基于中央空调制冷控制系统的节能开发应用

基于中央空调制冷控制系统的节能开发应用

郭庆国

烟台东方智能技术有限公司 山东烟台 264001

摘要：随着经济社会的发展，人们对工作和生活环境的要求逐渐提高，更加注重便捷性、安全性以及节能环保。中央空调制冷系统自动化是智能楼宇一个非常重要的组成部分，现在空调系统中机电设备种类繁多，技术性能复杂，操作、保养等步骤繁琐且安全性得不到保障；目前国内中央空调系统运行能耗是大多数公共建筑最主要的能耗环节，据统计空调系统的能耗通常占楼宇能耗的60%以上，因此怎样使空调系统以最低的能耗达到最佳的运行效果，也是近年来既有建筑节能改造的重点内容。

关键词：中央空调；制冷控制；系统；节能；开发应用

1导言

空调系统就是不断的热交换过程，热量交换过程必须消耗电能，冷却水和冷冻水系统是主要的能量传递载体。在满足末端舒适温度前提下，对冷冻水系统和冷却水系统的节能优化控制是空调系统节能的一个重要环节。

2中央空调超高效寻优节能控制系统原理

中央空调系统是一个复杂多变量的、时变系统,其过程要素之间存在着严重的非线性、大滞后及耦合关系。超高效节能优化控制系统是从常规冷冻机房各设备组DDC闭环独立控制研制而成的,以数学模型为基础的整个冷冻机房系统PLC多维、主动寻优的节能控制系统。即是建立在冷冻机房的每个设备模型的基础上,通过多维寻优的方法寻找整个冷冻机房的最佳效率点,保证冷冻机房能动态地运行在最佳效率点上实现最佳节能目标。当环境温度或空调末端负荷发生变化时,冷冻水系统的供回水温度、压差和流量也随之发生变化,安装在相应位置上的各温度、压力、流量传感器将检测到得数据送至PLC控制器。系统依据所采集的实时数据,计算出空调实时负荷所需要的制冷量,并且在此制冷量的基础上通过主动寻优计算,得到满足此工况的最佳效率点；由此系统计算得出制冷主机出水温度、冷却水供回水温度和各变频器输出频率,控制主机出水温度、冷冻水泵冷却水泵和冷却塔风机的转速,使系统的温度、压力、流量运行在最佳区间,从而实现中央空调系统能效最高点。

3中央空调节能控制系统的发展

3.1 系统硬件的组成

本设计的监控系统硬件主要包括：PAC、触摸屏、热电偶、AI 模块等。在一般的控制系统应用中，PLC 和 IPC 的应用比较广泛，但二者在实际应用中存在一定的不足，PLC 的可靠性比较高，但是快速的数据处理能力不足；IPC 的数据处理能力比较高，但是稳定性不足。鉴于此，本设计采用的是 PAC 控制器，作为一种新型的控制器，PAC 控制引擎比较轻便，而且提供了多功能的开发工具。PAC 的软逻辑内核通过后台运行，可以和其它的应用程序同时并存，集实时控制、数据库功能为一体，实现多功能的特点。系统采用的是 ADAM-5550KW 型控制器，同时具备 PLC 的可靠性能以及 PC 的运算性能。具有分散控制、模拟测量的多种功能。AI 模块采用的是 16 位、8通道的差分输入模块，主要是接受不同的信号，由于信息形式以及范围的不同，因此，需要通过编程设置来满足实际的工作要求。

