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中心空調節(jié)能控制的應用?
【學員問題】中心空調節(jié)能控制的應用?
【解答】1、當前空調系統(tǒng)設計中的節(jié)能措施
1.1 采用樓宇設備自動控制技術對空調末端裝置進行控制
在智能建筑中通常采用樓宇設備自控系統(tǒng),對中心空調系統(tǒng)末真?zhèn)€新風機、回風機、變風量風機、風機盤管等裝置進行狀態(tài)監(jiān)視和使用的“精細化”控制,以實現(xiàn)節(jié)能的目的。它通過DDC(直接數(shù)字控制器)控制器,將檢測的相關量值進行PID(比例、積分、微分)運算,實現(xiàn)對上述設備的PID控制,達到一定的節(jié)能效果。這種對空調末端設備的控制可節(jié)能10%-15%,由于不能實現(xiàn)對空調制冷站及空調水系統(tǒng)的智能控制,因此,節(jié)能效果不明顯。
空調末端設備的控制采用樓宇自動化系統(tǒng)(BAS),這些設備的主要特性均實現(xiàn)了對空調末端設備的節(jié)能自動控制,并為動態(tài)變流量空調節(jié)能控制系統(tǒng)的運行創(chuàng)造了更為良好的外部條件。
1.2 采用通用變頻器對中心空調系統(tǒng)中的水泵和風機進行控制
為降低中心空調系統(tǒng)的能源浪費,宜采用通用變頻器來控制空調系統(tǒng)的水泵和風機,通過對供、回水壓差或溫差的采集,對水泵和風機進行PID調節(jié),以達到節(jié)能效果。這種控制方法通??梢怨?jié)約水泵和風機等電機拖動系統(tǒng)的電能約20%,最高可達30%.
2、動態(tài)變流量空調節(jié)能控制系統(tǒng)
2.1 動態(tài)變流量控制原理
當空調負荷發(fā)生變化時,通過采集一組參數(shù)值經(jīng)模糊運算,及時調節(jié)冷水機組、各水泵和冷卻塔風機的運行工作參數(shù),從而改變冷水機組工作狀態(tài)、冷凍(溫)水和冷卻水流量,改變冷卻塔風機的風量,確保冷水機組始終工作在效率最佳狀態(tài),使供回水溫度始終處于設定值,從而使主機始終處于高轉換效率的最佳運行工況。
動態(tài)變流量控制的核心是變流量控制器,在控制器中建立了知識庫、模糊控制模型和模糊運算規(guī)則,形成智能模糊控制。通過采集影響冷水機組運行的各種參數(shù),經(jīng)模糊運算,得出相應的控制參數(shù),這些控制參數(shù)被送到冷水機組、冷凍(溫)水控制子系統(tǒng)、冷卻水控制子系統(tǒng)、冷卻塔風機控制子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)根據(jù)控制參數(shù)的 變化,利用現(xiàn)代變頻控制技術,改變空調系統(tǒng)循環(huán)水的流量和溫度,以保證整個系統(tǒng)在滿負荷和部分負荷情況下,均處于最佳工作狀態(tài),從而終極達到綜合節(jié)能的目的。
2.2 動態(tài)變流量節(jié)能控制方法
2.2.1 變流量冷卻水泵系統(tǒng)
當末端空調負荷減少時,反映到冷水機組將出現(xiàn)冷卻水出水溫度降低的現(xiàn)向,溫度傳感器檢測出這種變化趨勢后,模糊控制系統(tǒng)將自動降低冷卻水泵的工作頻率,降低冷卻水進水流量,進步冷卻水出水溫度,并使進、出水溫差控制在最佳設定值上,維持冷水機組的高效率運行。
2.2.2 一次泵變流量系統(tǒng)
當末端空調負荷變小時,末端空調設備前的兩通閥將會封閉或減小,負荷側回路管路的阻力增大,冷凍水供、回水溫差將出現(xiàn)減小,供回水管的壓差將出現(xiàn)增高的趨勢。水溫傳感器及水流壓差器檢測出這種趨勢后,模糊控制系統(tǒng)將自動降低冷凍水泵的工作頻率,減少冷凍水流量,并使供回水溫差及供回水壓差控制在最佳設定值 上,維持冷水機組的高效率運行。
2.2.3 二次泵變流量設計
二次泵變流量系統(tǒng)分為一級泵變流量系統(tǒng)和二級泵變流量系統(tǒng)。其控制原理及效果與一次泵變流量大致相同(在這里不再逐一贅述)。而一級泵系統(tǒng)負責確保冷水機組的安全運行,一級泵系統(tǒng)的旁通管路一般設計為直通管,管徑按一臺冷水機組額定流量設計。一次泵變流量系統(tǒng)跟蹤二級泵環(huán)路的流量變化,并保證一級泵環(huán)路的流量大于二級泵環(huán)路的流量,使旁通冷凍水管保持從供水管流向回水總管。當旁通管的流量超出設定值的范圍時,變流量控制器將模糊PID調節(jié)一級泵的工作頻率,使旁通管的流量返回設定值。
3、動態(tài)變流量節(jié)能控制系統(tǒng)與目前通用變頻器控制系統(tǒng)的區(qū)別
3.1 控制原理不同
通用變頻器控制是采用通用變頻器對受控的水泵電機、風機電機進行單獨的控制。當其控制系統(tǒng)檢測到某一受控量值時,就按這個量值與給定值之間的誤差進行比例(P)、積分(1)和微分(D)之間的線性組合進行控制,即PID控制。這種控制方法只適合于線性系統(tǒng)中,并對單一控制對象實施控制。
