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采用樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)末端設(shè)備的節(jié)能自動(dòng)控制。當(dāng)空調(diào)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí),通過(guò)采集一組參數(shù)值,經(jīng)模糊運(yùn)算,改變冷水機(jī)組工作狀態(tài)、冷凍(溫)水和冷卻水流量和冷卻塔風(fēng)機(jī)的風(fēng)量,確保冷水機(jī)組始終工作在效率最佳狀態(tài),使主機(jī)始終處于高轉(zhuǎn)換效率的最佳運(yùn)行工況。
在智能建筑中通常采用樓宇設(shè)備自控系統(tǒng),對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)末端的新風(fēng)機(jī)、回風(fēng)機(jī)、變風(fēng)量風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)盤管等裝置進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和使用的“精細(xì)化”控制,以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。它通過(guò)DDC(直接數(shù)字控制器)控制器,將檢測(cè)的相關(guān)量值進(jìn)行PID(比例、積分、微分)運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)對(duì)上述設(shè)備的PID控制,達(dá)到一定的節(jié)能效果。
這種對(duì)空調(diào)末端設(shè)備的控制可節(jié)能10%-15%,因?yàn)椴荒軐?shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)制冷站及空調(diào)水系統(tǒng)的智能控制,因此,節(jié)能效果不顯著。
空調(diào)末端設(shè)備的控制采用樓宇自動(dòng)化系統(tǒng) (BAS),這些設(shè)備的主要特性均實(shí)現(xiàn)了對(duì)空調(diào)末端設(shè)備的節(jié)能自動(dòng)控制,并為動(dòng)態(tài)變流量空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的運(yùn)行創(chuàng)造了更為良好的外部條件。
為降低中央空調(diào)系統(tǒng)的能源浪費(fèi),宜采用通用變頻器來(lái)控制空調(diào)系統(tǒng)的水泵和風(fēng)機(jī),通過(guò)對(duì)供、回水壓差或溫差的采集,對(duì)水泵和風(fēng)機(jī)進(jìn)行PID調(diào)節(jié),以達(dá)到節(jié)能效果。這種控制方法通常可以節(jié)約水泵和風(fēng)機(jī)等電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的電能約20%,最高可達(dá)30%。
當(dāng)空調(diào)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí),通過(guò)采集一組參數(shù)值經(jīng)模糊運(yùn)算,及時(shí)調(diào)節(jié)冷水機(jī)組、各水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工作參數(shù),從而改變冷水機(jī)組工作狀態(tài)、冷凍 (溫)水和冷卻水流量,改變冷卻塔風(fēng)機(jī)的風(fēng)量,確保冷水機(jī)組始終工作在效率最佳狀態(tài),使供回水溫度始終處于設(shè)定值,從而使主機(jī)始終處于高轉(zhuǎn)換效率的最佳運(yùn)行工況。
動(dòng)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(shí)庫(kù)、模糊控制模型和模糊運(yùn)算規(guī)則,形成智能模糊控制。通過(guò)采集影響冷水機(jī)組運(yùn)行的各種參數(shù),經(jīng)模 糊運(yùn)算,得出相應(yīng)的控制參數(shù),這些控制參數(shù)被送到冷水機(jī)組、冷凍(溫)水控制子系統(tǒng)、冷卻水控制子系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機(jī)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(shù),改變空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)水的流量和溫度,以保證整個(gè)系統(tǒng)在滿負(fù)荷和部分負(fù)荷情況下,均處于最佳工作狀態(tài),從而最終達(dá)到綜合節(jié)能的目的。
2.2.1 變流量冷卻水泵系統(tǒng) 當(dāng)末端空調(diào)負(fù)荷減少時(shí),反映到冷水機(jī)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(cè)出這種變化趨勢(shì)后,模糊控制系統(tǒng)將自動(dòng)降低冷卻水泵的工作頻率,降低冷卻水進(jìn)水流量,提高冷卻水出水溫度,并使進(jìn)、出水溫差控制在最佳設(shè)定值上,維持冷水機(jī)組的高效率運(yùn)行。
2.2.2 一次泵變流量系統(tǒng) 當(dāng)末端空調(diào)負(fù)荷變小時(shí),末端空調(diào)設(shè)備前的兩通閥將會(huì)關(guān)閉或減小,負(fù)荷側(cè)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(shì)。水溫傳感器及水流壓差器檢測(cè)出這種趨勢(shì)后,模糊控制系統(tǒng)將自動(dòng)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(shè)定值上,維持冷水機(jī)組的高效率運(yùn)行。
2.2.3 二次泵變流量設(shè)計(jì) 二次泵變流量系統(tǒng)分為一級(jí)泵變流量系統(tǒng)和二級(jí)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(在這里不再一一贅述)。而一級(jí)泵系統(tǒng)負(fù)責(zé)確保冷水機(jī)組的安全運(yùn)行,一級(jí)泵系統(tǒng)的旁通管路一般設(shè)計(jì)為直通管,管徑按一臺(tái)冷水機(jī)組額定流量設(shè)計(jì)。一次泵變流量系統(tǒng)跟蹤二級(jí)泵環(huán)路的流量變化,并保證一級(jí)泵環(huán)路的流量大于二級(jí)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(dāng)旁通管的流量超出設(shè)定值的范圍時(shí),變流量控制器將模糊PID調(diào)節(jié)一級(jí)泵的工作頻率,使旁通管的流量返回設(shè)定值。
