探究中央空调冷源系统变负荷运行控制机理与应用

探究中央空调冷源系统变负荷运行控制机理与应用

冯建习

冯建习

广东肇庆市万致明居房地产有限公司：526238

摘要：在大型公共建筑中，开展节能减排工作的关键环节就是对空调系统进行节能设置。空调系统的设计类型、运行方式以及负荷分布都会对其能耗产生决定性的影响，对中央空调冷源系统中的变负荷运行控制机理进行深入的研究，可以对其集中式的相关设计和运行理论基础进行优化，为此本文将对此进行详细的分析与研究，并对其具体的应用情况进行探讨，以便为建筑节能减排工作提供一些帮助。

关键词：中央空调；冷源系统；变负荷；运行控制

研究中央空调冷源系统变负荷运行控制机理主要是以其变流量的实际运行工程应用为根据的，在此过程中出现较弱的调节稳定性、较低的调节品质以及较差的节能效果等问题是一种必然现象[1]，以热力学角度出发，对管网运行的特性进行充分的考虑，并以此为基础对其运行机理进行研究，将理论基础和研究成果相结合对中央空调的优化智能控制系统进行开发[2]，并在实际的应用过程中来对研究成果进行有效的确认和验证。研究中央空调冷源系统变负荷运行控制机理需要从几个方面入手，下面将对此进行详细的分析。

一、中央空调中冷水机组运行控制的相关分析

（一）单台冷水机组

在单体冷水机组中，在蒸发过程中产生的传热过程主要由分别位于制冷剂侧、冷冻水侧以及经过换热管壁和污垢层位置的沸腾换热、对流换热以及导热三部分构成。冷水机组运行主要的构成部分包括蒸发器、冷凝器以及压缩机三个部分。压缩机所具有的指示效率通常情况下可以对压缩比函数进行表示，其摩擦效率与指示效率相似，也可以对压缩比函数进行表示。压缩机中的饱和温度和饱和压力需要相互对应，由此可知，压缩比是蒸发和冷凝温度函数的具体表示。

（二）多台冷水机组

一般情况下，同时运行多台冷水机组采用的运行方式都是并联的。空调系统运行通常是在部分负荷的状态下进行，这就会对冷水机组的运行效率产生影响，冷水机组群在某一冷负荷状态下，并联运行方式的不同所导致的压缩机总输入能耗也是不尽相同的。南方地区具有较高的年平均温度，这就增加了空调的使用时间，在众多大型建筑的空调系统中，基本上都是采用冷水机组多台并联的运行方式[3]，这就需要对其进行合理选择，以达到解决能耗的目的。

二、中央空调中冷冻水系统水力控制的相关分析

在大型中央空调中，冷冻水系统都具有管网水力特性，其计算过程是一种对多变量的耦合非线性问题进行解决的过程，在管网中如果所产生的供回水压差差别较大，那么就会对末端支路水力的运行状态造成影响，同时还会使计算变量的种类、数量产生变化，这就需要对以往所采用的传统求解法进行改进，而在网管拓扑结构的计算过程中对简化模型进行使用则容易出现误差现象。不过，在大型冷冻水管网中，计算其水力通常是采用简化计算模型，这种计算方法尚不完整，许多专家和学者通过多年的研究，提出了全新的利用流量调节计算原理的计算方法。总而言之，这种简化的计算方法忽视了相邻两个支管路所产生的连接干管压损，使其无法与冷冻水管网运行的调节要求相适应，其出现的误差会随着管网拓扑结构的变化而变化。在对末端支路所具有的调节特性进行充分的考虑前提下，对分别属于虚拟异程和同程的位于最远端和最近段的支路流量进行有效的利用，转换复杂性较高的管网水力计算方法，运用变步长和二分法的单变量迭代方法优化管网的设计和运行。

三、中央空调中冷冻水系统变温差的相关分析

空调系统在实际的运行过程中一般都是通过定温差模式来进行控制的，由于受不合理的反馈信号和温差控制值的影响，其具有很多缺点，例如，略低的调节稳定性和可靠性、较差的节能效果等。以温差控制为基础的变流量主要有两种运行方式，一种是通过位于旁通回路前部位冷冻水的供回水温差来进行控制，另一种是通过位于旁通回路后部位冷冻水的供回水温差来进行控制，其可以对控制系统的调节振荡功能产生巨大的影响。

