摘要：文章主要介紹了采用樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)實現對空調末端設備的節(jié)能自動控制。當空調負荷發(fā)生變化時，通過采集一組參數值，經模糊運算，改變冷水機組工作狀態(tài)、冷凍(溫)水和冷卻水流量和冷卻塔風機的風量，確保冷水機組始終工作在效率z*佳狀態(tài)，使主機始終處于高轉換效率的z*佳運行工況。

關鍵詞：樓宇自動化節(jié)約能源空調末端裝置

1、當前空調系統(tǒng)設計中的節(jié)能措施

1.1采用樓宇設備自動控制技術對空調末端裝置進行控制

在智能建筑中通常采用樓宇設備自控系統(tǒng)，對中央空調系統(tǒng)末端的新風機、回風機、變風量風機、風機盤管等裝置進行狀態(tài)監(jiān)視和使用的“精細化”控制，以實現節(jié)能的目的。它通過DDC(直接數字控制器)控制器，將檢測的相關量值進行PID(比例、積分、微分)運算，實現對上述設備的PID控制，達到一定的節(jié)能效果。這種對空調末端設備的控制可節(jié)能10%-15%，因為不能實現對空調制冷站及空調水系統(tǒng)的智能控制，因此，節(jié)能效果不顯著。這種節(jié)能控制技術的典型代表產品和生產廠商有：

(1)美國霍尼韋爾公司EXCEL5000樓宇設備自控系統(tǒng);

(2)美國Johnson公司的樓宇自動化系統(tǒng);

(3)德國西門子公司S600頂峰系統(tǒng)等。

空調末端設備的控制采用樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)，這些設備的主要特性均實現了對空調末端設備的節(jié)能自動控制，并為GESEP動態(tài)變流量空調節(jié)能控制系統(tǒng)的運行創(chuàng)造了更為良好的外部條件。

1.2采用通用變頻器對中央空調系統(tǒng)中的水泵和風機進行控制

為降低中央空調系統(tǒng)的能源浪費，宜采用通用變頻器來控制空調系統(tǒng)gesep.com的水泵和風機，通過對供、回水壓差或溫差的采集，對水泵和風機進行PID調節(jié)，以達到節(jié)能效果。這種控制方法通常可以節(jié)約水泵和風機等電機拖動系統(tǒng)的電能約20%，z*高可達30%。這種節(jié)能控制技術的生產廠商和典型代表產品有：

(1)美國AB(AllenBradley)公司，代表產品有通用變頻器1336PLUSII系列產品;

(2)法國施耐德電氣(SchneiderElectric)公司，代表產品有Ahivar38系列異步電動機變頻器;

(3)德國西門子(SIEMENS)公司，代表產品有通用變頻器MICROMASTER440系列產品。

2、動態(tài)變流量空調節(jié)能控制系統(tǒng)

2.1動態(tài)變流量控制原理

當空調負荷發(fā)生變化時，通過采集一組參數值經模糊運算，及時調節(jié)冷水機組、各水泵和冷卻塔風機的運行工作參數，從而改變冷水機組工作狀態(tài)、冷凍(溫)水和冷卻水流量，改變冷卻塔風機的風量，確保冷水機組始終工作在效率z*佳狀態(tài)，使供回水溫度始終處于設定值，從而使主機始終處于高轉換效率的z*佳運行工況。

動態(tài)變流量控制的核心是變流量控制器，在控制器中建立了知識庫、模糊控制模型和模糊運算規(guī)則，形成智能模糊控制。通過采集影響冷水機組運行的各種參數，經模糊運算，得出相應的控制參數，這些控制參數被送到冷水機組、冷凍(溫)水控制子系統(tǒng)、冷卻水控制子系統(tǒng)、冷卻塔風機控制子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)根據控制參數的變化，利用現代變頻控制技術，改變空調系統(tǒng)循環(huán)水的流量和溫度，以保證整個系統(tǒng)在滿負荷和部分負荷情況下，均處于z*佳工作狀態(tài)，從而z*終達到綜合節(jié)能的目的。

