​中央空调节能潜力巨大

2022-05-30

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,尤其是酒店中央空调。传统上,我们会采用DCS 技术、变频技术等,但这些仍然存在节能效率低等缺点。那么,如何从硬件和软件两方面对系统进行设计,以更大化地提高酒店中央空调制冷控制系统节能效率?下面我们一起来看。

中央空调节能系统

1、基于节能需求的酒店重要空调制冷控制系统

基于节能需求,从降低酒店能耗的角度出发,结合变频技术,采用PID 控制对基于节能需求的酒店中央空调制冷控制系统进行开发设计,实现对酒店中央空调制冷系统的更优控制及综合能耗的降低。

1.1酒店中央空调制冷控制系统总体框架

基于节能需求,针对中央空调制冷系统的不同子系统(冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、风机盘管),采用变频技术和PID 控制技术对其进行定温差控制。通过RS 485 总线构成中央空调制冷系统的控制网线,通过变频器对整个制冷系统进行变频调速。

中央空调制冷系统控制系统的主要功能部分为控制器和变频器,从而对中央空调制冷系统进行节能控制。

1.2酒店中央空调制冷控制系统硬件设计

中央空调制冷系统控制系统的硬件由工业控制计算机、数据采集卡、数据输出卡和温度变送器、控制器等构成。下面对主要硬件设施进行介绍。

工业控制计算机:作为控制系统的核心硬件,对整个系统起着核心控制作用,对整个系统进行数据显示、记录、存储和监测,进而通过软件对制冷系统进行控制。

温度传感器:安装在能够准确反映制冷系统中介质温度的位置,安装个数总共为10 个,在制冷系统中的冷冻水和冷却水的进水口和出水口各2 个,风机盘管的回风口2 个。

变频器:将变频器设置为手动运行状态,通过对冷冻水泵、冷却水泵等设备的承载负荷量进行变速控制,从而调整制冷系统的整体运行速度。在保证中央空调正常运行的条件下,对设备做相应的调整,让设备电机转速降低,从而使电机减少电量损耗,既可以实现制冷作用,又可以节约能耗。共设置4 台变频器,分别对冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、风机盘管进行控制。

PID 控制器:通过对制冷系统中的冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机和风机盘管等组成的制冷系统进行温度控制,从而实现制冷系统的制冷作用。

综上所述,酒店中央空调制冷控制系统的硬件系统通过RS 485 总线进行制冷系统数据的传输,将安装在制冷系统中不同位置的温度传感器采集到的数据传输至PID 控制器,PID 控制器得到的数据传输到数据采集卡,经A/D 转换,将数据传输到工业控制计算机上,然后通过软件对数据进行处理,从而控制变频器的频率和制冷系统中各个设备的开关。

1.3基于节能需求的酒店中央空调制冷控制系统软件设计

要使酒店中央空调制冷控制系统有效地对制冷系统进行控制,即对制冷系统的温度进行控制,采用PID算法对其进行软件设计。对制冷系统各个子系统的温度控制如下:利用温度传感器分别测量冷却塔出水温度、冷却泵进水温度、冷冻泵进出水温度差和风机盘管系统中的冷风柜进风温度,与设定的标准温度(差)进行对比,通过PID 控制器处理后,将频率信号传输给变频器,从而对冷却塔散热电动机、冷却水泵电动机、冷冻水泵电动机和风柜送风电动机的转速进行调节,增加或者减少制冷系统的供水量,将冷却塔的出水温度和进水温度、冷冻进出水温度差和冷风柜回风温度控制在一定范围内。

1)通过数字化的PID 算法(比例积分微积分控制)对制冷系统的温度偏差值进行处理,此处不赘述PID 算法的具体过程。

通过PID 算法对制冷系统进行控制,从而使制冷系统的温度恒定在一定值,保证制冷系统正常运行。

2)将PID 控制器处理过的信号传输给变频器,变频器接收到处理过的信号,通过频率调节,对制冷系统中的设备电机转速进行调节,以调节供水量,从而对温度进行调节。

综合前述过程,利用基于节能需求的酒店中央空调制冷控制系统对制冷系统进行控制的过程如下:在程序中提前设定温度标准差,通过温度传感器对制冷系统各个设备的温度进行采集,将采集到的温度与标准值进行对比,通过PID 算法将处理过的信号传输给变频器,通过调节频率对制冷系统各个设备电机的转速进行调节,从而实现对温度的控制,以实现制冷系统功能。

