中央空调设备节能运行管理方法分析

中央空调设备节能运行管理方法分析

甄伟

鄂尔多斯高新技术产业开发区综合保障中心  内蒙古  鄂尔多斯  017400

摘要：建筑的节能减碳是实现2030年前碳达峰和2060年前碳中和目标的基础。建筑碳排放是城乡建设领域碳排放的重点，通过提高建筑节能标准，实施既有建筑节能改造，优化建筑用能结构，推动建筑碳排放尽早达峰，将为实现中国碳达峰碳中和做出积极贡献。《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》提出城镇新建公共建筑能效水平提升20%的总体指标和既有建筑节能改造面积3.5×108m2以上的具体指标。中国既有公共建筑具有能耗强度增长迅速，同时能耗总量增幅显著的特点。公共建筑的全年能耗中，空调系统能耗占40％～60％。显然，在空调系统能耗中，制冷机房能耗举足轻重。因此，公共建筑中央空调系统的节能主要取决于空调制冷机房的能效，而影响空调制冷机房能效的关键在于中央空调水系统的综合设计。

关键词：中央空调；节能运行；管理维护

1.中央空调能耗高的原因

论是设计冷负荷与负载率、水泵的低扬程与大流量、冷水机组的小温差与大流量，还是冷却塔的小冷幅高、小冷幅宽与低冷却效率等，它们之间都存在的一定的因果循环关系。1）设计冷负荷偏大、单机容量设计不合理是造成冷水机组同时使用率低、负载率低的原因；2）水泵在设计上的高扬程、大流量是造成冷水机组运行时小温差、高阻损的原因，也是水泵本身运行时低扬程、大流量的原因；3）环路间设计阻力悬殊，尤其空调末端阻力相对于该负荷侧环路的总阻力占比过小是造成系统水力失调、水力难调甚至水力不调的原因；4）冷却塔的运行冷幅宽过小、冷幅高过大是造成冷却塔低效的原因，同时造成冷水机组低效。

2.中央空调节能运行管理及维护措施

2.1明确中央空调系统工艺要求

中央空调系统主要包括冷却塔、冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵以及风机等设备，运行时需要反复完成能量的交换。冷冻水进行循环时吸收室中的空气热量升温。蒸发器内冷冻水通过吸热降温，向盘管和空调风机输送冷冻水。表冷器吸收空气中热量后，能够形成闭合循环。冷却水循环过程主要利用风扇进行散热，由冷却泵送往冷冻机，这样能够在冷凝器内吸热升温，在冷却塔至风扇过程，可以形成闭环循环系统。在高层建筑中应用的中央空调系统的结构与控制复杂性更强，但也采用了这样的原理。冷水机组通过空气调节的原理与规律，借助微处理器达到自动控制的效果。系统运行原理是制冷主机运行时散发形成的废热，热保护停止动作，确保制冷主机能够顺利工作。中央空调系统需要完成冷冻水供回水温度与流量的测量，以此计算空调冷风量，确定冷水机组开启台数，需要保持节能状态。启动顺序：冷却塔风机—冷却水泵—冷冻水泵—冷水机组。停止顺序：冷水机组—冷冻水泵—冷却水泵—冷却塔风机。当其中某台设备发生故障时，备用设备将自动运行。

2.2基于PLC的中央空调系统

中央空调系统主要控制方法包括早期的继电器控制系统、直接数字式控制器DDC和PLC控制系统。PLC以继电接触器控制理念为支持，充分运用计算机、网络通信、自动控制等技术。通过PLC的自动化控制技术，可以实现对中央空调系统的全面监控和调节，大大提高了系统的效率和可靠性。由于该系统可以根据实时环境参数自动调节空调设备的运行状态，从而避免不必要的能源浪费，提高能效比。由于该系统采用了先进的控制技术和智能的执行器模块，因此可以减少故障率和维修次数，从而降低维护成本。此外，PLC的定时比较准确，范围很宽，且系统体积不大，可以节省大量能耗，能够灵活进行设备操作，便于维修与保养。中央空调控制系统通常采用多种控制方法，PLC控制系统便于维护且具有很强的抗干扰能力，相比于传统控制方法实现了自动化、智能化水平的提升。结合同步转速与电源频率的关系，若采用变频器控制电源频率，则可以让水泵、风机等转速得到有效控制，并大幅度降低消耗的功率，最终达到降低电能使用量的目的。中央空调系统处于非满载状态时，其运行时间通常会超过90％，应用PLC与变频器加以控制，不仅能够减少电能与成本的投入，也让系统始终处于稳定运行状态，各项设备使用寿命也能得到延长。使用自动控制系统，能够避免人为操作错误，结合负载有效调节水泵运行频率，由此构成闭环自动控制系统。随着系统运行时间的增加，PLC控制系统能够减少能耗，相比于以前控制方法，至少降低20％的能耗。