2.2動態(tài)變流量節(jié)能控制方法

2.2.1變流量冷卻水泵系統(tǒng)

當末端空調負荷減少時，反映到冷水機組將出現冷卻水出水溫度降低的現向，溫度傳感器檢測出這種變化趨勢后，模糊控制系統(tǒng)將自動降低冷卻水泵的工作頻率，降低冷卻水進水流量，提高冷卻水出水溫度，并使進、出水溫差控制在z*佳設定值上，維持冷水機組的高效率運行。

2.2.2一次泵變流量系統(tǒng)

當末端空調負荷變小時，末端空調設備前的兩通閥將會關閉或減小，負荷側回路管路的阻力增大，冷凍水供、回水溫差將出現減小，供回水管的壓差將出現增高的趨勢。水溫傳感器及水流壓差器檢測出這種趨勢后，模糊控制系統(tǒng)將自動降低冷凍水泵的工作頻率，減少冷凍水流量，并使供回水溫差及供回水壓差控制在z*佳設定值上，維持冷水機組的高效率運行。

2.2.3二次泵變流量設計

二次泵變流量系統(tǒng)分為一級泵變流量系統(tǒng)和二級泵變流量系統(tǒng)。其控制原理及效果與一次泵變流量大致相同(在這里不再一一贅述)。而一級泵系統(tǒng)負責確保冷水機組的安全運行，一級泵系統(tǒng)的旁通管路一般設計為直通管，管徑按一臺冷水機組額定流量設計。一次泵變流量系統(tǒng)跟蹤二級泵環(huán)路的流量變化，并保證一級泵環(huán)路的流量大于二級泵環(huán)路的流量，使旁通冷凍水管保持從供水管流向回水總管。當旁通管的流量超出設定值的范圍時，變流量控制器將模糊PID調節(jié)一級泵的工作頻率，使旁通管的流量返回設定值。

3、動態(tài)變流量節(jié)能控制系統(tǒng)與目前通用變頻器控制系統(tǒng)的區(qū)別

3.1控制原理不同

通用變頻器控制是采用通用變頻器對受控的水泵電機、風機電機進行單獨的控制。當其控制系統(tǒng)檢測到某一受控量值時，就按這個量值與給定值之間的誤差進行比例(P)、積分(1)和微分(D)之間的線性組合進行控制，即PID控制。這種控制方法只適合于線性系統(tǒng)中，并對單一控制對象實施控制。

動態(tài)變流量節(jié)能控制系統(tǒng)是采用模糊控制技術與變頻技術相結合的控制原理，雖然也使用了通用變頻器(VVVF)，但它不是采用PID控制方式，而是采用模糊控制方法。也就是在整個系統(tǒng)控制過程中，以語言描述人類知識，并把它表示成模糊規(guī)則或關系，通過推理、利用知識庫，把某些知識與過程狀態(tài)結合起來的控制行為。它并不具有明顯的PID結構，但也可以稱為非線性PID控制器，它是根據系統(tǒng)的誤差信號和誤差的微分或差分來決定控制器的參數，尤其適合非線性和時變性的被控對象。

3.2控制方法的不同

中央空調系統(tǒng)的受控參數受季節(jié)變化、環(huán)境變化、使用時間、人流量等多種因素的綜合影響，是一個隨機變量，而不是一個線性系統(tǒng)，只是一個非線性系統(tǒng)。因此，決定中央空調系統(tǒng)冷凍(溫)水流量和溫度、冷卻水流量和溫度的需求量也是一個隨機變量。

