中央空調系統的自動控制設計和節能思路探討

段連濤 李竹然

摘 要：在我國建筑體系中，中央空調系統的能耗量較大，通過數據調查分析發現，該系統的能耗約占整個建筑能耗總量的40%，甚至部分建筑可以達到70%，因此如何切實降低中央空調系統能源消耗量成為了社會研究的主要問題之一。過去，在中央空調系統設計過程中，負荷估算法是常用的方法，但是這種方法在計算中是以整個建筑最大的負荷量為計算基數的，且設計的系統在運行過程中不能夠根據環境的實際情況進行調節，進而導致中央空調系統能耗高，而中央空調系統自動化控制功能的實現，一方面可以為建筑使用者提供一個高效、合理和舒適的辦公環境，另一方面也降低了空調系統的能耗水平，進而節省管理成本，提高了經濟效益。為了更加全面的了解建筑中央空調系統的自動控制設計以及節能方式，文章將結合筆者自身的工作經驗，對此進行詳細的探討，以供今后參考使用。

關鍵詞：中央空調系統；自動控制；節能；能耗

中圖分類號：TU201.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）32-0011-02

1 前 言

這些年，隨著中央空調系統在社會生產和生活應用領域的不斷擴大，如何降低中央空調系統能耗量成為了當下社會研究的熱點問題之一，因而許多的公司和學者等都加大了對空調節能技術的研究力度，例如在20世紀70年代開始，研究學者就對中央空調水系統節能控制技術進行了研究，但是這一時期受到技術等條件的限制，導致研究成果并不理想，與預期的節能目標還存在著一定的距離。而我國中央空調的發展與國外相比較為落后，同時我國的節能控制技術研究方向與國外也存在著一定的差異。例如暖通系統研究人員在進行節能控制技術研究過程中比較注重優化空調系統運行以及設置冷機組和水泵數量方面，對具體的控制效果和系統運行的性能等沒有給予高度的重視，最終導致節能效果差強人意。

2 中央空調自控系統基本構成以及中央控制系統 配置基本原則

首先，中央站計算機應當使用Intel180386及以上處理器的電腦，且在條件允許的情況下可以使用奔騰II微處理機或者是相同類型及以上機型，內存32 M，硬盤2.5 G，增強型鍵盤104，高分辨率的顯示器，且具有兩個串行和一個并行口，彩色打印機一臺。

其次，操作站的基礎平臺建設可以使用Microsoft Windows軟件或者是相兼容的程序，利用實時圖形監控操作軟件來對系統中空調設備的運行情況及數據變化等進行圖形化的顯示以及打印，以便操作人員及時掌握設備的運行情況，另外基礎平臺建設應當采用TCP/IP協議，同時數據庫還應當具備一定的開放性，為設備監控實現集中化提供基礎，并且數據庫還應當與系統規模相符，以便系統運行的穩定性。

最后，在進行系統構成設計的過程中，必須滿足建筑空調自控系統的安全使用標準，同時還應當具備自行診斷異常故障的功能，并提供相應的報警信號服務功能，為空調系統的使用和維護提供便捷。設計人員在進行設計過程中，應當堅持“危險分散”的設計思路，盡量縮減故障發生后的波及范圍，例如中央操作站發生故障后，不會對控制器造成影響，且空調系統的運行也不會受到破壞。

另外，設計人員還應當注重系統的擴展性，以為今后系統優化提供基礎，同時設計中還應當盡可能的降低投資成本，提高系統設計的經濟效益。

3 中央空調系統自動化控制設計結構特點和節能技 術要求

3.1 空調冷熱源自控系統分析

冷熱源主機系統從出廠就帶有以微處理器為關鍵的單元控制器，且利用該控制器可以對蒸發器以及冷凝器等設備進出口溫度進行監測，同時也可以提供水流開關狀態、壓縮機進出口氣壓力值和溫度值，并根據系統設定參數來對壓縮機容量調節閥等進行調節。但是在實際的應用過程中，受到無標準通訊協議條件的限制，使得不同廠家產品無法完成通訊，因此在設計過程中還應當安設水管溫度傳感器等來對主機工作情況進行實時的檢測。

目前在中央空調系統中，為了提高系統的節能效果，自控系統應當對自帶CPU設備進行控制，且這些設備應當同時參與到系統運行中去，而為了實現這一目標，主機（冷、熱）的啟停操作應當能夠被設在制冷機房控制器的控制，同時該控制器還可以對機組運行情況、異常故障以及供回水溫度和流量等進行監測，而這時系統主機計算機就可以利用這些監測數據計算出建筑實際冷負荷，并最終確定冷水機組的開啟數量，實現節能目標。

