化, 并分成分别对应一个模糊子集的几档, 从而完成实测温度与设定值的偏差及偏差变化率这种精确量到人主观感受这类模糊量的转化。接着按照事先确定的推理规则进行计算, 并做出相应的模糊决策。即所谓“若A且B则C”的推理方式。最终再将模糊量重新精确化处理, 向末端装置输出风阀的开度控制量后, 又重新进入下一个工作循环。
我们使用模糊编辑工具箱提供的图形用户界面来建立模糊推理系统。采用图形化的界面, 编辑界面调整非常简单, 只需点中图形就可以随意的调整, 这样能比较快的进行整定, 节省时间;另一方面, 采用图形界面比较直观, 容易理解。
在模糊逻辑工具箱中有5个基本工具箱GUI工具用于建立、编辑和观察模糊推理系统, 它们分别是模糊推理系统编辑器 (见图3) 、隶属度函数编辑器、规则编辑器、规则观察器和曲面观察器[5,7]。
4 控制模型的仿真曲线及效果分析
用模糊控制算法对新风量进行控制, 如图4所示仿真曲线来看, 控制效果比较理想, 能够实现人多时风量增加, 人少时风量减少, 始终保持CO2的浓度为0.001, 做到在保证舒适度的前提下实现最小的新风量控制, 最大限度的节约能源。从图5可知, 模糊控制的灵敏度特别高, 能快速的将超调量降下来。
选择20℃作为冬季室温设定值。在没有干扰的情况下, 可得到如图6所示的仿真曲线。从仿真曲线可看出, 无干扰时, 十余分钟后, 室温就与设定值基本相符, 控制性能较好。
在有干扰情况下, 得到如图7所示仿真曲线。可以看出有干扰时, 本模糊控制器也能在十余分钟后, 使室温围绕设定值这一轴心微幅波动, 基本小于1℃。
5 结束语
本论述采用了较成熟的模糊控制, 对空调系统的末端装置进行风阀开度控制以及对风机进行变频控制, 达到室内CO2浓度和室内温度控制的目的, 并通过Matlab进行了控制效果的仿真。无论是有无干扰, CO2浓度和室温都能控制在设定值附近, 其波动幅度也在允许范围内。冬季从不利的0℃起步, 响应时间虽稍长, 但中央空调多采提前开机, 故也完全能满足要求。而变风量控制和变频控制均能达到30%以上的节能效果。
参考文献
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[6]赵瑞军, 王先来, 李维平.模糊控制技术在中央空调系统中的应用研究[J].山西建筑, 2005, 31 (1) :95-96.
空调系统的节能控制 篇5
1、采暖系统冷热源及管网节能工程的绝热管道、绝热材料进场时，应对绝热材料的导热系数、密度、吸水率等技术性能参数进行复验，复验应为见证取样送检，
2、采暖系统冷热源设备和辅助设备及其管网的安装，应符合下列规定：
(1)管道系统的制式，应符合设计要求;
(2)各种设备、自控阀门与仪表应按设计要求的变流量或定流量运行;
(3)冷(热)水系统，应能实现设计要求的变流量或定流量运行;
(4)供热系统应能根据热负荷及室外温度变化实现设计要求的集中质调节、量调节或质-量调节相结合的运行，
3、冷却塔、水泵等辅助设备的安装应符合系列要求：
(1)规格、数量应符合设计要求;
(2)冷却塔设置位置应通风良好，并应远离厨房排风等高温气体;
(3)管道连接应正确。
4、采暖系统冷热源和辅助设备及其管道和管网系统安装完毕后，系统试运转及调试必须符合下列规定：
(1)冷热源和辅助设备必须进行单机试运转及调试;
(2)冷热源和辅助设备必须同建筑物室内空调或采暖系统进行联合试运转及调试。
空调系统的节能控制 篇6
摘 要：在我国建筑体系中，中央空调系统的能耗量较大，通过数据调查分析发现，该系统的能耗约占整个建筑能耗总量的40%，甚至部分建筑可以达到70%，因此如何切实降低中央空调系统能源消耗量成为了社会研究的主要问题之一。过去，在中央空调系统设计过程中，负荷估算法是常用的方法，但是这种方法在计算中是以整个建筑最大的负荷量为计算基数的，且设计的系统在运行过程中不能够根据环境的实际情况进行调节，进而导致中央空调系统能耗高，而中央空调系统自动化控制功能的实现，一方面可以为建筑使用者提供一个高效、合理和舒适的办公环境，另一方面也降低了空调系统的能耗水平，进而节省管理成本，提高了经济效益。为了更加全面的了解建筑中央空调系统的自动控制设计以及节能方式，文章将结合笔者自身的工作经验，对此进行详细的探讨，以供今后参考使用。
关键词：中央空调系统；自动控制；节能；能耗
中图分类号：TU201.5 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）32-0011-02
1 前 言