動態(tài)變流量節(jié)能控制系統(tǒng)是采用模糊控制技術與變頻技術相結合的控制原理,固然也使用了通用變頻器(VVVF),但它不是采用PID控制方式,而是采用模糊控制方法。也就是在整個系統(tǒng)控制過程中,以語言描述人類知識,并把它表示成模糊規(guī)則或關系,通過推理、利用知識庫,把某些知識與過程狀態(tài)結合起來的控制行為。它并不具有明顯的PID結構,但也可以稱為非線性PID控制器,它是根據(jù)系統(tǒng)的誤差信號和誤差的微分或差分來決定控制器的參數(shù),尤其適合非線性和時變性的被控對象。
3.2 控制方法的不同
中心空調系統(tǒng)的受控參數(shù)受季節(jié)變化、環(huán)境變化、使用時間、人流量等多種因素的綜合影響,是一個隨機變量,而不是一個線性系統(tǒng),只是一個非線性系統(tǒng)。因此,決定中心空調系統(tǒng)冷凍(溫)水流量和溫度、冷卻水流量和溫度的需求量也是一個隨機變量。
通用變頻器所采用的最重要的控制參數(shù),如比例系數(shù)K、積分時間常數(shù)T1和微分時間常數(shù)Td都是使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)或試驗數(shù)據(jù)確定的,一旦選定就不能自動調節(jié)。因此,PID控制系統(tǒng)只適合于線性系統(tǒng),對于非線性系統(tǒng)不可能達到最佳控制,即選用比例系數(shù)和時間常數(shù)后,采用同一種控制方法對付各種不同的負荷狀態(tài),效果當然是不理想的。
模糊控制系統(tǒng)本來就不要求正確把握受控量的數(shù)值,但是它已經(jīng)考慮了受控量的各種可能性,跟蹤受控參數(shù)的變化,始終使被控系統(tǒng)處于最佳運行狀態(tài),對于各種非線性系統(tǒng)和時變性系統(tǒng)都能提供最佳的決策。
3.3 控制效果的不同
通用變頻器用PID控制方法,控制非線性系統(tǒng)時,很輕易引起中心空調系統(tǒng)的強烈振蕩,使控制范圍在較大范圍內波動,增加了系統(tǒng)的能耗,也很輕易使系統(tǒng)長時間都不能達到給定值的穩(wěn)定狀態(tài),控制效果不理想,對于主機所配套的冷凍水泵和冷卻水泵以及冷卻塔風機等設備的節(jié)能最多在20%-30%之間。因其采取了保障冷水機組工作狀態(tài)的措施,不可能節(jié)約燃料和主機電能。當然,也不能實現(xiàn)資源共享和無人值守治理。
而動態(tài)變流量節(jié)能控制系統(tǒng)由于建立了優(yōu)化模糊控制模型,對于中心空調系統(tǒng)可能出現(xiàn)的題目都給出充分的估計,因此,在計算中存儲的總決策表能提供最佳的控制方案,系統(tǒng)穩(wěn)定性好,極少出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象,系統(tǒng)很快就能達到穩(wěn)態(tài)。可采用正確調節(jié)流量的方法往實現(xiàn)節(jié)能,水泵以及冷卻塔等均勻節(jié)能達60%-80%.由于采取了特殊措施保障中心空調主機的高轉換效率,機組COP值始終處于最佳值,因此對于吸收式溴化鋰機組可節(jié)約燃料20%-40%,對于電制冷主機可節(jié)電10%-30%.
動態(tài)變流量控制用具有強大的節(jié)能功能,在系統(tǒng)設計時就進行了系統(tǒng)集成,實現(xiàn)了各子系統(tǒng)的聯(lián)動和互操縱,達到了資源的共享的目的。由于自動功能非常強大,從而實現(xiàn)了無人值守治理和聯(lián)網(wǎng)治理等,節(jié)省了人力、物力。這些都是通用變頻控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)的。
4、在工程中應用的節(jié)能效果動
態(tài)變流量空調節(jié)能控制系統(tǒng)分別在貴州華城大酒店、貴州日報社、上海新錦江大酒店和成都國際會展中心等實際運行考核,驗證了動態(tài)變流量空調節(jié)能控制系統(tǒng)的節(jié)能效果。實踐證實:變流量中心空調系統(tǒng)與定流量中心空調系統(tǒng)相比較,水泵以及冷卻塔等均勻節(jié)能達60%-80%;對于吸收式溴化鋰機組可節(jié)約燃料20%-40%;對于電制冷主機可節(jié)電10%-30%.基于動態(tài)變流量空調節(jié)能控制系統(tǒng)的節(jié)能效果,筆者在重慶市第二人民醫(yī)院住院綜合大樓(建筑面積29000㎡,采用電制冷主機)和第三軍醫(yī)大學圖書綜合樓(建筑面積36000㎡,采用吸收式溴化鋰機組)設計中采用了動態(tài)變流量空調節(jié)能控制系統(tǒng),預計每項工程每年節(jié)約中心空調總運行用度達50-80萬元。
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