中央空調(diào)節(jié)能和降低能耗的探討
隨著人們對(duì)節(jié)能的意識(shí)的不斷增強(qiáng)，各類單位及個(gè)人采取了各式各樣降低中央空調(diào)的能耗的措施，但是從一般意義上來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的空調(diào)能耗降低的同時(shí)，也降低了人們的舒適感，因此以降低舒適感為代價(jià)的降耗行為并未能得到廣大的支持和全面的普及。如何才能在保障降低能耗的同時(shí)，又不降低舒適感，成為了目前空調(diào)節(jié)能的最大課題。本文就從以下幾個(gè)方面談一談如何節(jié)能和降低中央空調(diào)的能耗。
在當(dāng)今的社會(huì)生活中，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，生活質(zhì)量的不斷提高，空調(diào)的使用已經(jīng)成為人們生活和工作中的一項(xiàng)重要組成部分，在目前的許多建筑中都設(shè)置安裝了空調(diào)，環(huán)境是改善了，但付出的代價(jià)卻是能耗。在多種的耗能設(shè)備中，空調(diào)所消耗的能量比例占到建筑總能耗的60%以上，根據(jù)相關(guān)研究：以空調(diào)制冷模式為例，溫度設(shè)定值每提高1度，能耗可達(dá)7%，因此降低空調(diào)的能耗，將是人們面臨巨大而又艱巨的任務(wù)。
一、中央空調(diào)的節(jié)能
（一）通風(fēng)空調(diào)對(duì)人體的影響
由于建筑物的密閉性逐漸增加，裝修檔次也越來(lái)越高，從而導(dǎo)致室內(nèi)污染物的滯留量增加及延長(zhǎng)停留時(shí)間。如煙霧、病菌及從家具、墻面、地毯和油性漆中散發(fā)出的多種致病化學(xué)物質(zhì)，加上通風(fēng)換氣量的明顯不足，空氣在室內(nèi)循環(huán)造成室內(nèi)空氣品質(zhì)嚴(yán)重不合格。如何才能有效地解決空調(diào)房間存在的空氣品質(zhì)問題，已引起人們的廣泛關(guān)注。
通過通風(fēng)換氣向室內(nèi)提供大量新鮮空氣，是改善空氣質(zhì)量的有效措施。但同時(shí)意味著新風(fēng)負(fù)荷的增加；另外利用增加新風(fēng)量和排風(fēng)進(jìn)行熱交換也可以解決這一問題，同時(shí)可以減少空調(diào)的部分運(yùn)行耗能。在房屋建筑熱工設(shè)計(jì)時(shí)，為了能達(dá)到房間內(nèi)有舒適的微氣候，需要恰當(dāng)?shù)乩梅课輫o(hù)結(jié)構(gòu)的熱工特性以抵御室外氣候的變化。除此之外，還有規(guī)劃設(shè)計(jì)、系統(tǒng)方案、太陽(yáng)輻射和能源利用等幾個(gè)方面。
（二）內(nèi)外部條件的運(yùn)用
1、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)用
圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括外圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括屋面、外墻和窗戶等，內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)系指室內(nèi)地面、天棚、內(nèi)隔墻等。在北方采暖建筑中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱損失占總熱損失的比例很大，如北京地區(qū)，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱損失占全部熱損失的77%，在沈陽(yáng)地區(qū)，占65%左右。由此可見，改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能對(duì)暖通空調(diào)節(jié)能有著很重要的作用。
2、規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要
