空调系统的节能控制(共7页).doc

《空调系统的节能控制(共7页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《空调系统的节能控制(共7页).doc（7页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上JOURNAL OF QINGGAO UNIVERSITY ENGINEERING TECHNOLOGY EDITION1999年第14卷第4期Vol.14 No.4 1999空调系统的节能控制宋奋求宋裕农摘要：阐述了暖通空调系统的各种节能控制技术，提出了加强发展 能量管理技术的重要性。指出发展计算机集中监控系统是实现能量管理的关键。只有根据暖通空调工艺要求，结合实际需求，充分发挥计算机控制的优势，才能有效地改善系统运行品质，节省运行能耗，提高管理水平，取得良好的经济效益和社会效益。关键词：空调系统节能；节能控制中图分类号：TU831文献标识码：A 随着我国经济的发展

2、及人民生活水平的提高，建筑物的总能耗及按人口或面积的能耗也 随之逐年增长。然而，目前在暖通空调行业中还普遍存在着操作技术水平低，设备陈旧不适 应节能要求，管理落后和能源浪费等现象。为了使有限的能源发挥更大的经济效益，有必要 在暖通空调系统设计和改造项目上充分应用节能控制技术。根据一般办公楼能量使用分析， 暖通空调部分占整个办公楼能量消耗的50，照明占33，其他设备占17，而暖通 空调部分冷热源使用能量占40，输送系统占60。冷热源能耗取决于室内环境标准，空气处理方式及热利用效率；输送系统能耗取决于暖通空调方式、管理系统、输送设备性能、效率及工作方式等。因此，目前国外比较成熟的暖通空调系统节能控

3、制的功能装置有如下几种：室内温湿度设定值节能控制变风量节能控制动力设备的启停节能控制电力负荷控制输送系统的变流量和变速度控制1暖通空调系统的节能1.1室内参数的选定原则(1)一般原则在满足卫生或使用的条件下，供暖时设定温度越低，或供冷时设定温度越高越节能；在需要对室外新风进和热或冷却的季节，新风量越小越省能。(2)室内温度设定值该值随不同使用场合和设计标准而不同。以宾馆客房设定值为基本设定值，推荐为：冬季19、夏季27。对于百货大楼、电影院等公共建筑和标准比 较低的地方，冬季可考虑比基本值低13，夏季可提高1 左右。(3)最小新风量普通可按18m3/(h.人)设计，短暂停留的场所(2h左右)，

4、如音乐厅、电影院、百货大楼等，可按810m3/(h.人)设计。(4)相对湿度的设定值除特殊要求外，一般民用建筑和工业建筑均为：夏季不大于70 ，冬季不小于30。(5)非舒适性空调系统(车间、实验室)室风参数按工艺需要确定。但如果工艺要求的参 数值与基本值相差太大(温度差2，相对温度差10以上)时，应尽可能采用对工艺操作区局部送风排风系统，并少用或不用新风。1.2暖通空调系统暖通空调系统和控制系统的设计，应综合考虑以下因素，建筑结构类型、室外气象条件、室 内负荷大小和类型、设定值、使用特点和应用热回收的可能性等。基本原则是尽量减小由于 过冷、过热、过除湿、再热、混合、过余新风等原因造成的过余能量

5、。对于冷热负荷特性相差很大的使用区域，应考虑按负荷特性分区采用分散系统，即一个处理 系统只服务于有相同或近的冷、热负荷的地区。对使用时间不同的区域也应考虑分区。每一 个空调处理系统至少有一个温度调节装置，并有一个易于操作的开关，可手动或自动地调 节或关闭送到系统中的能量。在有冷却设备和加热设备的空气处理系统中，冷却设备和加热设备的运行应考虑有顺序的控 制和选择性控制，以免冷却和加热同时进行，产生冷热抵消。采用可变新风系统比固定新风系统更省能，尤其是有内区、全年有冷负荷系统，在经济运行 期内可用新风作冷源，大大节省能量。若系统较小(风量小于8 000 m3/h)，全年运 行时间短的系统，一般不用

