中央空調(diào)制冷站控制策略分析

針對(duì)中央空調(diào)制冷站，詳細(xì)介紹并分析了幾種制冷站控制方法，包括變水溫控制方法、冷凍水變流量控制技術(shù)、冷水機(jī)組群控策略、冷凍站變流量及變水溫綜合節(jié)能優(yōu)化控制策略。通過(guò)對(duì)這幾種控制方法的分析可以看出，采用基于負(fù)荷預(yù)測(cè)的冷凍水流量動(dòng)態(tài)控制策略可以使得冷凍水系統(tǒng)始終處于的冷量供應(yīng)狀態(tài)，并節(jié)省冷凍水泵的能耗。采用冷凍站變流量、變水溫綜合節(jié)能優(yōu)化控制策略，綜合考慮制冷機(jī)的能耗與冷凍水泵的能耗，將二者的運(yùn)行功率之和小作為優(yōu)化性能指標(biāo)。同時(shí)對(duì)冷凍水泵的頻率和制冷機(jī)的冷凍水出水溫度進(jìn)行優(yōu)化控制，可以在保證末端負(fù)荷冷量需求的同時(shí)，大大地降低制冷站的功率損耗，達(dá)到制冷站節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行的目的。

隨著中央空調(diào)的普及，建筑物能耗大大增加，而中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗占建筑物總能耗的一半以上，空調(diào)用電需求和所占電網(wǎng)供電比例越來(lái)越大。作為中央空調(diào)系統(tǒng)的核心，制冷站的能耗占主要因素，對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)制冷站進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行控制策略研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。中央空調(diào)系統(tǒng)制冷站主要由制冷機(jī)組、冷卻水泵、冷凍水泵和冷卻塔等設(shè)備組成。本文根據(jù)制冷站的特點(diǎn)，對(duì)制冷站的控制方法進(jìn)行了分析。

傳統(tǒng)的空調(diào)制冷站控制方法

在一次/二次泵冷凍水系統(tǒng)中，如果假定負(fù)荷與流量成正比，冷凍水供回水溫差恒定，并且系統(tǒng)運(yùn)行在設(shè)計(jì)工況下，傳統(tǒng)的控制方式是：可以根據(jù)系統(tǒng)流量將冷水機(jī)組分階段地投入運(yùn)行，使得冷水機(jī)組按照流量進(jìn)行逐臺(tái)加載或卸載。當(dāng)二次回路的流量增加開(kāi)始超過(guò)一次回路時(shí)，增開(kāi)一臺(tái)一次泵和冷水機(jī)；當(dāng)二次回路的流量減少到超過(guò)一臺(tái)冷水機(jī)的流量時(shí)，便關(guān)閉一臺(tái)冷水機(jī)和一次泵。

但是，由于盤(pán)管結(jié)垢、溫控器設(shè)定錯(cuò)誤和冷凍水供回水溫差過(guò)小等因素，系統(tǒng)很少會(huì)在設(shè)計(jì)的溫差下運(yùn)行，大部分時(shí)間都是在部分負(fù)荷下運(yùn)行。因此，以流量來(lái)反映負(fù)荷的狀態(tài)并不可靠。所以，在傳統(tǒng)的空調(diào)制冷站控制方法中，控制的假定條件通常是不成立的。通過(guò)這種控制方法來(lái)控制空調(diào)制冷站的運(yùn)行，勢(shì)必會(huì)造成以部分負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行的冷水機(jī)組臺(tái)數(shù)比實(shí)際需要投入運(yùn)行的臺(tái)數(shù)多，使得制冷站的運(yùn)行效率低下。

例如，使用碳?xì)漕愔评鋭┑睦渌畽C(jī)，隨著冷凝器入口的冷卻水溫度每降低1℃，其制冷量可以增加0.5% ～1.5%。但是，當(dāng)冷水機(jī)組按照流量進(jìn)行逐臺(tái)加載或卸載時(shí)，卻無(wú)法發(fā)揮其在較高能效比運(yùn)行工況下制冷量增大的好處。在典型的一次/二次泵冷凍水系統(tǒng)中，只要流量超過(guò)了一臺(tái)冷水機(jī)的設(shè)計(jì)流量，即使運(yùn)行中的冷水機(jī)組處于部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，下一臺(tái)冷水機(jī)組便須投入運(yùn)行。