就目前技術水平來說，空調冷水機組節能邏輯控制思路主要有兩種形式。

第一，以冷凍水回水溫度來對開啟機組臺數進行控制，如圖1所示；

第二，以主機運行信號和故障報警信號為參考對冷熱主機進行信號反饋調節，如圖2所示。

另外從節能方面考慮，建筑中央空調控制系統在符合室內溫度要求的前提下，應當可以通過對室外溫濕度的變化來自動對室內全年室內的溫濕度設定參數值進行調整。

3.2 空調能量輸送部分自控分析

在對中央空調系統進行節能自控設計的過程中，空調能量輸送部分也是其中的一個重點，而這部分主要包括空調冷凍泵、熱水泵、冷卻水泵及輸送管道部分等。

首先空調冷卻水系統主要是利用冷卻塔和冷卻水泵及其管道系統等將冷卻水輸送至制冷機中，其監控系統的功能是對冷卻塔風機、冷卻水泵等運行情況進行監測，以保障制冷機組冷凝器側通過的冷卻水量充足，同時該系統還可以通過對室外溫濕度的變化以及建筑冷負荷情況等對冷卻水的運行速度進行調節，以使冷卻水溫度在設定溫度范圍之內。因此設計人員在進行這部分自控系統設計的過程中可以利用現場控制器實現對冷卻塔風機啟停狀態、運行情況的檢測、以及水路電動閥開閉狀態等的控制，而其中冷卻塔風機啟動臺數則是綜合了冷凍機和冷卻泵開啟臺數、室外溫濕度等情況，并通過系統主機參數計算進行確定的。

其次，冷凍水系統自控功能是使蒸發器運行正常，避免由于通過水量不足所導致的蒸發器被凍壞情況的發生，同時利用該系統還可以降低循環泵的電耗量，節省系統運行成本。因此在對能量輸送部分自控系統進行設計的過程中應當注意以下幾點。

第一，通過提高冷熱水的供回水溫差，降低水流量、輸送動力以及送風流量；

第二，通過利用變風量以及變流量末端自動控制來降低水泵、冷水機組以及風機的電能消耗；第三，加大對空調供水各個環節的控制力度，以空調運行需要為基礎來對水流量進行控制，進而在保障設備正常運行的基礎上提高節能效果。

3.3 空調新風機系統自控系統分析

在整個中央空調冷熱負荷中，新風量占有比重比較大，因此在自控系統設計過程中對新風自動化和節能控制部分也應當給予一定的考慮，而為了實現對新風的自控，空調系統現場控制器部分應當具備以下功能。

首先，具備對新風機啟停狀態的定時控制。一般情況下，時間控制可以以年、月、日、時、分等為時段進行參數設置，且每天最小應當設定三個啟停時段控制程序；

其次，當監測到新風機運行出現故障時，可以及時的發出報警信號，同時重新設定風機出口溫濕度參數值，并使其滿足控制標準。

另外一旦檢測相互新風過濾器兩端壓差超過要求值后，會發出過濾網堵塞報警信號，同時中控室也會有出現報警信號；再次在冬季，一旦熱盤管的溫度小于設定參數值后，自控系統應當立即啟動防凍保護程序，使風機停止運行，關閉新風風門，開啟熱水閥等。

最后，為了進一步提高節能控制水平，設計過程中還可以通過改變新風回風比來對供暖供冷進行控制，例如冬夏季使用最小新風量，過渡季節使用全新風來量，而在預熱預冷過程中關閉新風量使用。

3.4 風機管盤監測自控控制分析

現階段，在中央空調系統控制中，風機盤管直接控制系統的應用運行成本較高，因此在實際應用中該系統應用比較少，但是從節能方面分析，監控系統的應用是必不可少的。而為了實現節能目標可以通過利用溫控器和二通電動調節閥來對溫度和風速進行控制，而在對風機盤管電源控制中可以以樓層、用途以及作用時間等為參考進行分別控制。

另外，還可以在現場設置手動啟?？刂?，而在時間控制方面可以以年、月、周、日等為基礎進行分別設置。

4 結 語

綜上所述，在現代化通訊技術、計算機技術以及網絡技術快速發展的今天，中央空調系統的自動控制和節能性能也在不斷的提高，尤其是一些先進自控技術的應用，一方面提高了能源的利用效率，另一方面也優化了空調系統的運行性能，為用戶提供了更加舒適和人性化的辦公環境，因此在今后空調系統的設計中，設計人員應當加大對一些先進技術的研究和應用力度，以有效推動空調自控和節能系統的建設進程。

參考文獻：

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