6、可变新风系统。在可变新风系统中，除装有温度、湿度调节器外 ，还应装有季节工况自动识别和转换装置，并至少有三个工况，即冬季、过渡季和夏季工况 。冷热负荷变化较大的单区系统或冷热负荷差异较大的多区系统，采用变风量系统有明显的节 能效果。在单区变风量系统中，应调整合理的最大送风量，使系统在最大设计负荷时，风机 满负荷运行。在多区变风量系统中，应装有最优送风温度调节器，以满足各区冷负荷或热负 荷时，送风最大的区所需的最低送风温度(冷负荷时)或最高送风温度(热负荷时)。在双管系统中，应装有最优送风温度再设控制，以调整冷风管和热风管的风温为最优值，减 小混合损失。间歇运行的系统，应设有自动启停的控制装置。

7、该装置若采用最优时间控制器将获得显著的 节能效果。最优启动时间控制器可根据室外、室内条件和房间的热特性自动决定最短的起动 时间。周期性运行的系统，应设有特殊的控制装置，按系统运行周期的功能需要，自动改变 运行时间和设定值。在全年运行的空调系统中，采用多工况自动转换控制系统，可以按室内外条件合理选择设定 值，可以最大限度地利用新风或回风的能量，使空气处理的过余能量为零或接近为零，从而 节省能量。据初步计算，用多工况自动转换控制系统与一般淋水式定露点系统比较，全年热 量可节省5060，冷量可省1520。1.3热回收系统热回收系统是用热回收设备从排风中回收能量，用来加热或冷却新风，满足室内需要的热负

8、 荷或冷负荷的一种节能系统。在直流系统或其他排风量大的系统上应尽可能采用热回收系统 ，在该系统中一定要装有控制装置，根据室内、室外空气的干球温度或焓值，决定热回收系 统的运行工况，以取得最有效的能量回收。用热回收装置最大可节约7080的新风 耗能量。1.4送风和送水系统无论是风路系统还是水路系统，输送动力与流量和压力的乘积成正比，压力与流速平方成正 比，而流量与温差成反比(对同一输送能量而言)。因此，若温差加大到原来的二倍，则消 耗的输送动力只为原来的八分之一(在管径不变的情况下)。但送风温差和送水温差的加大 涉及到冷源和热源的运行状态，设备的结露、对气流分布和温度分布的影响等因素，所以必 须

9、综合分析，选取适当的数值。输送同样的能量时，输送水所需的动力要比输送空气所需的动力小，所以在远距离的情况下 ，应采用水-空气系统代替全空气系统。采用闭式回路的水系统比开式回路水系统消耗更少 的输送动力。风道或水管的阻力与流速的平方成正比，因此过大的流速会导致输送动力的剧增，应采用 较小的风速和水流速度。变流量的水系统比定流量变水温系统能节省输送能量，这时水泵可 用变速调节或参数控制。规模较大的空调系统，应采用多台冷冻设备和多台供水水泵，按负 荷变化进行台数控制。1.5大型建筑物的节能措施大型建筑物的供热、采暖、通风、空调系统，一般规模比较大，使用能量比较多，应采用带 有能量管理或节能控制的集中

10、监控系统，可获得省能、省力、安全运行和科学管理的综合技 术经济效益。一般空调面积为10 000 m2以上，空调系统在10个以上的建筑可考 虑采用集中监控系统。2空调设备及自动控制设备2.1冷热源设备要取得节能的效果，除了有节能的系统外，还要有高效能的动力设备和相应的控制设备。(1)必须使用效能比高的冷、热源设备和辅助设备，规定设备的最小性能系统值。(2)制冷设备的性能系数(cop)的定义为：cop=产冷量/制冷设备的总输入能量产冷量定义为制冷设备进出口水(或冷媒)的总热量差，总输入能量是设备所有主机及辅助 设备输入能量的总和，包括压缩机、内部循环泵、冷凝器用风机或冷却水泵等的用电量。(3)锅炉