為了提高運(yùn)行效率，必須采取措施來(lái)避免冷凍水供回水溫差減小，使冷水機(jī)組合理加載和卸載。

變水溫控制方法

由于受氣象條件等因素影響，空調(diào)系統(tǒng)在多數(shù)時(shí)間都處于部分負(fù)荷下運(yùn)行，空調(diào)負(fù)荷遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)負(fù)荷。因此，根據(jù)空調(diào)負(fù)荷的全年變化情況，在部分負(fù)荷時(shí)段調(diào)整制冷機(jī)運(yùn)行參數(shù)，適當(dāng)提高制冷機(jī)蒸發(fā)溫度及冷水供水溫度，可以提高機(jī)組的運(yùn)行效率，降低運(yùn)行能耗。

研究表明，隨著冷水機(jī)組的出口冷水溫度升高，冷水機(jī)組的制冷量逐漸增加，COP值逐漸增加。冷水溫度的升高使冷水機(jī)組的蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度升高，從而改善主機(jī)的制冷性能，使得制冷量和COP 值增加。當(dāng)空調(diào)負(fù)荷變化時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)離心式制冷機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉或調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，改變蒸氣吸入量，以適應(yīng)供冷量的要求。冷水溫度與供冷量分階段呈線性關(guān)系，冷水溫度越低，供冷量越大。當(dāng)冷水流量較低時(shí)，提高冷水流量能夠顯著增大供冷量；當(dāng)冷水流量較大時(shí)，再提高冷水流量并不能使供冷量明顯增大。冷凍水出水溫度每升高1℃，COP提高2%～4%。因此在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上盡量提高制冷機(jī)組出水溫度可達(dá)到節(jié)能的目的。所以，根據(jù)氣象條件和空調(diào)負(fù)荷的變化，確定合理的供水溫度，在部分負(fù)荷時(shí)段實(shí)行分階段變水溫運(yùn)行，即在不同的時(shí)間段采用不同的制冷機(jī)組出水溫度，可以提高制冷機(jī)運(yùn)行效率，降低運(yùn)行能耗，達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的。

中央空調(diào)冷凍水變流量控制技術(shù)

目前，常見(jiàn)的中央空調(diào)冷凍水變流量控制技術(shù)，主要有恒壓差控制和恒溫差控制兩種。

1.恒壓差控制

恒壓差控制是指通過(guò)恒定冷凍水供回水壓差來(lái)調(diào)節(jié)冷凍水流量。通過(guò)安裝在冷凍水系統(tǒng)管路上的壓差傳感器檢測(cè)到冷凍水供回水壓差，將實(shí)測(cè)壓差與設(shè)定壓差進(jìn)行比較，然后根據(jù)二者之間的偏差采用PID 控制技術(shù)來(lái)對(duì)變頻冷凍水泵進(jìn)行變頻控制，從而對(duì)冷凍水泵進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。

由于壓差響應(yīng)的時(shí)滯性比較小，當(dāng)負(fù)荷側(cè)流量波動(dòng)頻繁時(shí)，壓差能夠較快跟隨流量的變化而變化，調(diào)節(jié)時(shí)間較短。但是，由于冷凍水系統(tǒng)的負(fù)荷與壓差之間沒(méi)有直接的關(guān)系，空調(diào)負(fù)荷的變化不能準(zhǔn)確地通過(guò)壓差的變化來(lái)描述；同樣，壓差的變化也不能準(zhǔn)確地反映負(fù)荷的變化。因此，將壓差作為被控變量來(lái)調(diào)節(jié)冷凍水流量，不可能保證冷凍水流量準(zhǔn)確地隨著負(fù)荷變化而變化。冷凍水系統(tǒng)中供回水管路之間的壓差是由其阻力產(chǎn)生的。當(dāng)冷凍水流量沒(méi)有發(fā)生明顯變化時(shí)，水流阻力也不會(huì)發(fā)生明顯變化，此時(shí)壓差是不會(huì)改變的。但是，如果冷凍水流量不變，當(dāng)空調(diào)負(fù)荷變化時(shí)，冷凍水溫度會(huì)隨之改變，而壓差卻沒(méi)有改變。此時(shí)，恒壓差控制便失去對(duì)冷凍水流量的有效控制。因此，恒壓差控制僅僅適用于負(fù)荷變化并伴隨有明顯的冷凍水流量變化，從而有壓差變化的場(chǎng)合。