建筑的規(guī)劃設(shè)計(jì)是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重要指導(dǎo)，規(guī)劃節(jié)能設(shè)計(jì)需要從地址選擇、功能分區(qū)、建筑和道路布局走向、建筑物朝向、體形、間距、季節(jié)性尤其冬季主導(dǎo)風(fēng)向、太陽(yáng)輻射、建筑外部空間環(huán)境等方面進(jìn)行規(guī)劃布局。主要為優(yōu)化建筑物微氣候環(huán)境，重點(diǎn)考慮利于節(jié)能，充分重視利用太陽(yáng)能及冬季主導(dǎo)風(fēng)向、地形地貌的自然優(yōu)勢(shì)。節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)就要分析構(gòu)成環(huán)境小氣候的決定因素，即輻射因素、大氣環(huán)境因素和地理因素的不同影響因素，通過建筑師的規(guī)劃布置，認(rèn)真分析、充分論證，利用現(xiàn)有條件和改造不利因素，以形成良好的、利于節(jié)能的微氣候環(huán)境。
3、合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
〈1〉選擇合理的冷熱源設(shè)備。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)備的合理選型是影響空調(diào)節(jié)能的關(guān)鍵因素，合理配置中央空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源對(duì)節(jié)能和能源合理利用至關(guān)重要。中央空調(diào)系統(tǒng)常用的冷熱源配置方式有水冷冷水機(jī)組加鍋爐系統(tǒng)、熱泵機(jī)組和溴化鋰吸收式機(jī)組等。如：溴化鋰機(jī)組的能效比（制冷量/消耗的熱量）比較低，省電但并不節(jié)能適用于有廢熱和余熱的地方，如熱電廠等附近。
〈2〉利用蓄冷空調(diào)系統(tǒng)。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡的地區(qū)，很大程度上地存在著電負(fù)荷峰、谷差別較大的情況，在用電高峰時(shí)電力供應(yīng)不足，而在低谷用電時(shí)供應(yīng)過剩的浪費(fèi)。在實(shí)施電力峰、谷電價(jià)的地區(qū)，就可以采取低電價(jià)時(shí)段采用冰蓄冷系統(tǒng)將水制成冰來(lái)儲(chǔ)存冷量，高電價(jià)時(shí)段再將冷量釋放出去，這會(huì)對(duì)整個(gè)電力負(fù)荷的移峰補(bǔ)谷工作起到很好的效果，并能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。
〈3〉變頻技術(shù)的充分利用。變頻技術(shù)在現(xiàn)在空調(diào)系統(tǒng)的使用中成為一種必然性，不僅能有效地改造空調(diào)系統(tǒng)的某些不足，還能較大地降低能耗、節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。采取變頻技術(shù)的主要原因是：
A、設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)備選型時(shí)，通常會(huì)預(yù)留一定的富裕量，事實(shí)上設(shè)備很少會(huì)在全負(fù)荷下運(yùn)行，甚至不可能出現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)行的情況。
B、建筑物由于使用環(huán)境的變化，負(fù)荷也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。
C、建筑物的實(shí)際負(fù)荷會(huì)隨著室外氣候的變化而產(chǎn)生波動(dòng)。正常情況下，空調(diào)設(shè)備只能按設(shè)備的額定功率運(yùn)行。當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)，設(shè)備仍以額定功率全負(fù)荷輸出運(yùn)行。這就必然造成能量的浪費(fèi)。如果使用變頻技術(shù)（VRV），使空調(diào)設(shè)備的輸出功率隨著負(fù)荷的增減而變化，就會(huì)起到明顯的節(jié)能效果。根據(jù)空調(diào)負(fù)荷狀況，來(lái)改變水流量或風(fēng)流量從而有效地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。變風(fēng)量（VAV）空調(diào)系統(tǒng)是通過末端裝置來(lái)補(bǔ)償室內(nèi)負(fù)荷的變動(dòng)，調(diào)節(jié)室內(nèi)送風(fēng)量以維持室溫。變水量系統(tǒng)（風(fēng)機(jī)盤管）是通過水量控制的方法來(lái)調(diào)控溫度的。通過對(duì)水量、風(fēng)量及主機(jī)的變頻控制調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)所需空調(diào)負(fù)荷的用時(shí)匹配，使其達(dá)到節(jié)能的目的。