2、仿真实验

2.1实验参数设置

将提出的基于节能需求的酒店中央空调制冷控制系统与传统的控制系统进行对比,以验证提出的控制系统是否既能满足节能需求、又能有效控制制冷系统。以冷却水泵为实验对象,首先,反复进行实验,确定PID 控制参数,设定的PID 控制参数如表1 所示。在确定表1PID 参数的基础上,与传统的酒店中央空调制冷控制系统进行对比实验,对制冷系统中的能耗进行测试。

2.2实验结果分析

分别采用两个酒店中央空调制冷控制系统。

随着水泵流量的增加,采用传统的控制系统对酒店中央空调制冷系统进行控制,其功率随之增加;而采用提出的控制系统,通过变频器对其转速进行调节,从而调节冷却水泵的供水量,其功率也随着水泵流量的增加而增加。与传统的控制系统相比,在水泵流量为50%时,其能量节约值达到更大。通过综合对比发现,提出的控制系统与传统的控制系统相比,其节能效果明显。

让我们来看看中央空调系统为什么要节能?

建筑能耗比重逐年上升

建筑是耗能大户,全世界建筑能耗占全球能耗总量的30%,工业化在建筑能耗的比例为52%,发展中建筑能耗的比例为23% 2011年我国建筑总能耗比例已达到28%

空调系统能耗占比很高

空调系统是建筑的主要能耗单位,一些发达空调的能耗已占据建筑物总能耗的60~70%,我国是50~60%,所以有效降低空调的能耗就等于解决了建筑能耗的大部分问题。建筑节能法律法规制定,我国政府颁布了相关的建筑节能法规:《中华人民共和国节约能源法》、《公共建筑节能设计标准》、《民用建筑节能设计标准》等以及“十二五”建筑节能专项规划等。建筑节能,势在必行。

中央空调系统如何节能?

中央空调系统设计留有余量

中央空调系统在设计时,通常设计的容量留有余量,而空调末端使用率的变动,使设计容量与实际负荷相等的情况很少。据统计,中央空调系统在满负荷下运行时间占20%~30%70%~80%的时间是在部分负荷下运行。从控制的角度来看,中央空调在满负荷运行的是无法节能的,只有在部分负荷下才有可能的节能,所以节能的根本方法是通过技术手段来创造更多的部分负荷。

不良使用习惯造成能源浪费

由于节能的概念不是每个人都能够真正理解并做到,特别是对于企业、酒店、公共设施等场所,这些地方的能源开销所产生的费用不是使用者直接承担,在使用空调时容易出现温度设置不合理,甚至忘记关空调的现象,造成了不必要的能量浪费。

管理不善造成能源浪费

传统的中央空调系统没有配置自动化监控系统,或自动化程度低,在运行过程中管理员对空调系统运行状况是凭感觉,靠经验来进行神制,不能区分运行高峰期与低峰期,不能合理调配机器的运行数量,造成能量浪费。

邦德瑞节能群控系统方案和效果

邦德瑞中央空调节能群控系统主要从两个方面实现节能:一,是如何从电能消耗上考虑节能:

二、是如何在末端空调能量使用上减少耗用。

邦德瑞主机节能方案:

一般冷冻水设计温差为5~7℃,冷却水的设计温差为4~6℃,中央空调机组一般是控制出水温度,在系统流量固定的情况下,因机组不能计算出末端负荷使用状况,加之机组大部分时间在部分负荷下运行,因此绝大部分运行时间冷冻水温差仅为1~3℃,即在温差低,流量大的情况下工作,降低了机组的能效比。若机组是多台,还会出现机组在部分负荷下运行(机组在小千50%的角荷下能效比隆低)邦德瑞中央空调节能群控系统采用对末端空调设备联网方式,运用矢量控制法,提升空调能效比,延长设备使用寿命,降低主机能耗。邦德瑞水泵节能方案:

空调循环水泵耗电量大,占空调系统耗电量20%~30%,空调系统大部分时间是处于部分负荷状态下运行,相应的循环水量也经常小于设计值,通过变频器调节水泵转速可满足流量变化的需求,会带来显著的节能效果。变频水泵的特点是,在相似情况下水泵的流量、扬程和功率分别与其转速的一次方、二次方和三次方成正比。

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邦德瑞将于81-3日参加由重庆国际博览中心举办的第三十三届国际制冷、空调、供暖、通风及食品冷冻加工展览会,重庆国际博览中心是全球三大HVAC&R展览会之一,拥有国际展览业协会和美国商务部权威认证;中国展览馆协会展会项目(行业知名活动)认证;空调·制冷·供热·新风·冷链一站式解决方案;展出面积:122,000㎡, 参展企业: 1,500+ ,专业观众:60,000+,论坛会议: 80+ ,国际组织:50+,合作媒体: 100+

届时大家能在N6A11展位看到邦德瑞的身影,诚邀大家的参观,不见不散。


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