2.恒溫差控制

恒溫差控制是指通過(guò)恒定冷凍水供回水溫差來(lái)調(diào)節(jié)冷凍水流量。通過(guò)安裝在冷凍水系統(tǒng)管路上的溫度傳感器檢測(cè)到冷凍水供回水溫差，將實(shí)測(cè)溫差與設(shè)定溫差進(jìn)行比較，然后根據(jù)二者之間的偏差采用PID控制技術(shù)來(lái)對(duì)變頻冷凍水泵進(jìn)行變頻控制，從而對(duì)冷凍水泵進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。

由于冷凍水供回水溫差的變化可以直接反映空調(diào)負(fù)荷的變化，因此，將冷凍水供回水溫差作為被控變量，可以獲得比較好的控制效果。但是，由于溫度采集點(diǎn)離空調(diào)末端有的距離，并且空調(diào)管路比較長(zhǎng)，冷凍水要經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)(時(shí)間)后，其溫度變化才能反映出來(lái)。因此，恒溫差控制也具有時(shí)滯性，當(dāng)前時(shí)刻所檢測(cè)到的冷凍水供回水溫差，實(shí)質(zhì)上反映的是一段時(shí)間以前的溫度變化。將其作為被控變量來(lái)調(diào)節(jié)冷凍水流量，也不可能保證冷凍水流量準(zhǔn)確地隨著負(fù)荷變化而變化。當(dāng)空調(diào)負(fù)荷發(fā)生突變時(shí)，由于溫度變化的時(shí)滯性導(dǎo)致冷凍水流量不能及時(shí)地跟隨負(fù)荷的變化而產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)節(jié)動(dòng)作，存在較大的控制時(shí)間滯后，影響了控制的及時(shí)性和快速性。

以上兩種控制方法都采用了經(jīng)典的PID控制。PID控制需要通過(guò)對(duì)比例系數(shù)Kp積分時(shí)間常數(shù)Ti和微分時(shí)間常數(shù)TD進(jìn)行整定。這種整定過(guò)程實(shí)質(zhì)上是對(duì)比例、微分和積分三部分控制作用的折中，整定過(guò)程中三個(gè)參數(shù)之間互相影響，很難收到預(yù)期的效果。PID控制無(wú)法解決穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性之間的矛盾。加大控制作用，可以使偏差減小，準(zhǔn)確性提高，但卻降低了穩(wěn)定性；反之，如果限制控制作用，可以保證穩(wěn)定性，但是卻又降低了控制作用的準(zhǔn)確性。

3.變水量控制策略

變水量節(jié)能控制是要使冷水所載的冷量及冷卻水所帶走的熱量與不斷變化的末端負(fù)荷相匹配，從而能夠節(jié)約水輸送環(huán)路水泵的運(yùn)行費(fèi)用。隨著溫度和濕度以及其他環(huán)境因素的變化，空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷會(huì)發(fā)生變化，所需的水量也會(huì)隨著負(fù)荷的變化而變化。

通常情況下，由于冷水機(jī)組絕大多數(shù)都在低負(fù)荷的情況下運(yùn)行，如果水泵的頻率與負(fù)荷的變化不匹配，會(huì)造成嚴(yán)重的大流量小溫差現(xiàn)象。在進(jìn)行變水量節(jié)能控制時(shí)，要保證各設(shè)備在大范圍內(nèi)變流量運(yùn)行的同時(shí)，將出水溫度控制在允許的范圍內(nèi)。

