基于提高中央空调整体cop值的节能控制系统设计.docVIP

基于提高中央空调整体cop值的节能控制系统设计 核心提示：摘要：考量中央空调能效最重要参数就是中央空调整体cop值，本文重点描述了采用复杂非线性控制系统实现中央空调整体cop值的提高， 摘要：考量中央空调能效最重要参数就是中央空调整体cop值，本文重点描述了采用复杂非线性控制系统实现中央空调整体cop值的提高，来实现整体中央空调节能高效的提升，替代了传统简单的PID线性节能控制盒传统的简单局部设备的节能控制，使中央空调的节能控制翻开了新的篇章。 前言 现代建筑能耗中，中央空调的能耗所占总建筑能耗的比例非常大，约占总能耗的50%---70%，而对于中央空调系统，冷热源的设备能耗又占中央空调总能耗的70%左右。中央空调冷热源的设备能耗分为三部分： 1、制造冷热源的高耗能设备，例如制冷主机，锅炉等 2、输送冷热量的耗能设备，例如循环水泵 3、冷凝热量排放的耗能设备，例如冷却塔风机 所以如何应用先进的节能控制系统以及科学的管理手段在保证中央空调使用效果的情况下降低冷热源设备的能耗，在楼宇的节能降耗中显得尤为重要。 一、中央空调能耗浪费现象的原因分析 中央空调是一个非常庞大复杂的系统，在利用耗能设备做功的情况下，将冷（热）量从室内移到室外，不仅包含了气——冷冻水、冷冻水——制冷剂、制冷剂——冷却水以及冷却水——室外空气之间等多个热交换过程，还包含了制冷剂从气态到液态，液态到气态的两个不同相变的过程，在这些复杂的热交换和相变过程中，不可避免的存在着各种各样的不平衡现象，造成冷（热）量的极大浪费。 1、满负荷的超余量设计 中央空调在设计选型的过程中，设计师在计算负荷需求时考虑到最不利工况条件所配设备在满负荷的情况下增加一定的安全系数，一般在满负荷的参数基础上增加15%—20%的设计余量。根据美国空调制冷学会（ARI）统计中央空调运行每年满负荷的时间非常短，每年只有5%-10%的时间运行在满负荷状态，其余大部分时间都处于部分负荷状态下运行（表一），所以中央空调的能耗浪费现象是显而易见的。 负荷率（%） 75~100 50~75 25~50 25 占总运行时间的百分率（%） 10 50 30 10 表一中央空调每年运行时间和负荷率的关系 2、末端设备的参数运行失控 对于末端风机盘管和空调箱机组来说，管理者对其温度和湿度等参数的设置往往都难以控制，而空调的使用者往往在追求最大舒适度的情况下尽量调低（制冷季节）或调高（采暖季节）温控器的温度设置，根据冷热量测算，在温度设置相差1℃的情况下，可以造成该空间所供冷热量7%—10%浪费，所以如何结合先进的控制系统以及科学的管理措施实现末端设备参数的有效控制对于中央空调的节能来说非常重要。 3、区域冷（热）量不平衡 对于末端多区域供冷（热）的空调系统来说，由于各区域之间的阻力特性及负荷需求存在不同，所以在实际的运行中可能就存在着某些区域的冷（热）量过剩，而某些区域的冷（热）量不够的现象，此现象可以从各区域的供回水管的监测温差反映出来，温差大说明冷（热）量需求较大，温差小的说明冷（热）量需求较小，存在着“大流量，小温差”的浪费现象，所以如何解决好各区域的冷（热）量平衡对于整体中央空调的cop值有着非常大的作用。 4、供需冷（热）量的失衡 在中央空调实际运行中，往往存在着冷冻水泵循环侧和末端冷冻水循环侧冷（热）量的供需不平衡，在末端变负荷的情况下，水泵循环侧的流量大部分通过旁通管路又回到制冷主机侧，造成极大的浪费。 5、水泵的抵效运行 根据图一，水泵的性能曲线决定了水泵的运行效率最高点集中在水泵的部分负荷区，水泵的低效运行会造成水泵在同等流量输出的情况下能耗的上升，从而造成水泵能耗的浪费。 ? 6、冷却温度的偏离 根据EnergyPLus软件模拟的制冷主机性能曲线，可以拟合出制冷主机的最大制冷量与冷冻水和冷却水出水温度的关系： Q0=a+b(T1)+C(T1)2+d(T2)+e(T2)2+f(T1)(T2) Cop=Q0/W=【a+b(T1)+C(T1)2+d(T2)+e(T2)2+f(T1)(T2)】/W (Q0:制冷主机的最大制冷量，T1冷冻水出水温度，T2冷却水出水温度，W：制冷主机功耗，a、b、c、d、e、f:拟合系数) 从以上关系可以得出制冷主机cop值和冷冻水温度及冷却水温度都有关系，当T1下降时，蒸发温度和蒸发压力也会下降，如果冷凝温度T2和冷凝压力保持不变，这样会造成压缩机压力比上升，从而造成压缩机功耗上升，cop下降。 很明显，制冷主机在一定的负荷率范围及一定的室外温湿度情况下，制冷主机冷凝侧温度的上升会造成制冷主机冷凝压力的上升，这样会造成在一定的制冷剂流量下，制冷主机的功耗上升，制冷主机cop下降，但是在制冷主机一定的负荷率范围及一定的室外温湿度情况下，冷却水温度如果低于某一温度时