在水力计算的过程中，可以对把AHU、AHU连接管以及温度调节阀当成计算所需要的支管路。但是，这是一个极其复杂的计算过程，在对计算复杂管网水力的非线性进行解决时需要通过虚拟流量计算方法来进行。以温差控制为基础的变流量运行的反馈信号是温差，在对水泵的运行频率进行调节的过程中可以通过PID来进行。变频器在冷负荷和湿负荷的环境下所产生的频率单位变化量会对温差反馈信号变化率进行重新定义，也就是在该环境下管网的可调性。当可调性的系数大于0时，控制系统则处于稳定状态，当可调性的系数等于0时，控制系统则处于非稳定状态。

四、中央空调冷冻水系统变压差的相关控制分析

以压差控制为基础的变流量运行受快速率的管网压力变化的影响，仍然在实际运行过程中使用压差控制方式，这种方式在空调负荷运行出现特殊情况或是位于一二次泵系统中的二级泵组中存在一定程度的优势。不过，受冷冻水系统所具有的旁通回路调节作用的影响，使这种运行方式出现了一定的特殊性，在部分负荷环境下对管网调节和能耗特性进行分析的过程中无法对水泵性能曲线进行单纯的利用，需要对冷冻水系统中各种影响因素进行综合的考虑，例如管网几何结构、旁通回路调节以及末端支路调节等。利用仿真计算方法，对管网的额定流量进行假设，在管网负荷处于非均匀分布状态时，将90m3/h作为额定流量，在空调区域将7摄氏度和55%设置为温度控制值和湿度控制值并以此来确定该区域的冷、湿负荷情况。

五、中央空调冷冻水泵组并联运行控制的相关分析

一般情况下，冷冻水泵组所采用的运行方式是多台并联的[4]，这样可以对管网流量和水泵之间的互为备用关系进行有效的提高，在部分负荷环境下对水泵组的运行数量和频率进行改变可以达到变流量运行的目的[5]。其在运行调节方面主要有四种常见的方式，第一种是对工频的水泵数量进行控制，第二种是对单台水泵的变频情况和工频的水泵数量进行综合控制，第三种是对多台水泵的变频情况和工频的水泵数量进行综合控制，第四种是对多台水泵的变频情况和变频的水泵数量进行综合控制。通过迭代计算方法可以在水泵运行频率、旁通压差调节阀额定值、最小管网供回水压差以及用户侧管网流量的基础上对实际旁通回路的压差和流量进行计算。

六、中央空调冷源系统变负荷运行控制机理的应用

公共建筑中的空调系统所产生的能耗通常都是非常高的，其主要是由于不合理、不科学的前期设计和后期运行做造成的。随着科技水平的不断发展与进步，在部分负荷环境下，空调系统能够通过运行参数的优化对其自身的能耗进行降低。随着数字控制技术的不断应用，中央空调系统逐渐步入了控制智能化和自动化的阶段，传感器和测量的精确度都会对其安全性能和可靠性能产生决定性的影响，进而影响优化空调系统的效果。可编程逻辑控制器在中央空调系统中的应用能够有效的控制制冷压缩机、冷冻和冷却水泵，增强了传统空调系统的调节品质和抗干扰能力[6]。

结语：

对中央空调冷源系统中的变负荷运行控制机理进行研究是一个属于多参数耦合现象的典型非线性问题，这是对控制系统进行优化的一种主要限制因素，本文通过制冷主机、冷冻水泵以及变温差和变压差等控制方面的分析，对中央空调控制系统的优化进行了具体的研究，希望能够为相关的工作人员提供一些有价值的参考。

参考文献：

[1]刘金平,刘磊,刘雪峰,邹伟.办公建筑空调制冷系统节能改造分析[J].建筑科学,2012,28(2):23-28.

[2]李申,沈嘉,张学军,郑幼明.恒温恒湿空调系统的优化控制与性能模拟[J].制冷学报,2012,33(1):22-27.

[3]朱小旺,蒋绍坚.大型公共建筑空调系统的节能控制[J].中南林业科技大学学报,2010,30(10):143-146.