在冷凍水泵變頻、冷卻水泵定頻的情況下，采用變水量控制策略，通過(guò)控制冷凍水泵的頻率來(lái)改變冷凍水的流量，達(dá)到減少冷凍水泵的耗能的目的。由于僅僅通過(guò)溫差控制來(lái)實(shí)現(xiàn)水泵的變頻，會(huì)使水泵頻率波動(dòng)較大，影響控制的穩(wěn)定性。因此，可以在溫差控制的同時(shí)，對(duì)末端空調(diào)機(jī)組的水閥開(kāi)度進(jìn)行控制，通過(guò)末端空調(diào)機(jī)組水閥開(kāi)度和末端溫差來(lái)控制水泵的頻率，可以在保證末端負(fù)荷冷量需求的同時(shí)，大大減小冷凍水泵的能耗，從而達(dá)到較好的控制效果和節(jié)能效果。

4.基于負(fù)荷預(yù)測(cè)的冷凍水流量動(dòng)態(tài)控制

負(fù)荷預(yù)測(cè)控制是指基于對(duì)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的預(yù)測(cè)而對(duì)冷凍水流量進(jìn)行控制。負(fù)荷預(yù)測(cè)控制是一種超前控制，它通過(guò)對(duì)冷凍水系統(tǒng)供水溫度、回水溫度、流量、溫差和室外環(huán)境溫度等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，采用的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，推理出空調(diào)系統(tǒng)“未來(lái)時(shí)刻”的負(fù)荷，提前對(duì)冷凍水泵進(jìn)行變頻控制，對(duì)冷凍水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)提供的冷量與負(fù)荷需求的冷量相匹配，限度地減小偏差。

(1)基于負(fù)荷預(yù)測(cè)的冷凍水流量模糊控制技當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先通過(guò)負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)對(duì)空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)當(dāng)前時(shí)刻的冷凍水系統(tǒng)供水溫度、回水溫度、流量、溫差、空調(diào)區(qū)域?qū)嶋H冷量、室外環(huán)境溫度和室外太陽(yáng)輻射強(qiáng)度等參數(shù)，預(yù)測(cè)出下一時(shí)刻的空調(diào)負(fù)荷(即空調(diào)區(qū)域所需冷量)，將其傳送給模糊控制器。模糊控制器通過(guò)比較得到被控空調(diào)負(fù)荷偏差及偏差變化率，利用模糊控制規(guī)則庫(kù)中的一系列控制規(guī)則，經(jīng)過(guò)模糊推理，得到可以獲得預(yù)期冷量的系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)(如冷凍水流量) 的模糊控制值，并對(duì)其進(jìn)行清晰化處理，將其轉(zhuǎn)換為的控制量，通過(guò)執(zhí)行器去控制冷凍水泵(被控對(duì)象)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)和轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)冷凍水流量，為下一時(shí)刻提供空調(diào)設(shè)備所需的冷量。

將當(dāng)前時(shí)刻的實(shí)際負(fù)荷與預(yù)測(cè)負(fù)荷進(jìn)行比較，根據(jù)二者的偏差對(duì)預(yù)測(cè)負(fù)荷控制效果進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)比較和評(píng)估情況，對(duì)負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)在線修正：當(dāng)空調(diào)實(shí)際負(fù)荷大于預(yù)測(cè)負(fù)荷時(shí)，提高冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，從而增大冷凍水流量，以增加冷量供應(yīng)，保證空調(diào)末端對(duì)冷量的需求；當(dāng)空調(diào)實(shí)際負(fù)荷小于預(yù)測(cè)負(fù)荷時(shí)，降低冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，從而減小冷凍水流量，以減小冷量供應(yīng)，減少多余的冷量輸送。將負(fù)荷預(yù)測(cè)控制技術(shù)與模糊控制技術(shù)結(jié)合起來(lái)，對(duì)冷凍水泵進(jìn)行變頻控制，通過(guò)不斷地反復(fù)檢測(cè)、反復(fù)比較和反復(fù)調(diào)節(jié)，就可以實(shí)現(xiàn)空調(diào)負(fù)荷所需冷量與冷凍水泵所提供的冷量相適應(yīng)，使得冷凍水系統(tǒng)始終處于的冷量供應(yīng)狀態(tài)，節(jié)省冷凍水泵的能耗。