这些年，随着中央空调系统在社会生产和生活应用领域的不断扩大，如何降低中央空调系统能耗量成为了当下社会研究的热点问题之一，因而许多的公司和学者等都加大了对空调节能技术的研究力度，例如在20世纪70年代开始，研究学者就对中央空调水系统节能控制技术进行了研究，但是这一时期受到技术等条件的限制，导致研究成果并不理想，与预期的节能目标还存在着一定的距离。而我国中央空调的发展与国外相比较为落后，同时我国的节能控制技术研究方向与国外也存在着一定的差异。例如暖通系统研究人员在进行节能控制技术研究过程中比较注重优化空调系统运行以及设置冷机组和水泵数量方面，对具体的控制效果和系统运行的性能等没有给予高度的重視，最终导致节能效果差强人意。
2 中央空调自控系统基本构成以及中央控制系统 配置基本原则
首先，中央站计算机应当使用Intel180386及以上处理器的电脑，且在条件允许的情况下可以使用奔腾II微处理机或者是相同类型及以上机型，内存32 M，硬盘2.5 G，增强型键盘104，高分辨率的显示器，且具有两个串行和一个并行口，彩色打印机一台。
其次，操作站的基础平台建设可以使用Microsoft Windows软件或者是相兼容的程序，利用实时图形监控操作软件来对系统中空调设备的运行情况及数据变化等进行图形化的显示以及打印，以便操作人员及时掌握设备的运行情况，另外基础平台建设应当采用TCP/IP协议，同时数据库还应当具备一定的开放性，为设备监控实现集中化提供基础，并且数据库还应当与系统规模相符，以便系统运行的稳定性。
最后，在进行系统构成设计的过程中，必须满足建筑空调自控系统的安全使用标准，同时还应当具备自行诊断异常故障的功能，并提供相应的报警信号服务功能，为空调系统的使用和维护提供便捷。设计人员在进行设计过程中，应当坚持“危险分散”的设计思路，尽量缩减故障发生后的波及范围，例如中央操作站发生故障后，不会对控制器造成影响，且空调系统的运行也不会受到破坏。
另外，设计人员还应当注重系统的扩展性，以为今后系统优化提供基础，同时设计中还应当尽可能的降低投资成本，提高系统设计的经济效益。
3 中央空调系统自动化控制设计结构特点和节能技 术要求
3.1 空调冷热源自控系统分析
冷热源主机系统从出厂就带有以微处理器为关键的单元控制器，且利用该控制器可以对蒸发器以及冷凝器等设备进出口温度进行监测，同时也可以提供水流开关状态、压缩机进出口气压力值和温度值，并根据系统设定参数来对压缩机容量调节阀等进行调节。但是在实际的应用过程中，受到无标准通讯协议条件的限制，使得不同厂家产品无法完成通讯，因此在设计过程中还应当安设水管温度传感器等来对主机工作情况进行实时的检测。
目前在中央空调系统中，为了提高系统的节能效果，自控系统应当对自带CPU设备进行控制，且这些设备应当同时参与到系统运行中去，而为了实现这一目标，主机（冷、热）的启停操作应当能够被设在制冷机房控制器的控制，同时该控制器还可以对机组运行情况、异常故障以及供回水温度和流量等进行监测，而这时系统主机计算机就可以利用这些监测数据计算出建筑实际冷负荷，并最终确定冷水机组的开启数量，实现节能目标。
就目前技术水平来说，空调冷水机组节能逻辑控制思路主要有两种形式。
第一，以冷冻水回水温度来对开启机组台数进行控制，如图1所示；
第二，以主机运行信号和故障报警信号为参考对冷热主机进行信号反馈调节，如图2所示。
另外从节能方面考虑，建筑中央空调控制系统在符合室内温度要求的前提下，应当可以通过对室外温湿度的变化来自动对室内全年室内的温湿度设定参数值进行调整。
3.2 空调能量输送部分自控分析
在对中央空调系统进行节能自控设计的过程中，空调能量输送部分也是其中的一个重点，而这部分主要包括空调冷冻泵、热水泵、冷却水泵及输送管道部分等。
首先空调冷却水系统主要是利用冷却塔和冷却水泵及其管道系统等将冷却水输送至制冷机中，其监控系统的功能是对冷却塔风机、冷却水泵等运行情况进行监测，以保障制冷机组冷凝器侧通过的冷却水量充足，同时该系统还可以通过对室外温湿度的变化以及建筑冷负荷情况等对冷却水的运行速度进行调节，以使冷却水温度在设定温度范围之内。因此设计人员在进行这部分自控系统设计的过程中可以利用现场控制器实现对冷却塔风机启停状态、运行情况的检测、以及水路电动阀开闭状态等的控制，而其中冷却塔风机启动台数则是综合了冷冻机和冷却泵开启台数、室外温湿度等情况，并通过系统主机参数计算进行确定的。
其次，冷冻水系统自控功能是使蒸发器运行正常，避免由于通过水量不足所导致的蒸发器被冻坏情况的发生，同时利用该系统还可以降低循环泵的电耗量，节省系统运行成本。因此在对能量输送部分自控系统进行设计的过程中应当注意以下几点。
第一，通过提高冷热水的供回水温差，降低水流量、输送动力以及送风流量；
第二，通过利用变风量以及变流量末端自动控制来降低水泵、冷水机组以及风机的电能消耗；第三，加大对空调供水各个环节的控制力度，以空调运行需要为基础来对水流量进行控制，进而在保障设备正常运行的基础上提高节能效果。
3.3 空调新风机系统自控系统分析
在整个中央空调冷热负荷中，新风量占有比重比较大，因此在自控系统设计过程中对新风自动化和节能控制部分也应当给予一定的考虑，而为了实现对新风的自控，空调系统现场控制器部分应当具备以下功能。