2.3一级泵系统冷冻水的控制

冷水机组的冷冻水是一级泵的正常流量，为了防止蒸发器在冷水机组太冷，需要将一级冷冻水循环泵与冷水机组进行相对应的启停控制。在启动冷水机组时，为确保其正常运行，需要按照以下步骤进行操作：首先，相对应的冷冻水一级泵启动后，接下来，当管道流量开关发出信号后，冷水机组开始启动，变流量运行是现代冷水机组大多数都具备的能力，所以，变频泵可以设计在一级泵系统上。

2.4冷冻水二级循环泵的运行控制方法

在系统中，可以采用变频泵来控制二级冷冻水循环泵的运行。根据用户负荷的需求，可以确定二级冷冻水泵的运行台数和频率。通过调整变频器的输出频率，可以根据用户负荷的变化来调整泵的流量和压力，以达到能效最优的运行状态。

二级泵的变频运行频率和负荷的相对应关系是：

f1=P/（2PT）

其中：f1—电机频率；p—电机功率（kW）；T—转矩（N·m）。

在变频技术的支持下，当实际负荷降低时，空调系统会减小电机旋转速度。参考流体力学原理，输入功率N可以表示为流量Q乘以压力头H。流量Q与转速v成正比，而压力头H与转速v的平方成正比。因此，输入功率N与转速v的立方成正比。因此，在用户负荷减小的情况下，可以按照比例降低转速，使电机功率N明显减小，减少不必要的能源浪费。通过降低转速，电机可以运行在更低的效率点上，适应较小的负荷，从而减少能量消耗和功率损耗，实现节能效果。

变频技术能够有效避免资源浪费，但是当电机转速减小到40%以下时，电机输入功率会低于额定功率的6.4%，相关设备会受到一定的消极影响，并且在这种情况下节能效果不明显。因此，为了确保设备正常运行和最大限度地实现节能，在40%~100%之间限制电机的调速范围。

2.5冷却水系统及冷却水塔风机节能运行

空调系统能够根据冷却水水温来调控冷却塔的风机转速，过去的双速风机的运行控制一般是：全速运行→半速运行→间歇低速→半速→停止运行[8]。变频技术的引入使空调控制的灵活度大大提升，风机的运行控制变成：全速运行→变速运行→间歇运行→停止运行。

结语

中央空调设备的节能运行管理是为了提高能源利用效率、降低能源消耗而采取的一系列措施和方法。其主要目的是通过合理优化设备运行参数、改进控制策略以及引入先进的技术手段，实现能源的节约和环境保护。对中央空调设备的节能管理，可以通过提高设备本身的能效水平来实现。选择高效节能的设备和组件，如高效压缩机、换热器等，以减少能源的损耗。此外，优化设备的设计、减小系统的阻力、增加换热面积，提高传热效率，也是提高能效的有效手段。

参考文献

[1]陈德国.某大型商业中心水蓄冷空调节能改造[J].技术与市场,2021,28(12):100-101.

[2]王立新.中央空调节能系统集成化在高铁站房的应用[J].房地产世界,2021,(23):70-71+80.

[3]金明堂,蔡建清.中央空调系统节能控制策略概述[J].智能建筑,2021,(12):67-69.

[4]刘欢,李冬,刘元明.浅议智慧医院中央空调系统节能运维管理[J].江苏卫生事业管理,2021,32(11):1510-1514.