3.2 系统的软件设计

系统节能控制软件主要包括上位机和下位机软件设计。上位机控制软件主要由Modbus 通信、数据采集、格式转换、存储、监控画面等功能。下位机控制软件主要由信号采集、处理以及 PID 控制算法组成。通过Modbus 通信来实现上位机和下位机之间进行数据的交换。上位机程序主要包括通信的实现、监控界面的实现、参数显示、曲线显示等功能。由于PAC 内存有限，在界面的设计中，界面和数据采集线程都会占用内存，为了防止出现内存不足，导致运行缓慢或者死机的情况，本系统设计的要求是关某个运行的界面被关闭以后，其相应占有的内存就会被释放，而且其它界面的运行也不会受到影响，因此，在实际设计中，采用了打开即分配，关闭即释放的策略，即以实际的工作状况为前提，打开一个界面，就为该界面的通信线程及控件进行内存的分配，满足工作需要，关闭界面时，就会进行内存的释放，有效的实现了 PAC 的内存动态管理，为系统更好的运行提供了基础。下位机程序主要包括信号的采集、存储、处理、控制算法的实现等，主要采集的信号是冷水的进、出水温度，冷却水的进、出水温度，房间温度信号等，由于存在噪声干扰，需要采用中值滤波和平均值滤波结合的方式来对信号进行滤波处理，这样得到的值与传感器的显示值差别小。上位机与下位机程序之间的转换通过 Modbus/TCP 协议来实现，一般是通过ADAM-5550KW 系列控制器的以太网端口来支持 Modbus/TCP 的服务器功能。目前来看，Modbus 是工业领域应用比较广泛的协议，许多的工业设备，比如：PLC、智能仪表等都通过 Modbus 协议作为通讯标准。不同厂商生产的控制设备通过 Modbus 协议就可以组成工业网络，便于集中控制。

3.3 空调水系统节能控制方案

3.3.1 冷水系统节能方案

本系统采用的冷开利 30HXC200 型冷水机组具有变冷负荷运行的能力，可以实现根据冷冻负荷的变化而调节冷冻水流量，将蒸发器的制冷能力进行调节，因此，该系统可以转化为一个可变流量系统。在实际的工作过程中，冷负荷是不断变化的，在这个方案中，当空调系统的冷负荷发生变化时，变频器就会调节冷水泵的运行速度，冷水流量随着冷负荷的变化而调节，在不同的冷负荷条件下工作。为了保证蒸发器侧的冷水流量最小，可以在在旁通管上加装旁路阀，满足实际工况需求。冷水变流量系统常用的控制方法是定温差法和定压差法。在实际的运用中，定温差法的操作比较简单，施工的复杂程度也比较小。此外，由于冷水系统的负荷与压差的直接关系不大，因此压差不能准确的来反映出空调的负荷变化。此外，由于系统只包含一个终端设备，而恒温差控制方法能够更准确地反映空调系统的冷负荷变化，所以采用定温差控制方法是合理的。

3.3.2 冷却水节能控制方案

冷却水系统节能控制的原则是在满足空调负荷的基础上，将冷水流量最大限度的降低，以此来减少对电能的消耗，达到节能的目的。冷却水泵和冷却塔风机是冷却水系统的主要组成部分，这两个部分在系统中承担不同的作用，其中，冷却水的流量需要通过冷却水泵调节，冷却水的回水温度则需要冷却塔风机来控制。一般情况下，通过温差控制法和冷凝温度控制法来调节冷却水的变流量。在实际的设计中，如果冷却水泵的功率与冷水机组的功率比值大于 10% 的话，那么选择冷凝温度控制法的节能效果更明显，需要注意的是，冷凝温度控制法要求冷却水的回水温度范围为 18-25℃，如果在夏天外界温度高的情况下，需要通过冷却塔的喷淋来满足温度需要。

结语

近年来，随着我国社会经济的快速发展，能源消耗问题也日益严重，对环境造成了不利影响。随着现代商用建筑和各种智能大厦的出现，中央空调广泛应用于其中。中央空调的应用使得人们在拥有舒适的工作环境的同时，造成巨大的能源消耗。中央空调制冷系统作为中央空调中最主要的耗能来源，其内设备相对集中，各个控制点对整个制冷系统的影响较大，是一个多干扰、时变性的系统。如果不采用节能技术减少其耗能，则不利于可持续发展以及节能环保发展。针对酒店中央空调制冷控制系统进行开发和应用，使其满足节能需求，具有十分重要的意义。

参考文献

[1]贾彤宙.中央空调变频节能技术改造综述[J].河北工业科技,2012,29(03):182-183+202.

[2]季悦,李浩宇.中央空调变频节能的发展趋势[J].现代装饰(理论),2012(04):168.