首先，具备对新风机启停状态的定时控制。一般情况下，时间控制可以以年、月、日、时、分等为时段进行参数设置，且每天最小应当设定三个启停时段控制程序；
其次，當监测到新风机运行出现故障时，可以及时的发出报警信号，同时重新设定风机出口温湿度参数值，并使其满足控制标准。
另外一旦检测相互新风过滤器两端压差超过要求值后，会发出过滤网堵塞报警信号，同时中控室也会有出现报警信号；再次在冬季，一旦热盘管的温度小于设定参数值后，自控系统应当立即启动防冻保护程序，使风机停止运行，关闭新风风门，开启热水阀等。
最后，为了进一步提高节能控制水平，设计过程中还可以通过改变新风回风比来对供暖供冷进行控制，例如冬夏季使用最小新风量，过渡季节使用全新风来量，而在预热预冷过程中关闭新风量使用。
3.4 风机管盘监测自控控制分析
现阶段，在中央空调系统控制中，风机盘管直接控制系统的应用运行成本较高，因此在实际应用中该系统应用比较少，但是从节能方面分析，监控系统的应用是必不可少的。而为了实现节能目标可以通过利用温控器和二通电动调节阀来对温度和风速进行控制，而在对风机盘管电源控制中可以以楼层、用途以及作用时间等为参考进行分别控制。
另外，还可以在现场设置手动启停控制，而在时间控制方面可以以年、月、周、日等为基础进行分别设置。
4 结 语
综上所述，在现代化通讯技术、计算机技术以及网络技术快速发展的今天，中央空调系统的自动控制和节能性能也在不断的提高，尤其是一些先进自控技术的应用，一方面提高了能源的利用效率，另一方面也优化了空调系统的运行性能，为用户提供了更加舒适和人性化的办公环境，因此在今后空调系统的设计中，设计人员应当加大对一些先进技术的研究和应用力度，以有效推动空调自控和节能系统的建设进程。
参考文献：
[1] 屈国伦.广州白天鹅宾馆改造工程暖通空调系统绿色节能设计[J].暖 通空调，2016（01）.
中央空调的节能控制优化 篇7
关键词：中央空调,软启动,磁力耦合器
随着社会物质生活水平的逐渐提高和经济的高速发展, 为了保持舒适度, 许多大型建筑中都安有中央空调系统。然而, 在保持舒适的同时, 人们又提出了更高的要求就是在节能的前提下来保持室内的温度。于是, 设计出节能舒适的中央空调也成了当务之急。
据统计, 各类大型建筑总用电量的65%以上都来自中央空调, 不利于能源的节约, 节能减排。能源环保又是如今亟待解决的问题, 因此采用新技术降低系统能耗和减轻空调系统向外界所释放的能量就成为重中之重[1]。
采用磁力耦合器来实现软启动, 可以大幅度地减少冲击电网和空调设备, 中央空调系统的使用寿命得以延长。因为软启动时间仅为数秒即可完成, 所以引入软启动, 并不会对启动时的制冷效果造成影响, 同时也减少了启动瞬间的电流 (该电流为4~7倍工作电流) 对电网及电机所带来的冲击和影响。另外系统采用自动调节和温差闭环控制, 使空调系统更具操作性, 也使其更加满足了人们的需求。
综上所述, 本课题的研究意义在于:凭借研究中央空调系统的多样化的节能措施, 能够免除不合理的, 效率较低的能源利用, 在减少了中央空调系统能源损耗的同时, 既可以提高能源的使用效率, 对于解决当前电力供需矛盾, 提高电网的负荷率和发电设备及输电设施利用率, 保证电力系统安全运行, 减小国家的电力投资等也具有重要的意义[2]。
1 中央空调原理
制冷机, 冷却水循环系统, 冷冻水循环系统, 风机盘管系统和散热水塔共同组成了中央空调系统[3]。制冷机的工作原理是使用压缩机把制冷剂压缩成为液态之后, 将其送至蒸发皿中与冷却水完成热交换处理。冷冻水制冷结束后, 使用冷冻水泵将冷冻水送至位于各风机口的冷却排管中, 同时通过风机吹送冷风, 目的在于降低温度。经过蒸发完后的制冷剂在冷凝剂中释放出热量, 再与冷却的循环水完成热交换功能。从冷却水泵所带来的有热量的冷却水送至散热水塔, 且使用水塔风扇完成冷却, 与此同时, 与大气进行热交换, 如图1所示。
2 中央空调节能措施
在现阶段的中央空调自动控制系统中, 我们一般是使用变频器来达到节约能源的目的, 且其一般都用在风机及水泵之上。我们要本着匹配电动机的原则来遴选合适的变频器装置。换句话说, 电动机的功率是要高于变频器的输出功率的。只有当水泵和风机都处于满载状态下, 且此时无法满足负载, 才会需要开启其他的水泵和风机。因此我们得出, 即使以节能为目的, 我们需要采用变频器, 但是其仍然无法满足所有的情况。
现如今, 电机软起动控制主要采用电机软启动器、变频器的较多, 然而它们成本较高且对维护人员的要求也高, 磁力耦合器软起动则克服了这些缺点。