(2)冷凍水流量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊預(yù)測(cè)優(yōu)化控制技術(shù)

作為一類優(yōu)化控制算法，預(yù)測(cè)控制與通常的離散控制算法不同，不是采用一個(gè)不變的全局優(yōu)化目標(biāo)，而是采用滾動(dòng)式的有域優(yōu)化策略。這意味著優(yōu)化過(guò)程不是一次離線進(jìn)行的，而是反復(fù)在線進(jìn)行的。這種有限優(yōu)化目標(biāo)的方法，在理想情況下只能得到全局的次優(yōu)解。但其滾動(dòng)實(shí)施，卻能顧及由于模型失配、時(shí)變和干擾等引起的不確定性，及時(shí)進(jìn)行彌補(bǔ)，始終把新的優(yōu)化建立在實(shí)際的基礎(chǔ)上，使控制保持實(shí)際上的。預(yù)測(cè)控制的三個(gè)特征，即預(yù)測(cè)模型、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正，正是一般控制論中模型、控制和反饋概念的具體體現(xiàn)。預(yù)測(cè)控制的滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正始終建立在實(shí)際控制過(guò)程的基礎(chǔ)上，能夠有效地克服控制系統(tǒng)中模型不、非線性和時(shí)變等不確定性的影響。

可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制與非線性預(yù)測(cè)優(yōu)化控制結(jié)合起來(lái)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊預(yù)測(cè)優(yōu)化控制方法對(duì)冷凍水流量進(jìn)行預(yù)測(cè)控制。采用前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為預(yù)測(cè)模型，以自調(diào)整模糊控制器作為優(yōu)化控制器，采用多步預(yù)測(cè)方式，系統(tǒng)的優(yōu)化性能指標(biāo)綜合考慮負(fù)荷偏差(即空調(diào)負(fù)荷實(shí)際冷量與預(yù)測(cè)冷量之間的偏差)小和冷凍水泵的能耗小這兩方面因素。

由于建立中央空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)模型需要的相關(guān)變量很多，各變量之間的關(guān)系相互耦合，錯(cuò)綜復(fù)雜，而且中央空調(diào)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的非線性和時(shí)變性，采用傳統(tǒng)的機(jī)理建模方法不容易實(shí)現(xiàn)。

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建模方法避開(kāi)了傳統(tǒng)意義上具有確定數(shù)學(xué)關(guān)系的模型，它利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所具有的自學(xué)習(xí)能力和良好的逼近非線性映射的能力，在非線性系統(tǒng)建模中有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此首先利用前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立對(duì)象的負(fù)荷預(yù)測(cè)模型。采用三層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為中央空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型由輸入層、隱層和輸出層組成。將k時(shí)刻的室外太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、室外溫度、室外相對(duì)濕度、冷凍水系統(tǒng)供水溫度、回水溫度、流量、溫差、空調(diào)區(qū)域?qū)嶋H冷量和冷凍水泵的變頻器控制電壓等作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型的輸入，將k+1時(shí)刻的空調(diào)負(fù)荷冷量作為模型的輸出。在對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)時(shí)，應(yīng)注意到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的泛化問(wèn)題。為了提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的泛化能力，采用貝葉斯正則化方法來(lái)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行辨識(shí)。

