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中央空调节能控制的设计应用

http://www.hvacr.hc360.com2017年07月17日09:47 来源:搜狐科技T|T

   慧聪空调制冷网  利用楼宇自动化系统(BAS)实现对空调末端设备的节能自动控制。当空调负荷发生变化时,采集并模糊运算一组参数值,改变冷水机组的工作状态,冷冻(温)水和冷却水的流量,冷却塔风机的风量。从而使冷水机组的工作效率一直处于最佳状态,使主机始终处于高转换效率的最佳运行工况。

    一、空调系统设计当前的节能措施

    1.1采用楼宇设备自动控制技术对空调末端装置进行控制

    在智能建筑中通常采用楼宇设备自控系统,通过监视中央空调系统末端的新风机、回风机、变风量风机、风机盘管等装置的状态,并实现控制“精细化”,来达到节能效果。

    它通过直接数字控制器(DDC),检测到相关量值,并进行PID(比例、积分、微分)运算,实现对上述设备的PID控制,实现节能目的。。

    控制空调末端设备,因无法智能控制空调制冷站及空调水系统,节能效果不佳,只能达到10%-15%。

    但采用楼宇自动化系统(BAS),设备的主要特性均实现了对空调末端设备的节能自动控制,并为运行动态变流量空调节能控制系统的运行创造了良好的外部条件。

    1.2采用通用变频器对中央空调系统中的水泵和风机进行控制

    应采用通用变频器来控制空调系统的水泵和风机,从而降低中央空调系统的能源浪费。通过采集供、回水压差或温差来对水泵和风机进行PID调节,实现节能效果。如此通常可节约20%,甚至30%的水泵、风机等电机拖动系统的电能。

    二、动态变流量空调节能控制系统

    2.1动态变流量控制原理

    当空调负荷发生变化时,采集并模糊运算一组参数值,调节冷水机组、各水泵和冷却塔风机的运行工作参数,从而改变冷水机组工作状态,冷冻(温)水和冷却水流量,冷却塔风机的风量,从而使冷水机组的工作效率一直处于最佳状态,使主机始终处于高转换效率的最佳运行工况。

    变流量控制器是动态变流量控制的核心,在控制器中建立知识库、模糊控制模型和模糊运算规则,形成智能模糊控制。通过采集并模糊运算影响冷水机组运行的各种参数,得出相应的控制参数。并送至冷水机组、冷冻(温)水控制子系统、冷却水控制子系统、冷却塔风机控制子系统中。

    根据参数变化,利用现代变频控制技术,子系统就可改变空调系统循环水的流量和温度。保证整个系统一直处于最佳工作状态,实现综合节能。

    2.2动态变流量节能控制方法

    1.变流量冷却水泵系统

    末端空调负荷减少,冷水机组的冷却水出水温度将会降低,温度传感器检测出这种变化,模糊控制系统将自动降低冷却水泵的工作频率,冷却水进水流量降低,冷却水出水温度升高,进、出水温差维持在最佳设定值上,使冷水机组的高效运行。

    2.一次泵变流量系统

    末端空调负荷变小时,设备前的两通阀将会关闭或减小,负荷侧回路管路的阻力增大,冷冻水供、回水温差将出现减小,供回水管的压差将会增高。这种趋势被检测出后,模糊控制系统将自动降低冷冻水泵的工作频率,减少冷冻水流量,并使供回水温差及供回水压差维持在最佳设定值上,使冷水机组的高效运行。

    3.二次泵变流量设计

    二次泵变流量系统,分为一级和二级泵变流量系统。其控制原理及效果与一次泵变流量大致相同。而一级泵系统负责确保冷水机组的安全运行,系统的旁通管路一般为直通管,管径按一台冷水机组额定流量设计。

    一次泵变流量系统跟踪二级泵环路的流量变化,并保证一级泵环路的流量大于二级泵环路的流量,使旁通冷冻水管保持从供水管流向回水总管。当旁通管的流量超出设定值的范围时,变流量控制器将模糊PID调节一级泵的工作频率,使旁通管的流量返回设定值。

    三、动态变流量节能控制系统与目前通用变频器控制系统的区别

    3.1控制原理不同

    通用变频器控制是采用通用变频器对受控的水泵电机、风机电机进行单独的控制。当其控制系统检测到某一受控量值时,就按这个量值与给定值之间的误差进行比例(P)、积分(1)和微分(D)之间的线性组合进行控制,即PID控制。这种控制方法只适合于线性系统中,并对单一控制对象实施控制。

    动态变流量节能控制系统是采用模糊控制技术与变频技术相结合的控制原理,虽然也使用了通用变频器(VVVF),但它不是采用PID控制方式,而是采用模糊控制方法。也就是在整个系统控制过程中,以语言描述人类知识,并把它表示成模糊规则或关系,通过推理、利用知识库,把某些知识与过程状态结合起来的控制行为。

    它并不具有明显的PID结构,但也可以称为非线性PID控制器,它是根据系统的误差信号和误差的微分或差分来决定控制器的参数,尤其适合非线性和时变性的被控对象。

    3.2控制方法的不同

    中央空调系统的受控参数受季节变化、环境变化、使用时间、人流量等多种因素的综合影响,是一个随机变量,而不是一个线性系统,只是一个非线性系统。因此,决定中央空调系统冷冻(温)水流量和温度、冷却水流量和温度的需求量也是一个随机变量。

    通用变频器所采用的最重要的控制参数,如比例系数K、积分时间常数T1和微分时间常数Td都是使用经验数据或试验数据确定的,一旦选定就不能自动调节。因此,PID控制系统只适合于线性系统,对于非线性系统不可能达到最佳控制,即选用比例系数和时间常数后,采用同一种控制方法对付各种不同的负荷状态,效果当然是不理想的。

    模糊控制系统本来就不要求准确掌握受控量的数值,但是它已经考虑了受控量的各种可能性,跟踪受控参数的变化,始终使被控系统处于最佳运行状态,对于各种非线性系统和时变性系统都能提供最佳的决策。

    3.3控制效果的不同

    通用变频器用PID控制方法,控制非线性系统时,很容易引起中央空调系统的强烈振荡,使控制范围在较大范围内波动,增加了系统的能耗,也很容易使系统长时间都不能达到给定值的稳定状态,控制效果不理想,对于主机所配套的冷冻水泵和冷却水泵以及冷却塔风机等设备的节能最多在20%-30%之间。

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