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中央空调系统的集成优化节能控制技术摘要：间接制冷式中央空调系统是一个由多个传热环节串联构成的复杂系统，本文分析了间接式中央空调系统各构成环节间的关联性和负荷的时变性，针对性地提出了中央空调系统整合节能和动态优化理念，并介绍了可实现中央空调系统整合节能和动态优化的一种新型节能控制产品——“中央空调集成优化智能控制系统”的构成和工作原理。关键词：中央空调?关联性?时变性?整合节能?动态优化?集成优化引言据统计，我国大型公共建筑建筑面积只有城镇建筑总量的4%，但却消耗了建筑能耗总量的22%，无疑是建筑能源消耗的高密度领域。因此，财政部、住房城乡建设部（财建 [2011] 207号文）《关于进一步推进公共建筑节能工作的通知》中要求：建立健全针对公共建筑特别是大型公共建筑的节能监管体系建设，通过能耗统计、能源审计及能耗动态监测等手段，实现公共建筑能耗的可计量、可监测。争取在“十二五”期间，实现公共建筑单位面积能耗下降10％，其中大型公共建筑能耗降低15%。大型公共建筑种类众多，不同类型的大型公共建筑耗能特点也各不相同，但相同的是中央空调的能耗都占了其中很大的比例。因此，大型公共建筑的节能无一例外都是把中央空调节能摆在首位。多年来，我国的中央空调节能技术和产品得到了快速的发展，为降低我国居高不下的建筑能耗做出了有益的贡献。然而，不尽人意的是这些节能产品和技术大都只控制能耗较大的冷源设备，更有甚者是只关注容易实施的循环水泵节能，而忽略了中央空调系统的整体节能，市场上缺乏系统性、全局性的整合节能技术和产品。经过十多年在中央空调节能技术领域内的不断探索、研究、实践、改进和创新，我们经历了从冷冻水泵节能、冷却水泵节能、冷却塔风机节能、制冷机组节能到空调末端设备（空气处理机组、新风机组、风机盘管等）节能的全过程，逐步实现了从冷源制冷设备到末端用冷设备的整合节能，实现了从空调水系统到风系统的整合节能，自创了中央空调系统运行过程的集成分析与动态优化控制算法模型（简称集成优化算法），研制出了中央空调集成优化节能控制技术和产品，在中央空调节能技术领域实现了新的飞跃。一、中央空调系统各构成环节间的关联性间接制冷式中央空调系统主要由热交换器和流体机械构成。热交换器是高、低温流体之间进行热量交换和传递的重要设备，包括末端设备中的冷却盘管，制冷机组中的蒸发器和冷凝器，以及排放空调废热的冷却塔。流体机械是推动工作流体循环的动力源。中央空调系统有五种流体机械——末端设备中的风机、冷冻循环水泵、制冷压缩机、冷却循环水泵和冷却塔风机，它们是流体的输送设备。中央空调制冷属于人工制冷，是将空调冷负荷（即热量）从室内转移到室外去的逆向传热过程。这个过程由多个相互关联的传热环节串联构成，这些环节包括室内空气循环、冷冻水循环、制冷机组中的制冷剂循环、冷却水循环和室外空气循环等五个流体循环和末端设备、蒸发器、冷凝器、冷却塔等四种换热器中的换热过程。可见，空调制冷过程的流体循环不仅涉及到具有相变过程的制冷剂循环，还涉及到传热、传质的水循环和空气循环；而热交换过程涉及到多种介质、多种温差之间传热，包括室内空气与冷冻水、冷冻水与制冷剂、制冷剂与冷却水、冷却水与室外空气之间的传热。正是这些流体介质的循环及其传热，才构成了一个完整的可持续的“热量逆向转移”流程，实现了建筑物内空气环境的人工制冷和除湿。中央空调逆向传热的工作流程如图1所示。??? 图1 中央空调逆向传热的工作流程可以看出，在中央空调制冷过程中，建筑物内部的热量（冷负荷）只有依次通过图1所示的五个循环和四个换热过程，才能被排放到室外大气中去。中央空调这些循环和换热过程依次衔接，既相对独立，又相互依存，构成强烈的关联性和耦合性。其中每一个环节都是不可或缺的重要组成部分，任何一个环节的中断都将导致中央空调系统制冷功能的丧失。任何一个环节运行的不协调都可能引起系统制冷性能的下降，造成系统运行效率降低和运行能耗增加。二、中央空调系统负荷的时变性中央空调系统运行的目的是要制造满足人们生活和生产需要的人工室内空气环境。而建筑物室内的空气环境，一般要受到建筑物内部和外部两个方面的干扰。建筑物内部的干扰来自于内部各种生产工艺设备、电气设备、照明设备、人体等所产生的热、湿量。建筑物外部的干扰则来自于由于太阳辐射进入的热量和室内外空气温差经围护结构传入的热量。在这些干扰因素中，有些是稳定的，不随时间而变化；有些是不稳定的，是随时间而变化的。在空调系统中，不稳定的干扰因素会造成空调负荷发生变化。影响空调负荷变化的不稳定因素主要有两个，一是建筑物外部的气象因素，如室外空气温度、空气湿度、太阳辐射强度和风速等；二是建筑物内部的人流量，如大型商场、宾馆饭店、机场、车站、影剧院、各类场馆等公共场所的人流量变化。众所周知，随着地球的转动、昼夜的循环和季节的更替，