通用變頻器所采用的z*重要的控制參數，如比例系數K、積分時間常數T1和微分時間常數Td都是使用經驗數據或試驗數據確定的，一旦選定就不能自動調節(jié)。因此，PID控制系統(tǒng)只適合于線性系統(tǒng)，對于非線性系統(tǒng)不可能達到z*佳控制，即選用比例系數和時間常數后，采用同一種控制方法對付各種不同的負荷狀態(tài)，效果當然是不理想的。

模糊控制系統(tǒng)本來就不要求準確掌握受控量的數值，但是它已經考慮了受控量的各種可能性，跟蹤受控參數的變化，始終使被控系統(tǒng)處于z*佳運行狀態(tài)，對于各種非線性系統(tǒng)和時變性系統(tǒng)都能提供z*佳的決策。

3.3控制效果的不同

通用變頻器用PID控制方法，控制非線性系統(tǒng)時，很容易引起中央空調系統(tǒng)的強烈振蕩，使控制范圍在較大范圍內波動，增加了系統(tǒng)的能耗，也很容易使系統(tǒng)長時間都不能達到給定值的穩(wěn)定狀態(tài)，控制效果不理想，對于主機所配套的冷凍水泵和冷卻水泵以及冷卻塔風機等設備的節(jié)能z*多在20%-30%之間。因其采取了保障冷水機組工作狀態(tài)的措施，不可能節(jié)約燃料和主機電能。當然，也不能實現資源共享和無人值守管理。

而動態(tài)變流量節(jié)能控制系統(tǒng)由于建立了優(yōu)化模糊控制模型，對于中央空調系統(tǒng)可能出現的問題都給出充分的估計，因此，在計算中存儲的總決策表能提供z*佳的控制方案，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，極少出現振蕩現象，系統(tǒng)很快就能達到穩(wěn)態(tài)。可采用準確調節(jié)流量的方法去實現節(jié)能，水泵以及冷卻塔等平均節(jié)能達60%-80%。由于采取了特殊措施保障中央空調主機的高轉換效率，機組COP值始終處于z*佳值，因此對于吸收式溴化鋰機組可節(jié)約燃料20%-40%，對于電制冷主機可節(jié)電10%-30%。

動態(tài)變流量控制器具有強大的節(jié)能功能，在系統(tǒng)設計時就進行了系統(tǒng)集成，實現了各子系統(tǒng)的聯動和互操作，達到了資源的共享的目的。由于自動功能非常強大，從而實現了無人值守管理和聯網管理等，節(jié)省了人力、物力。這些都是通用變頻控制系統(tǒng)無法實現的。

4、在工程中應用的節(jié)能效果

動態(tài)變流量空調節(jié)能控制系統(tǒng)分別在貴州華城大酒店、貴州日報社、上海新錦江大酒店和成都國際會展中心等實際運行考核，驗證了動態(tài)變流量空調節(jié)能控制系統(tǒng)的節(jié)能效果。實踐證明：變流量中央空調系統(tǒng)與定流量中央空調系統(tǒng)相比較，水泵以及冷卻塔等平均節(jié)能達60%-80%;對于吸收式溴化鋰機組可節(jié)約燃料20%-40%;對于電制冷主機可節(jié)電10%-30%。基于動態(tài)變流量空調節(jié)能控制系統(tǒng)的節(jié)能效果，筆者在重慶市第二人民醫(yī)院住院綜合大樓(建筑面積29000m2，采用電制冷主機)和第三軍醫(yī)大學圖書綜合樓(建筑面積36000m2，采用吸收式溴化鋰機組)設計中采用了動態(tài)變流量空調節(jié)能控制系統(tǒng)，預計每項工程每年節(jié)約中央空調總運行費用達50-80萬元。

5、結束語

中央空調系統(tǒng)節(jié)能的潛力巨大，動態(tài)變流量空調節(jié)能控制系統(tǒng)給空調水系統(tǒng)的控制帶來一場革命，同時，給空調系統(tǒng)節(jié)能帶來前所未有的效果，具有廣闊的應用前景，值得大力推廣。