铜转子, 永磁转子和控制器三部分组成了磁力耦合器。其中, 铜转子与电动机轴连接, 而永磁转子与风机 (或水泵、或其它工作机) 轴连接[4]。铜转子和永磁转子之间有气隙使电动机和工作机由原来的机械连接转变为磁连接, 通过调节气隙来实现工作机轴的输出扭矩和转速变化;具有软启动/停止和过载保护功能。电动机和工作机之间的连接为磁连接是其显著的优点, 排除了连轴器或其它机械连接的干扰;消除了因安装中对误差大而引起的机械振动、轴承磨损和密封损坏。它的体积小、结构简单、安装简便, 适应各种恶劣环境且应用范围广。它的安装容易, 维护量小, 总成本低, 寿命长 (设计寿命30年) [5]。将其安装在电动机和工作机之间, 取代连轴器, 不占用空间。
调速型磁力耦合器的无级调速性能好, 可实现自动控制和遥控, 过程控制精度高。取代变频器, 不产生电磁谐波, 无电网和通讯污染。
我们需要解决的就是突破常规方法, 用磁力耦合器来控制中央空调的软起动, 同时在此基础上还对空调系统所释放的能量进行回收利用, 对中央空调系统中的冷却水实施回收利用, 将其输入到集中供应的卫生热水系统中, 如此, 就可以使中央空调的节能控制得到更大优化。
冷却水泵电机应采用软启动。冷却水泵电动机启动频率系统设定为25 Hz。为保护空调系统的安全运行, 冷却水系统最低运行频率设定值可根据用户的空调主机状况, 设置为25 Hz或30 Hz[6]。冷却水泵启动后, 按智能控制器输出的控制参数值调节冷却水泵变频器的运行频率, 控制冷却水泵的转速, 动态调节冷却水的流量, 使冷却水的进、出水温度逼近智能控制器给定的最优值。其中冷却水进水温度为32℃, 出水温度为37℃, 温差ΔT=5℃。
其中热回收利用的原理图如图2所示。
3 结束语
中央空调系统的节能问题延伸到了各个领域, 设计方案的完善、施工安装的精确和运行管理的科学性对空调节能都是极其重要的。但对节能的认识应该持有一个正确的观点, 不能因为节能的目的而不能满足人们的合理要求, 应该尽可能地提高利用效率来解决问题, 我们要使用科学的中央空调系统节能方法。
该设计是作为贵州师范大学2013年大学生创新创业训练计划科研项目来进行的。笔者参与了整个科研项目的设计实施过程。
参考文献
中央空调变频节能控制系统的设计 篇8
随着国民经济的发展和人民生活水平的日益提高, 中央空调系统已广泛应用于工业与民用建筑域, 如宾馆、酒店、写字楼、商场、厂房等场所, 用于保持整栋大厦温度恒定。对中央空调控制系统运行效果的优劣评价标准也随着时代发生了很大的变化。早期的中央空调系统的运行效果好坏取决于是否够“冷”。如今, 人们对中央空调系统提出新的要求就是舒适节能, 要求在能耗更低的情况下保持室内合适的温度、湿度, 让使用者感觉最舒适。新建的中央空调系统在按照舒适节能的目标设计, 而越来越多的使用多年的中央空调控制系统在进行改造以实现节能、舒适的目的[1]。
传统的设计中, 中央空调的制冷机组、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、冷却塔风机系统、盘管风机系统等的容量基本是按照建筑物最大制冷、制热负荷或新风交换量需求选定的, 且留有充足余量[2]。无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化, 各电机都长期固定在工频状态下全速运行, 虽然可满足最大的用户负荷, 但不具备随用户负荷动态调节系统功率的特性, 而在大多数时间里, 用户负荷是较低的, 这样就造成很大的能源浪费。近年来节能降耗被国家摆到空前重要的位置。而国家供电紧张形势依然没有根本缓解, 电价不断上调, 造成中央空调系统运行费用上升, 如何控制空调系统的电能费用已经成为越来越多空调的经营管理者所关注的问题[2,3]。
故采用变频调速技术节约低负荷时主压缩机系统和水泵、风机系统的电能消耗, 具有极其重要的经济意义。寻找一种节能效果明显, 性能稳定可靠的控制系统成为当务之急[4,5]。
本文所研究的基于Profibus网络的中央空调变频节能控制系统即是在这样的背景下进行的。其对冷冻和冷却水系统实施变频调速技术, 可以根据负荷变化情况适时降速或增速, 提高了系统自动化控制水平, 避免长期固定在工频运行。这样不仅可以节能增效, 而且利于营造恒温舒适的环境, 减轻设备机械磨损, 易于维护, 降低生产成木。Profibus现场控制网络的引入, 实现了变频器、P L C等设备之间的可靠通讯, 并为工业网络与企业网络的无缝链接做准备, 管理者不必亲临现场就可对机房运行情况实施监控。
2 变频控制系统的硬件构成
由于本控制系统是在原系统基础上的变频节能改造, 考虑到原控制系统的具体情况和工程成本等因素, 将控制系统设计为通过PROFIBUS总线协议通讯的主从式控制结构。系统中各设备由现场控制器实行本地直接自动控制。系统的控制参数的显示及修改通过触摸屏操作。预留以太网通讯接口, 便于以后的升级, 与监控计算机互连, 实现远程集中监控。温度压力信号的采集由传感器采集出的模拟量信号通过远程I/O站转换并通过PROFIBUS发送到PLC。选用西门子的PLC及变频器系统[6]。控制系统由主控制柜和从控制柜组成, 网络结构如图1所示。