11、的性能系数(cop)的定义为：cop=产热量/燃料的标准发热量(4)制冷设备的锅炉的性能系数，应根据我国技术发展的实际情况，取中等偏上的设备的 性能系数为标准值，随着技术水平的提高，应定期修改此值。2.2风机采用高效率的送风机、回风机和排风机。对于全空气系统，输送系统及所用的动力设备的效 率，可用空气输送系数的值来表示：空气输送系数(ATF)=排走的显热量/送、回风机输入功率。对于定风量系统ATF不小于4。2.3风门和水阀采用漏风量小的风门和漏水量小的水阀。全关时风阀的漏风量不得大于最大风量的7.5%；水阀的泄漏量不得大于5。2.4末端装置在使用末端装置的多区系统，每个区应设有设定值可调的的恒

12、温控制器，以保证每个区的温 度可按人们的需要调整。恒温器的设定值范围：用于供热时1324 ，供冷时21 29 ，同时用于供热和供冷控制时1329 ，但要有加热和冷却顺序控制的功能。 用于宾馆客房或公共场所时，恒温控制器的设定值应有锁紧的装置。3操作运行和维护管理操作运行和维护管理主要包括人员、能耗分析、传感器位置和及时检修。3.1操作管理人员操作人员和维修人员必须严格按照包括节能技术措施在内的设计要求进行操作和维修，不得 随意改变运行程序和拆改系统的设备。3.2全年能耗分析如果供热、采暖、通风、空调系统是按标准进行设计的，则设计人员可不作工程的全年能耗 分析。否则必须作出全部能耗分析，并与标准

13、设计作比较。只有当没有按标准设计的全年能 耗不超过按标准的设计时，才被认可。进行能耗比较时，要以同种能量之间进行比较。3.3传感器位置(1)传感器要安装在所测出的参数有代表性的地方，如温度传感器不要放在受辐射、不均 匀气流、不正常热传导或温度分层现象影响的地方。(2)要定期对仪表及传感器的精确度进行校核。温度设定值精度偏差1，将会多耗能5 10。3.4检修必须定期对供热、采暖、通风、空调系统的设备进行检查、保养和维修，以确保设备在设计 要求的性能状态下运转。下列各类设备必须分别定出检修内容和时间：(1)电机供电电压、电流，三相平衡状态，功率因素和绝缘性能等。(2)风机、水泵清理叶片、检查、轴承

14、和传动部分。(3)风机盘管、散热器等末端装置清扫各种热交换器的表面、检查风路系统是否畅道。 (4)空气处理设备检查过滤器阻力、水或气喷嘴、清扫热交换器表面。(5)风门、水阀检查全关时的漏风量和漏水量、最小风(水)量、最大风(水)量。(6)各种控制仪表及执行器除了检查单机工作是否正常外，还要检查仪表有执行器是否 按设计的逻辑关系正常工作，尤其是全年季节自动转换系统和多工况节能系统，更要重视这 一点。4 自动控制系统4.1暖通空调计算机控制系统暖通空调计算机控制系统概括起来分为三类，第一类是不具备通讯功能，不能根据具体要求 改写程序的控制器。第二类是具备通讯功能，控制可编写修改控制器并由此构成分布

15、控制系 统，这是目前在空调系统中应用最广泛的计算机控制系统。第三类是采用智能传感器、智能 执行器，用通讯网将它们及控制器连在一起的新型控制系统，这种系统把专用性和灵活性有 机的结合起来，是未来在空调系统中应用的发展方向。4.2最简单的计算机控制器4.2.1计算机监测控制系统计算机监测控制系统就是以计算机为核心部分的监测控制系 统。计算机监测控制系统又称DDC(Direct Digittial Control)系统，它对测量数据的 处理以及控制算法都是以数字计算为基础，通过软件实现的。 4.2.2单片计算机控制器单片计算机控制器由单片计算机、传感器与执行器和用户接口 三部分组成。单片机计算机控制