然后采用多步預(yù)測(cè)性能指標(biāo)來(lái)訓(xùn)練自調(diào)整模糊控制器，對(duì)于每一個(gè)采樣時(shí)刻，性能指標(biāo)只在涉及從該時(shí)刻起的未來(lái)有段內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化。到了下一采樣時(shí)刻，優(yōu)化時(shí)段同時(shí)向前推移，這樣便可以保證點(diǎn)的獲得，也能減輕搜索點(diǎn)過(guò)程中的計(jì)算量，使控制策略反應(yīng)更及時(shí)。

后將自調(diào)整模糊控制器與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型相結(jié)合，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊預(yù)測(cè)控制策略對(duì)冷凍水流量進(jìn)行預(yù)測(cè)控制。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊預(yù)測(cè)控制策略對(duì)中央空調(diào)冷凍水流量進(jìn)行控制，可以取得良好的控制效果，同時(shí)又能根據(jù)性能指標(biāo)的要求降低冷凍水泵的能耗，從而在滿足空調(diào)負(fù)荷要求的同時(shí)，也達(dá)到了節(jié)省冷凍水泵能耗的目的。

冷水機(jī)組群控策略

對(duì)冷水機(jī)組實(shí)施群控優(yōu)化控制，可以節(jié)約能源，在滿足末端負(fù)荷的基礎(chǔ)上減少制冷機(jī)的運(yùn)行數(shù)量，并且可以對(duì)制冷機(jī)的使用時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化控制。上位機(jī)通過(guò)與冷水機(jī)組實(shí)時(shí)通信獲得冷水機(jī)組的負(fù)載率、運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)，根據(jù)單臺(tái)制冷機(jī)的負(fù)載率或多臺(tái)制冷機(jī)的平均負(fù)載率來(lái)控制冷水機(jī)組起動(dòng)或停止的臺(tái)數(shù)，根據(jù)每臺(tái)冷水機(jī)組的總運(yùn)行時(shí)間決定優(yōu)先關(guān)閉或是優(yōu)先起動(dòng)幾號(hào)冷機(jī)。冷水機(jī)組群控策略流程圖如圖2所示。

冷凍站變流量和變水溫綜合節(jié)能優(yōu)化控制策略

冷水機(jī)組高的COP一般不出現(xiàn)在滿負(fù)荷時(shí)，而是出現(xiàn)在部分負(fù)荷時(shí)。制冷機(jī)的出水溫度設(shè)定值對(duì)COP 有著重要的影響。提高制冷機(jī)的出水溫度(即冷凍水出水溫度)可以提高COP的值，二者基本呈線性關(guān)系。冷凍水出水溫度每升高1℃，COP 提高2%～4%。因此在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上盡量提高冷機(jī)出水溫度可達(dá)到節(jié)能的目的。但是為了滿足末端機(jī)組對(duì)環(huán)境的要求，通常應(yīng)設(shè)定冷機(jī)出水溫度的上下限，這個(gè)限值可根據(jù)冷機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行的結(jié)果獲得。

在變流量系統(tǒng)中，隨著冷凍水溫度的變化，水泵能耗與制冷機(jī)能耗在程度上相互影響。

冷機(jī)與冷凍水泵的能耗關(guān)系如圖3所示。由圖3可以看出，制冷機(jī)的能耗隨著冷凍水溫度的提高線性降低。同時(shí)，由于需要較大的流量來(lái)滿足末端的需求，水泵能耗會(huì)隨之非線性上升。冷機(jī)與水泵能耗之和先下降到低點(diǎn)然后上升。因此，在某一部分負(fù)荷下，會(huì)存在一個(gè)冷凍水供水溫度，使冷機(jī)和水泵的能耗之和小。

圖3 冷機(jī)與冷凍水泵的能耗關(guān)系

采用冷凍站變流量、變水溫綜合節(jié)能優(yōu)化控制策略，將冷凍泵的運(yùn)行功率和制冷機(jī)的運(yùn)行功率之和小作為優(yōu)化性能指標(biāo)，在冷凍水泵的頻率不斷變化的基礎(chǔ)上計(jì)算出的制冷機(jī)的冷凍水出水溫度。在滿足末端負(fù)荷要求和保證設(shè)備前提下，通過(guò)提高冷凍水的出水溫度來(lái)提高制冷機(jī)的COP，達(dá)到制冷機(jī)節(jié)能的目的。