4、再生能源的應(yīng)用
可再生能源具有資源豐富、無(wú)污染、清潔安全、資源取之不盡可再生的優(yōu)勢(shì)，因此在能源日益短缺的今天，盡量利用再生能源是很有必要的；如：太陽(yáng)能的利用、地下水的利用、自然風(fēng)和土壤能源的利用、及海洋能的利用等。
二、中央空調(diào)能耗的降低的探討
暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)本身也是降低能耗的重要措施，節(jié)能的設(shè)計(jì)必須根據(jù)工程具體情況，對(duì)空調(diào)運(yùn)行季節(jié)進(jìn)行全方位、全過程的分析，找出一個(gè)合適的方案，使空調(diào)系統(tǒng)在不同的室外氣候參數(shù)或室內(nèi)狀況下都可以經(jīng)濟(jì)、合理、正常地運(yùn)行，就如同前述，這里就不再?gòu)?fù)述，下面就從中央空調(diào)的控制系統(tǒng)方面談一談能耗的降低。
1、中央空調(diào)控制的原理
由于要滿足客戶的最大需求，一般中央空調(diào)都按最高負(fù)荷的120%設(shè)計(jì)，但是，實(shí)際應(yīng)用中，中央空調(diào)有多半時(shí)間的實(shí)際負(fù)荷不到最大負(fù)荷的一半，中央空調(diào)冷（熱）量按末端負(fù)荷需求，即采用變頻器對(duì)冷凍（卻）水泵、風(fēng)扇調(diào)速，低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)相應(yīng)降低轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能。由于空調(diào)冷凍水的出回水溫差直接反映了空調(diào)的負(fù)荷變化，因此可通過檢測(cè)冷凍水的出回水溫差來(lái)調(diào)節(jié)冷凍（卻）水流量。由于中央空調(diào)存在非線性、大滯后的時(shí)變特征，目前傳統(tǒng)的控制方式為多模態(tài)模糊PID，利用變頻技術(shù)，降低負(fù)荷；比較出回水溫差與設(shè)定溫差調(diào)節(jié)比例閥開度；測(cè)量人流量，使中央空調(diào)系統(tǒng)末端能及時(shí)調(diào)節(jié)出經(jīng)濟(jì)并舒適的環(huán)境狀態(tài)等。 目前采用的溫差控制方案，多是采集蒸發(fā)器同一時(shí)刻的出水和回水側(cè)溫度，而事實(shí)上冷凍水的出水溫度要經(jīng)過一個(gè)冷凍水循環(huán)后，其溫度變化才能在回水中反映出來(lái)。換言之，所測(cè)回水溫度實(shí)際上是一個(gè)循環(huán)（通常為十幾分鐘）前空調(diào)冷凍出水與空調(diào)負(fù)荷相互作用的結(jié)果，它反映的是一個(gè)冷凍水循環(huán)周期之前的工況。同時(shí)，所采用的溫差控制方案未涉及實(shí)時(shí)室溫，實(shí)時(shí)室溫的引入有助于控制品質(zhì)的改善；監(jiān)測(cè)無(wú)人房間，消除向無(wú)人房間供冷（熱）能進(jìn)一步挖掘中央空調(diào)降耗的潛能，而且預(yù)測(cè)用戶側(cè)負(fù)荷時(shí)扣除無(wú)人房間因素，亦利于預(yù)測(cè)精度的提高。
2、智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
鑒于上述原因，若能開發(fā)出一套實(shí)時(shí)監(jiān)視自動(dòng)調(diào)節(jié)的智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別人的存在，并能實(shí)時(shí)監(jiān)視房間溫度，據(jù)此靈活調(diào)節(jié)泵機(jī)、風(fēng)扇，在保障溫度得到及時(shí)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)的同時(shí)，將能耗降到最低，這樣既實(shí)現(xiàn)了舒適感又達(dá)到了節(jié)能的目的。