通用變頻器控制是采用通用變頻器對(duì)受控的水泵電機(jī)、風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)的控制。當(dāng)其控制系統(tǒng)檢測(cè)到某一受控量值時(shí),就按這個(gè)量值與給定值之間的誤差進(jìn)行比例 (P)、積分(1)和微分(D)之間的線性組合進(jìn)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(duì)單一控制對(duì)象實(shí)施控制。
動(dòng)態(tài)變流量節(jié)能控制系統(tǒng)是采用模糊控制技術(shù)與變頻技術(shù)相結(jié)合的控制原理,雖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(gè)系統(tǒng)控制過(guò)程中,以語(yǔ)言描述人類知識(shí),并把它表示成模糊規(guī)則或關(guān)系,通過(guò)推理、利用知識(shí)庫(kù),把某些知識(shí)與過(guò)程狀態(tài)結(jié)合起來(lái)的控制行為。它并不具有明顯的PID結(jié)構(gòu),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(hào)和誤差的微分或差分來(lái)決定控制器的參數(shù),尤其適合非線性和時(shí)變性的被控對(duì)象。
中央空調(diào)系統(tǒng)的受控參數(shù)受季節(jié)變化、環(huán)境變化、使用時(shí)間、人流量等多種因素的綜合影響,是一個(gè)隨機(jī)變量,而不是一個(gè)線性系統(tǒng),只是一個(gè)非線性系統(tǒng)。因此,決定中央空調(diào)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(gè)隨機(jī)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(shí)間常數(shù)T1和微分時(shí)間常數(shù)Td都是使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的,一旦選定就不能自動(dòng)調(diào)節(jié)。因 此,PID控制系統(tǒng)只適合于線性系統(tǒng),對(duì)于非線性系統(tǒng)不可能達(dá)到最佳控制,即選用比例系數(shù)和時(shí)間常數(shù)后,采用同一種控制方法對(duì)付各種不同的負(fù)荷狀態(tài),效果 當(dāng)然是不理想的。
模糊控制系統(tǒng)本來(lái)就不要求準(zhǔn)確掌握受控量的數(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(yùn)行狀態(tài),對(duì)于各種非線性系統(tǒng)和時(shí)變性系統(tǒng)都能提供最佳的決策。
通用變頻器用PID控制方法,控制非線性系統(tǒng)時(shí),很容易引起中央空調(diào)系統(tǒng)的強(qiáng)烈振蕩,使控制范圍在較大范圍內(nèi)波動(dòng),增加了系統(tǒng)的能耗,也很容易使系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間 都不能達(dá)到給定值的穩(wěn)定狀態(tài),控制效果不理想,對(duì)于主機(jī)所配套的冷凍水泵和冷卻水泵以及冷卻塔風(fēng)機(jī)等設(shè)備的節(jié)能最多在20%-30%之間。因其采取了保障 冷水機(jī)組工作狀態(tài)的措施,不可能節(jié)約燃料和主機(jī)電能。當(dāng)然,也不能實(shí)現(xiàn)資源共享和無(wú)人值守管理。
而動(dòng)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(duì)于中央空調(diào)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題都給出充分的估計(jì),因此,在計(jì)算中存儲(chǔ)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(dá)到穩(wěn)態(tài)??刹捎脺?zhǔn)確調(diào)節(jié)流量的方法去實(shí)現(xiàn)節(jié)能,水泵以及冷卻塔等平均節(jié)能達(dá)60%-80%。由于采取了特殊措施保障中央空調(diào)主機(jī)的高轉(zhuǎn)換效率,機(jī)組 COP值始終處于最佳值,因此對(duì)于吸收式溴化鋰機(jī)組可節(jié)約燃料20%-40%,對(duì)于電制冷主機(jī)可節(jié)電10%-30%。
動(dòng)態(tài)變流量控制器具有強(qiáng)大的節(jié)能功能,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就進(jìn)行了系統(tǒng)集成,實(shí)現(xiàn)了各子系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)和互操作,達(dá)到了資源的共享的目的。由于自動(dòng)功能非常強(qiáng)大,從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守管理和聯(lián)網(wǎng)管理等,節(jié)省了人力、物力。這些都是通用變頻控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
動(dòng)態(tài)變流量空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)在很多工程中得到實(shí)際運(yùn)行考核,驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)變流量空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的節(jié)能效果。
實(shí)踐證明:變流量中央空調(diào)系統(tǒng)與定流量中央空調(diào)系統(tǒng)相比較,水泵以及冷卻塔等平均節(jié)能達(dá)60%~80%;對(duì)于吸收式溴化鋰機(jī)組可節(jié)約燃料20%- 40%;對(duì)于電制冷主機(jī)可節(jié)電10%-30%。
基于動(dòng)態(tài)變流量空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的節(jié)能效果,以建筑面積30000m2,采用電制冷主機(jī)和建筑面積40000m2,采用吸收式溴化鋰機(jī)組為例,在設(shè)計(jì)中采用動(dòng)態(tài)變流量空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng),預(yù)計(jì)每項(xiàng)工程每年節(jié)約中央空調(diào)總運(yùn)行費(fèi)用達(dá)50-80萬(wàn)元。
中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的潛力巨大,動(dòng)態(tài)變流量空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)給空調(diào)水系統(tǒng)的控制帶來(lái)一場(chǎng)革命,同時(shí),給空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能帶來(lái)前所未有的效果,具有廣闊的應(yīng)用前景,值得大力推廣。
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