主控制柜中采用西门子紧凑型P L C313C-2 DP作为主PLC, 该PLC上集成了PROFIBUS DP通讯口, 并且集成了16DI/16DO。主控制柜上配置MP277触摸屏, 通过PROFIBUS与PLC相连, 可以用来显示现场状态和报警信息等。
6台驱动柜对应驱动6台水泵, 编为一二三号冷冻驱动柜和冷却驱动柜。驱动柜中安装西门子专用于驱动风机泵类的变频器MM430[6]及ET200M远程I/O站。每台变频器进线端子连到原单机柜的启动按钮控制的继电器下端, 出线接回原柜。变频器配置有PROFIBUS通讯选件, 可以与PLC进行PROFIBUS通信。
为了增加通讯线路的抗干扰性同时保证通讯质量, 采用西门子标准PROFIBUS通讯电缆。通过设定P R O F I B U S网络两端的终端电阻, 可以减少由于不匹配而引起的反射, 并能吸收噪声, 有效地抑制噪声干扰。根据现场实际情况, PROFIBUS通讯速率设定为500kbps。
3 对变频器的控制
变频器的输入输出连接见图2。从原控制柜星三角启动接触器引出的380V电源被送入驱动柜, 连到空气开关, 从空气开关下端输出, 一端连到变频器的电源输入端, 一端连到接触器K 2。变频器的输出端连到接触器K1。接触器K1和K2的输出连到共同的输出端子送到水泵电源输入端。
在合上空气开关时, 通过接触器K 1和K2的选择接通就可实现工频与变频的转换。
工频输出有两种情况:一种是手动工频输出。通过触摸屏选择手动模式, 再在驱动柜的工频与变频的切换开关选择工频输出。
另一种情况是故障工频输出。当变频器出现故障, 将故障信号通过PROFIBUS输出给主P L C, P L C判断确为变频器故障, 非水泵故障, 则通过P R O F I B U S控制ET200M远程I/O站, 输出信号释放接触器K 1, 吸合接触器K 2, 工频输出;如判断确为水泵故障, 通过PROFIBUS停止变频器输出, 开启备用泵。
4 PLC对变频器的控制
传统的对变频器的输出频率控制是通过向变频器的模拟量端子输入4~20mA电流信号, 实现输出频率0~5 0 H z之间调节。这种方法实现简单, 设备投资较少。但控制精度相对较差, 无法将自身运行状态向主控系统反馈。在设计的系统中PLC对变频器的控制是通过PROFIBUS网络进行。通过P R O F I B U S通讯 (最大速率可达1 2 M b p s) , 变频器中众多的参数变量都可经由网络被PLC调用和修改。
MM430变频器通讯的报文有效数据块可以分为两个区域, 即P K W区 (参数识别ID-数值区) 和PZD区 (过程数据) 。P K W区共有4个字, 通过P K W区, 用户可以读取或修改M M 4 3 0变频器的参数。PZD区是为控制和监测变频器而设计的, 在对于主站发送给变频器的P Z D任务报文, 其第一个字是变频器的控制字 (S T W) , 控制字1 6位的每一位都具有已定义的意义, 包括启动、停止、故障确认等, 如表1所示。报文的第二个字是主设定值 (H S W) , 即频率设定值, 由P L C给定。对于变频器发送给主站的P Z D应答报文, 其第一个字是变频器的控制字 (Z S W) , 反映了变频器当时的运行状态, 如故障、报警、过载等, 如表1所示。报文的第二个字是主要的运行参数实际值, 通常将其定义为变频器的实际输出频图3系统操作界面率。此外, P Z D报文的长度通常可以被定义为0~4个字, 可以通过BiCo互联读取变频器当前的一些状态, 如输出电压、直流母线电压、输出电流等。
5 人机界面设计
在工艺过程日趋复杂、对机器和设备功能的要求不断增加的环境中, 获得最大的透明性对操作员来说至关重要。人机界面 (H M I) 提供了这种透明性。
触摸屏是基于PLC的软硬一体人机界面, 能以图形界面形式实现各种工作状态的显示, 并具有使用方便、人机对话界面友好、组态方便、可以与P L C进行良好通讯以及能适应车间工作环境等特点。通过触摸屏可以实现对中央空调水系统变频控制系统的状态显示和操作控制。
MP277触摸屏是西门子公司一款基于Microsoft Windows CE 5.0操作系统的6 4 K色多功能T F T面板, 上面配置了P R O F I B U S接口、用于连接P R O F I N E T的以太网接口、2个USB端口等丰富的接口, 可以实现多种用途并具有很高的性价比。
M P 2 7 7需要使用组态软件W i n C C flexible进行组态[7]。Win CC flexible是一种视窗下的创新性HMI软件, 可用于工厂和机械工程中机器级的操作员控制和自动化过程监测。这种工程软件允许对基于视窗的所有SIMATIC HMI操作员面板进行集成组态—从最小型的微型面板到PC解决方案。