16、器与常规的双金属片或者相交液体式温控器相比，有以下特点：常规仪 表控制器是由各自独立的一对一的单回路控制或保护电路构成。而采用计算机控制器可全面 考虑被控对象的各种参数，对其进行统一、系统的控制、保护及管理。计算机控制器可通 过按键、显示灯等输入输出器件建立与使用者间的联系。4.3分布式计算机控制系统暖通空调领域一般可以由用户编程的计算机控制器构成计算机监测控制系统。图1是一个建筑物内采用分布式计处机系统控制管理各台空调机组及冷冻站的实例。其中K1K5是5台空调机的控制器，它们可与被控制的空调机组一起安装在各楼层。R1、R2分别控制热交换站和冷冻站，它们可安装在地下层的热交换站内。C为中央控制

17、机，安装在中央控制室。由一对双绞线可将这8台控制设备连在一起，构成数据通讯网，实现这8台计算机间的信息传递。控制每台空调机的控制器可测量该台空调机有关的送回风、新风 和房间空气的温湿度以及各风阀、水阀的开度，通过分析计算，发出命令控制调整各个阀门。所有这些湿湿度及开度的测量信息及控制命令又定时通过通讯网传递到中央控制机C，中央控制机C可将接受到各空调机、换热站和冷冻站送来的运和数在屏幕上显示，打印报表，或存贮在硬盘存贮器中供以后任何时间查询。中央控制机还可以根据要求，通过通讯网向 所连接的控制器发出命令，修改控制器内温湿度设定参数，或通过相应的控制器启停风机调 整阀门。这种分布式系统将许多台计

18、算机联合起来，共同承担监测与控制管理的工作，所连 接的每一台计算机既可独立进行监测和控制工作，又可以在中央控制机指导下工作，还可以与其他计算机协调交换信息，共同完成控制任务。由于所有的运行参数都可以在中央控制机上显示和控制，因此使用人员只需要操作中央控制机，在正常情况下不再需要直接操作通讯 网上的其他控制器，这样极大地方便了系统管理。4.4新型智能化控制系统数字通讯技术的不断完善，计算机设备硬件成本的不断降低及软件成本的不断升高，导致新 一代控制系统-智能传感器、智能执行器(smart sensor, smart actuator)的出现。智 能传感器是将单片机与传感器、变送器做在一起，直接通

19、过数字通讯方式发送所测出 的物理参数。智能执行则是将计算机与执行器的机械装置、驱动控制及保护装置做在一起，可使其直接接受以数字通讯方式发来的命令，同时还可将执行结果及故障状态以数字通讯 方式发出。采用这种智能装置，可 直接通过通讯网与控制器连接。控制器不再需要任何输入、输出接口，只需要与各智能传感 器、执行器通讯，与其他控制器通讯，并进行计算分析，以发送控制命令。图2为这种新型 控制系统示例。与一般的控制器相比，它的可靠性更高，系统组态更为灵活，控制器内的软 件容易编制和修改，系统安装调试也简单。图1采用分布式计算机系统控制管理的空调机组及冷冻站图2新型智能化控制系统作者简介：宋奋求，男，1959年生，工程师。1982年毕业于北京科技大学，目前从事暖通空调的生产与设计、安装调试工作。作者单位：宋奋求西湖装饰工程有限公司，杭州 宋裕农海军潜艇学院，青岛 2 66071参考文献1廖传善等.空调设备与系统节能控制M.中国建筑工业出版社，19 842江亿.暖通空调系统的计算机控制管理J.暖通空调，1997，27(4)收稿日期：1999-08-04专心-专注-专业