該系統(tǒng)通過傳感器采集的冷凍出回水溫度、冷凍水流量、冷凍水系統(tǒng)壓力、冷卻水出回水溫度、冷卻水流量、冷卻水系統(tǒng)壓力，以及通過室溫及人體傳感系統(tǒng)采集房間實(shí)時(shí)室溫、無(wú)人房間等信息輸入中央空調(diào)總控系統(tǒng)；中央空調(diào)總控系統(tǒng)計(jì)算出各水泵和冷卻塔風(fēng)扇的控制參數(shù)，依次輸出給冷凍水變頻器、冷卻水變頻器和冷卻塔風(fēng)扇變頻器，計(jì)算出的運(yùn)行參數(shù)輸出給空調(diào)主機(jī)。
3、室溫及人體傳感系統(tǒng)
室溫及人體傳感系統(tǒng)是通過菲涅爾透鏡將人體輻射的紅外線聚集到熱釋電紅外傳感器上，轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷翰⒂尚盘?hào)調(diào)理電路處理，處理后的信號(hào)由無(wú)線發(fā)送模塊發(fā)送，檢測(cè)無(wú)人房間。
室溫采集和無(wú)人房間檢測(cè)通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采集。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)由協(xié)調(diào)器、路由器、終端三類節(jié)點(diǎn)組成；一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的組建以及與上位機(jī)的通信；路由器負(fù)責(zé)喚醒終端、對(duì)終端上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，通過各個(gè)路由器之間的跳躍接力將信息傳輸至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過串口傳輸至上位機(jī)；終端分布在各房間，采集房間的溫度并發(fā)送給路由器。位于房間門口的路由器通過菲涅爾透鏡檢測(cè)房間是否有人：若有人，菲涅爾透鏡通過信號(hào)調(diào)理電路產(chǎn)生一個(gè)高電平，路由器向終端發(fā)送溫度采集命令，接收到喚醒信息后，終端通過溫度傳感器采集房間的溫度，定時(shí)上傳至路由，路由通過數(shù)據(jù)融合算法計(jì)算出房間的當(dāng)前溫度，再上傳至上位機(jī)；若無(wú)人，則菲涅爾透鏡通過信號(hào)調(diào)理電路產(chǎn)生一個(gè)低電平，路由不向終端發(fā)出任何指令；房間內(nèi)最后一人離開時(shí)，菲涅爾透鏡通過信號(hào)調(diào)理電路之后產(chǎn)生一個(gè)從高電平到低電平的電平跳變，如果十分鐘后房間仍無(wú)人進(jìn)入，路由向終端發(fā)出停止采集的命令，終端重新進(jìn)入休眠狀態(tài)狀態(tài)。
4、冷凍（卻）水系統(tǒng)的控制
冷凍水系統(tǒng)通過蒸發(fā)器兩端的溫度反饋至溫差調(diào)節(jié)器，再由溫差調(diào)節(jié)器采用模糊控制計(jì)算出冷凍水流量調(diào)節(jié)量，作用于冷凍水泵變頻器，調(diào)節(jié)冷凍水泵工作頻率，從而減少冷凍水泵運(yùn)行的目的。
冷卻水系統(tǒng)的控制類似于冷凍水系統(tǒng)的控制，也是通過冷凝器兩端的溫度反饋至溫差調(diào)節(jié)器，再由溫差調(diào)節(jié)器根據(jù)時(shí)間關(guān)系計(jì)算出冷卻出回水實(shí)時(shí)溫差，從而計(jì)算出冷卻水流量調(diào)節(jié)量，作用于冷卻水泵變頻器，達(dá)到調(diào)節(jié)冷卻水泵工作頻率頻率的目的。
三、結(jié)語(yǔ)
通過上述分析，隨著環(huán)保節(jié)能技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用正在擴(kuò)大和普及，而空調(diào)的耗能又是巨大的，應(yīng)從設(shè)計(jì)、運(yùn)行等方面考慮節(jié)能，從而提高空調(diào)系統(tǒng)的總體節(jié)能水平。在節(jié)省能源、保護(hù)環(huán)境的大前提下，要采取各種節(jié)能措施，降低空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗和費(fèi)用。
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