触摸屏的变量输入、信息显示及操作画面的定义等操作功能由Win CC flexibl组态软件来完成。触摸屏组态画面总共有4幅, 分别为1#系统画面、2#系统画面、3#系统画面和报警画面, 前3幅画面实现的功能相同, 只是对应不同的系统。图3和图4分别为系统操作界面和报警画面。W i n C C f l e x i b l e中可以设置错误 (Error) 和报警 (Alarm) 以不同的颜色显示, 并且每类消息都可以设定不同颜色以区分正在发生、已经得到应答或已经离去的报警和错误。
操作时, 触按操作画面中冷冻、冷却系统和冷却塔的相应位置将弹出对应的参数设定界面, 可进行手自动转换、温差和压差设定、冷却塔温度上下限设定等。
触摸屏和PLC之间的数据交互通讯通过外部变量实现。每个外部变量带有链接的PLC地址, 如整数型对应PLC内存地址中一个字, 离散型对应PLC内存一个字中一位。对触摸屏操作时, 整数型变量可以用弹出的键盘修改其值, 离散型变量可以用按键设为1或0。将离散型变量定义到报警画面中, 在对应的PLC地址置1时, 报警信息即会显示。
6 用户权限的设计
由于触摸屏只允许空调操作人员对其进行操作, 所以要设定用户权限。WinCC flexible中的用户权限包括3种:管理 (A d m i n i s t r a t i o n) 、操作 (O p e r a t e) 、监控 (M o n i t o r) , 可以设定不同的用户组, 每个用户组可以操作的权限不同。根据实际需要, 我们设计了3个用户组, 分别为管理员、操作员、用户。对自动/手动状态切换、运行参数设定等功能作了不同的权限设置。只有管理员可修改用户的密码。
当操作人员操作触摸屏要修改参数或切换状态时, 会弹出窗口提示输入用户名和密码, 如图5所示, 只有管理员组的用户可以修改全部的参数, 操作员组的用户可以修改部分参数。输入正确的用户名和密码之后, 就可对组态画面进行参数设定了。按下屏幕右下角的退出键退出, 如要再次修改, 须输入用户名和密码。
7 结论
本文设计了基于PROFIBUS网络的智能变送器, 实现远距离精确传送。控制系统为主从级控制结构, 实现主P L C与ET200M和变频器之间的可靠通信, 确保系统的安全性。工频与变频的切换功能实现手动状态下水泵输入的工频与变频的切换, 也保证了自动状态下变频器出现问题时及时将水泵切入工频。触摸屏的采用实现对冷冻和冷却循环水的出回水的温度和压力以及水泵转速监测。
参考文献
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[4]薛志峰.商业建筑节能技术与市场分析[J].清华3E暖通空调网.
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[6]MICROMASTER430通用型变频器使用大全[Z].西门子 (中国) 有限公司.2005.
空调系统的节能控制 篇9
但在实际舒适性空调系统中,通常不采用再热方法,而是直接将冷凝除湿后的空气送入空调房间,即房间的温湿度仅是由冷凝除湿方式进行处理。送风参数的控制采用温度控制为主,即通过调节送风量与送风参数,以满足室内的温度要求。
1 现有空调系统空气处理方式
在常规空调系统中,利用冷源制备出5 ℃～7 ℃冷冻水,用于去除建筑物所有的潜热负荷与显热负荷。制冷机可以为电驱动,如活塞式、螺杆式、离心式制冷机等;也可采用热能驱动,如吸收式制冷机;也可以采用低品位能源驱动,如太阳能吸附式制冷机。
以目前常用的风机盘管加新风系统为例来分析空调系统空气处理过程[2]。
1)新风处理到室内空气焓值,不承担室内负荷,如图1a)所示。空气处理过程为
。新风空调箱仅承担新风负荷(KM为风机风道温升),而风机盘管承担全部室内冷、湿负荷,盘管在湿工况下工作。
2)新风处理后的焓值低于室内空气焓,新风承担室内负荷,如图1b)所示。空气处理过程为
。新风空调箱除了承担本身的新风负荷外,还承担围护结构传热的渐变负荷和室内湿负荷(潜热负荷),而风机盘管承担室内人体、照明和日射引起的瞬变负荷。盘管在干工况下工作。
3)新风处理到室内空气焓时,再与室内空气混合后经风机盘管处理后送入室内(新风送至风机盘管进风口处),新风不承担室内负荷,如图1c)所示。空气处理过程为
。新风空调箱承担新风负荷,风机盘管承担全部室内负荷。盘管处理风量大,风机风量、耗电和噪声增大,只有在地位紧张、新风口不易布置时使用。
2 存在的问题及能耗分析
1)热湿联合处理的能源浪费。
在空调系统中,占总负荷1/2以上的显热负荷部分,本可以采用高温冷源排走的热量却与除湿一起共用5 ℃～7 ℃的低温冷源进行处理,造成能量利用品位上的浪费。而且,经过冷凝除湿后的空气虽然湿度(含湿量)满足要求,但温度过低,有时还需要再热,造成了能源的进一步浪费与损失。
2)难以适应热湿比的变化。