這種控制策略將變流量控制與變水溫控制結(jié)合起來(lái)，綜合兩種控制方法的優(yōu)勢(shì)，綜合考慮制冷機(jī)的能耗與冷凍水泵的能耗，將二者的運(yùn)行功率之和小作為優(yōu)化性能指標(biāo)，同時(shí)對(duì)冷凍水泵的頻率和制冷機(jī)的冷凍水出水溫度進(jìn)行優(yōu)化控制。可以在保證末端負(fù)荷冷量需求的同時(shí)，大大地降低制冷站的功率損耗，達(dá)到制冷站節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行的目的。

結(jié)束語(yǔ)

中央空調(diào)系統(tǒng)制冷站主要由制冷機(jī)組、冷卻水泵、冷凍水泵和冷卻塔等設(shè)備組成?？照{(diào)冷負(fù)荷是隨著外部條件的變化而變化的，空調(diào)系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間僅占總運(yùn)行時(shí)間的15%～20%，使制冷機(jī)組大部分時(shí)間都處于低負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，很難保證制冷機(jī)組在率下工作。影響空調(diào)系統(tǒng)能耗的主要因素是制冷機(jī)本身的性能以及冷凍水的流量和供回水溫差，影響水泵和風(fēng)機(jī)能耗的主要因素是輸送水或空氣的流量和水或空氣在輸送過(guò)程中的阻力。因此對(duì)建筑物空調(diào)冷負(fù)荷的變化規(guī)律、制冷機(jī)組部分負(fù)荷性能、制冷機(jī)組選配方案和制冷站運(yùn)行模式優(yōu)化的研究越來(lái)越受到研究人員的重視。

本文介紹了幾種常用的中央空調(diào)制冷站的控制方法，由于系統(tǒng)大部分時(shí)間都是在部分負(fù)荷下運(yùn)行，傳統(tǒng)的空調(diào)制冷站控制方法會(huì)使得制冷站的運(yùn)行效率低下。在變水溫控制方法中，可以根據(jù)氣象條件和空調(diào)負(fù)荷的變化，確定合理的供水溫度，在部分負(fù)荷時(shí)段采用不同的制冷機(jī)組出水溫度，實(shí)行制冷機(jī)分階段變水溫運(yùn)行，可以提高制冷機(jī)運(yùn)行效率，降低運(yùn)行能耗，達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的。

在中央空調(diào)冷凍水變流量控制技術(shù)中，基于負(fù)荷預(yù)測(cè)的冷凍水流量動(dòng)態(tài)控制首先對(duì)空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，推理出空調(diào)系統(tǒng)“未來(lái)時(shí)刻”的負(fù)荷，然后采用模糊控制技術(shù)對(duì)冷凍水泵進(jìn)行預(yù)測(cè)優(yōu)化控制，提前對(duì)冷凍水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)提供的冷量與負(fù)荷需求的冷量相匹配，限度地減小偏差。

冷水機(jī)組群控策略可以根據(jù)單臺(tái)制冷機(jī)的負(fù)載率或多臺(tái)制冷機(jī)的平均負(fù)載率，來(lái)控制冷水機(jī)組運(yùn)行或停止的臺(tái)數(shù)，控制冷水機(jī)組的起停。將溫差控制與對(duì)末端空調(diào)機(jī)組的水閥開(kāi)度進(jìn)行控制結(jié)合起來(lái)，可以消除僅僅采用溫差控制可能會(huì)導(dǎo)致的冷凍水泵頻繁起動(dòng)的問(wèn)題，達(dá)到較好的控制效果。采用冷凍站變流量、變水溫綜合節(jié)能優(yōu)化控制策略，將變流量控制與變水溫控制結(jié)合起來(lái)，綜合了兩種控制方法的優(yōu)勢(shì)，可以達(dá)到良好的制冷站節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行效果