通过冷凝方式对空气进行冷却和除湿,其吸收的显热与潜热比只能在一定的范围内变化,而建筑物实际需要的热湿比却在较大的范围内变化。一般是牺牲对湿度的控制,通过仅满足室内温度的要求来妥协,造成室内相对湿度过高或过低的现象。
3)室内空气品质问题。
空调系统繁殖和传播霉菌成为空调可能引起健康问题的主要原因。另外,目前我国大多数城市的主要污染物仍是可吸入颗粒物,因此有效过滤空调系统引入的室外空气是维持室内健康环境的重要问题。然而过滤器内必然是粉尘聚集处,如果再漂溅过一些冷凝水,则也成为各种微生物繁殖的最好场所。频繁清洗过滤器既不现实,也不是根本的解决方案。
4)室内末端装置的问题。
为排除足够的余热余湿同时又不使送风温度过低,就要求有较大的循环通风量。很大的通风量还极容易引起空气噪声,并且很难有效消除。在冬季,为了避免吹风感,即使安装了空调系统,也往往不使用热风,而通过另外的暖气系统通过采暖散热器供热。这样就导致室内重复安装两套环境控制系统,分别供冬夏使用。
5)输配能耗的问题。
为了完成室内环境控制的任务就需要有输配系统,带走余热、余湿、CO2、气味等。在中央空调系统中,风机、水泵消耗了40%～70%的整个空调系统的电耗。在常规中央空调系统中,多采用全空气系统的形式。所有的冷量全部用空气来传送,导致输配效率很低。由于空调负荷在1 d内变化显著,与热电联产电厂提供热能并不是很好匹配,如何实现有效的蓄能,以协调二者的矛盾也是热能使用中存在的问题。
3 温湿度非耦合控制空调系统
传统空调系统采用冷凝方式对空气进行除湿,与此同时对空气进行冷却,其吸收的显热与潜热比只能在一定的范围内变化。当建筑物实际需要的显热潜热比在较大的范围内变化时,往往不能满足实际需要。对于这种情况,一般是牺牲对湿度的控制,仅满足室内温度的要求。这就造成室内相对湿度过高或过低的现象,过高的结果是不舒服,进而降低室温设定值,通过降低室温来改善热舒适,造成不必要的能耗。因此要解决空气处理的显热和潜热比与室内热湿负荷相匹配的问题,就必须寻找新的空气处理方法,实现温湿度的非耦合控制。
目前普遍认为湿度独立控制系统可能是一个有效的解决途径[4]。湿度独立控制就是向室内送入干燥空气以控制湿度,而采用另外独立的系统来排除显热以控制温度,从而全面调节室内热湿环境。这其中的关键就是怎样处理出干燥空气而不造成过高的能源消耗。采用溶液除湿的空气处理方式可能是满足干燥空气处理要求,并实现上述各项对新的空调所提出要求的有效途径[5]。
4 温湿度非耦合控制空调系统的节能分析
采用湿度的非耦合控制不仅可避免采用表冷器除湿所造成的巨大能源浪费,提高制冷机运行效率,而且一些新型替代性制冷技术如冷吊顶、相变蓄冷和天然冷却技术如深井水回灌取冷等就更易于在工程实际中得到推广,所带来的节能、环保方面的意义是非常深远的。
在常规空调系统中,冷源要制备出5 ℃～7 ℃的冷冻水,其制冷机工作的蒸发温度和冷凝温度为2 ℃和40 ℃,则在此温差情况下制冷机的理想效率为:
由于除湿的任务由处理潜热的系统承担,因而显热系统的冷水供水温度不再是常规冷凝除湿空调系统中的7 ℃,而是提高到18 ℃ 左右,从而为天然冷源的使用提供了条件,即使采用机械制冷方式,制冷机的性能系数也有大幅度的提高,其效率变为:
由式(1),式(2)可以看出,当制冷机采用高温冷冻水后,工作效率大大提高。
余热消除末端装置可以采用辐射板、干式风机盘管等多种形式,由于供水的温度高于室内空气的露点温度,因而不存在结露的危险。处理潜热的系统,同时承担去除室内CO2,异味,以保证室内空气质量。此系统由新风处理机组、送风末端装置组成,采用新风作为能量输送的媒介。在处理潜热的系统中,由于不需要处理温度,因而湿度的处理可能有新的节能高效方法。
5 结语
空调系统采用温湿度非耦合的控制方法,可以减少能量消耗,改善室内空气质量,提高人居舒适度,是一种使用前景广阔的新的空调控制形式。
摘要：针对温湿度耦合控制空调系统存在能耗大、设备工作效率低等问题,提出了对空调系统采用温湿度非耦合控制的方法,以提高空调系统的效率,降低空调系统的能耗。
关键词：非耦合控制,能耗,节能,空调系统
参考文献
[1]刘晓华,江亿.温湿度独立控制空调系统[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.
[2]钱以明.高层建筑空调与节能[M].上海:同济大学出版社,1998.
[3]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.
[4]Busweiler U.Air2conditioning with a combination of radiantcooling,displacement ventilation and desiccantcooling[J].In:ASHRAE Trans,1993,99(2):503-509.
[5]江亿,李震,陈晓阳,等.溶液式空调及其应用[J].暖通空调,2004,34(11):88-97.
空调系统的节能控制 篇10
1 土壤源热泵系统
1-2-3-4-5-地埋管循环泵6-空调系统循环泵7-空调土壤源热泵系统由三个循环组成:地埋
土壤源热泵系统由三个循环组成:地埋管换热循环系统、制冷剂循环系统和空调循环水系统。土壤热泵系统示意图如图1所示。土壤源热泵系统分夏季工况和冬季工况。夏季, 土壤换热器循环系统与冷凝器换热, 空调循环水系统与蒸发器换热;冬季土壤换热器与蒸发器换热, 空调循环水系统与冷凝器换热;蒸发器和冷凝器通过制冷剂循环系统换热。
土壤源热泵系统运行调节方向
在土壤源热泵系统中, 压缩机和循环泵是主要的耗能部件。因此, 其运行调节控制从压缩机和循环泵入手。对于压缩机, 不同的压缩机形式有不同的调节控制方法, 如多缸活塞式采用卸载法调节;涡旋式、螺杆式的变频压缩机可采用调频器调节, 具体过程参考空调制冷技术。下面重点介绍了循环泵的调节和控制。
2 土壤源热泵系统循环泵的流量调节和控制策略
土壤源热泵系统中对循环泵的流量调节和控制策略, 是土壤源热泵空调系统运行节能的有效途径之一。随着空调控制和变频技术的发展, 在空调系统中的优势越来越凸显出来。
2.1 泵的运行特性
泵的转速N, 扬程H, 流量Q, 功率P之间的关系为[2]:
由上式可见流量和扬程关系为, 较小的流量变化将引起较大的能量消耗。如当流量变为原来流量的一半即时, 功率。可见, 采用泵的变频调节可以大大降低泵的能耗, 从而减低系统的运行能耗。
2.2 泵的流量调节方法
从调节特征上, 土壤源热泵循环泵 (包括地埋管换热循环泵和空调系统循环泵) 的流量调节一般分为两种:定流量调节和变流量调节。定流量调节中的水流量不变, 通过改变循环水的供回水温度来适应负荷的变化。变流量调节中则通过调节循环水的流量来适应负荷的变化, 水的供回水温度基本不变[1]。
2.3 泵的流量调节控制策略
在土壤源热泵机房制冷系统中加一变流量控制系统。其系统主要由PLC控制器及变频器组成。空调系统管路及控制系统如图2所示。变流量系统采用温差控制为主的控制方式, 其示意图如图3所示。控制器采用可编程逻辑控制器PLC。通过PLC实时采集冷冻水供回水温度、冷冻水出水压力、冷冻水出水流量、最不利于末端供水压力、室外温度等模拟量, 经过相应运算控制变频器的输出频率, 调节水泵的转速。
3 案例计算
下面是北京地区某酒店土壤源热泵系统循环泵的两种流量调节与控制方式的比较。此酒店的空调设计负荷650kW。机组为伊美柯中央空调AWWSH800 2台, 每台制冷量为344 kW, 输入功率84 kW。空调系统循环泵型号为65-60-160 3台, 2用1备, 流量30m3/h, 扬程30m, 功率3.83kW;地埋管循环泵为80-65-160A 3台, 2用1备, 流量60.扬程20, 功率4.8 kW。
3.1 流量调节和控制方案
定水量流量控制和调节;方案二, 变水量流量调节, 空调系统循环泵和地埋管换热循环泵中分别配置一台变频器。当空调负荷小于设计负荷一半, 启动变频泵;当空调负荷为一半, 变频泵工况变为工频工况运行;当空调负荷大于设计负荷的1/2时, 两台泵同时运行, 一台处于额定工况运行, 另一台处于变频工况运行。
3.2 控制方案的经济分析
对两种控制方案进行年运行费用的计算和比较。方案一:定水量流量控制和调节循环泵的年运行费用为:
式中的M代表定水量流量控制和调节泵的年运行费用;d代表地埋管系统循环泵;q代表空调系统循环泵;P代表循环泵的额定功率;n代表运行台数;t代表运行时间。
方案二:变水量流量调节和控制循环泵的年运行费用为:
M1=M1Á+M1Â=pÁnÁhÁÁaÁtÁ+pÂnÂhÂÁaÂtÂ
式中的M1代表变水量流量调节和控制泵的年运行费用;1代表采用了变频技术;P代表循环泵的额定功率;n代表系统循环泵的运行台数;η代表负荷率;α代表时间频数;t代表循环泵的变频运行时间;η、α的具体计算参数参考表1。
经计算方案一的年运行费用为M= (3.83+4.8) ×2×3600×3000=186408000kW;方案二的年运行费用M1=13842226kW, 空调系统循环泵的运行费用结果详见表2;地埋管换热循环泵的运行费用详见表3。可见, 采用变频方案后, 每年可节约泵的功率M-M1=172565774kW。折算为电费, 每度电0.8元计算, 每年可节约电费:38347.9元。
4 结语
通过分析了土壤源热泵系统的运行和运行控制策略。对循环泵实行变频调节可降低系统能耗。通过北京某酒店的具体实例计算分析, 算出采用变频调节与控制后每年可节约运行费3.8万元, 指出对土壤源热泵系统的循环泵实行变频调节和控制是一种有效的节能降耗措施。
摘要：本文介绍了土壤源热泵系统的组成和节能优点。指出压缩机和循环泵是主要的调节控制对象。叙述了循环泵的调节方法和控制策略, 给出了计算实例, 指出采用变频调节后, 每年仅循环泵可节约运行费3.84万元。
关键词：土壤源热泵,循环泵,流量控制与调节
参考文献
[1]严启森, 石文星, 田长青.空气调节用制冷技术[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.
[2]付祥钊.流体输配管网[M].北京:中国建筑工业出版社, 2005.
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