摘 要：闡述了空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制方法，分別探討了可變風量、變送風溫濕度、變新風比的風系統(tǒng)的節(jié)能控制方法及解耦節(jié)能控制方法;空調(diào)冷凍水和冷卻水系統(tǒng)變參數(shù)的空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能控制方法。

　　關(guān) 鍵 字：空調(diào)系統(tǒng) 風系統(tǒng) 水系統(tǒng) 節(jié)能

　　前 言

　　當前，我國城鄉(xiāng)既有建筑總面積約400億m2，建筑能耗已占全國總能耗的近30%，預計到2020年，我國還將新增建筑面積300億m2，建筑耗能必將對我國的能源消耗造成長期的影響。空調(diào)系統(tǒng)的能耗約占整個建筑物總能耗的50%左右，如何既能滿足空調(diào)服務(wù)質(zhì)量，又能降低空調(diào)的能耗，一直是迫切解決的一大難題，也成為建筑領(lǐng)域節(jié)能的一個重要課題。空調(diào)系統(tǒng)由風系統(tǒng)和水系統(tǒng)組成，本文著重介紹了針對這兩種系統(tǒng)的節(jié)能控制方法。

　　一、空調(diào)風系統(tǒng)的節(jié)能控制方法

　　目前，我國空調(diào)風系統(tǒng)的主要形式有定風量全空氣系統(tǒng)、風機盤管加新風系統(tǒng)和變風量全空氣系統(tǒng)，從參數(shù)調(diào)節(jié)的角度講，現(xiàn)有空調(diào)風系統(tǒng)節(jié)能控制方法主要有變風量控制、變送風溫濕度控制和變新風比控制。

　　1、變風量節(jié)能控制方法.

　　變風量是風系統(tǒng)各節(jié)能控制方法中首要的調(diào)節(jié)方法，有如下兩大類。

　　⑴ 以送風靜壓為控制參考量的變風量控制，它是以末端變風量箱風閥閥位為參考量的送風靜壓設(shè)定值再設(shè)置方法。在20世紀90年代已廣泛用于實際系統(tǒng)，是以變風量箱閥位為控制參考量，通過變頻調(diào)節(jié)送風機轉(zhuǎn)速來維持所要求送風靜壓再設(shè)定值，以至少保證一個末端變風量箱風閥為全開狀態(tài)。隨后出現(xiàn)了閥位送風靜壓再設(shè)定集成控制方法，采用多個末端變風量箱的閥位信息同時作為參考量來提高控制系統(tǒng)的可靠性。

　　⑵ 變風量系統(tǒng)的回風機與送風機之間的變頻連鎖控制，它是變風量系統(tǒng)保證室內(nèi)正壓的關(guān)鍵。該控制方法有以下幾種：①根據(jù)設(shè)計工況下回風量是送風量的90%～95%來設(shè)置回風機的轉(zhuǎn)速設(shè)定值，進而實現(xiàn)回風機的變頻控制;但該方法在部分負荷下，常出現(xiàn)實際回風量大于所要求回風量的問題，難以保證室內(nèi)正壓要求。②以變風量系統(tǒng)空調(diào)機組回風管道內(nèi)靜壓值為控制參考量來調(diào)節(jié)回風機轉(zhuǎn)速，但該方法由于靜壓設(shè)定值的再設(shè)定難度大，實際中常采用定靜壓方法，從而導致回風機能耗過高。③以室內(nèi)外壓差為控制參考量來控制回風機轉(zhuǎn)速，但該方法由于室內(nèi)外壓差傳感器受建筑風壓和熱壓作用的影響較大，針對上述回風機變風量控制問題，已提出了基于送風機送風量實際測試結(jié)果的回風機變風量控制方法，該方法已應(yīng)用于多個變風量空調(diào)控制工程中，取得了很好的節(jié)能控制效果。

　　2、變送風溫濕度節(jié)能控制方法

　　在變風量控制的基礎(chǔ)上，優(yōu)化設(shè)置送風溫濕度并實現(xiàn)對表冷器、加熱器和加濕器的優(yōu)化控制，是進一步降低空調(diào)系統(tǒng)能耗的重要方法。變送風溫濕度也是定風量空調(diào)系統(tǒng)常用的重要節(jié)能調(diào)節(jié)方法。早先提出送風溫度隨室外溫度升高而降低送風溫度設(shè)定值的變送風溫度調(diào)節(jié)方法，該方法比定送風溫度冬季節(jié)能10%，夏季節(jié)能ll%～12%。接著又提出送風溫度設(shè)定值隨室外溫度而線性變化的變送風溫度調(diào)節(jié)方法。 隨后由于室內(nèi)濕度控制對變送風溫度調(diào)節(jié)影響，指出送風溫度設(shè)定值的再設(shè)定應(yīng)考慮室內(nèi)相對濕度的變化。在實際控制中，夏季和冬季滿負荷工況下送風溫度通常維持一固定值不變，而在過渡季或部分負荷下，才改變送風溫度設(shè)定值。

　　3、變新風比節(jié)能控制方法

　　新風比的控制指空調(diào)機組的新風閥、回風閥、排風閥的調(diào)節(jié)控制。當室外焓值低于室內(nèi)焓值時，可通過調(diào)節(jié)新風比、利用新風冷量來降低人工制冷的能耗。同時，新風比的調(diào)節(jié)還要滿足室內(nèi)CO2濃度的控制要求。有如下一些控制方法：①在新風需求預測的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化送風新風比和末端再熱器輸入電壓，實現(xiàn)了對空調(diào)機組各風閥開度和各區(qū)域末端再熱器前饋控制，該控制方法比最大新風比方法更節(jié)能。②只連鎖控制新風閥與回風閥，排風閥始終處于全開狀態(tài)，但該方法很難保證室內(nèi)正壓控制要求。③僅調(diào)節(jié)單個閥門開度，即保持回風閥與排風閥為全開狀態(tài)，僅調(diào)節(jié)新風閥開度控制新風量，或僅調(diào)節(jié)排風閥或回風閥調(diào)節(jié)送風量，保持其它兩個風閥為全開狀態(tài)，該控制方法可以減小其壓降，降低送風機與回風機的能耗，節(jié)能效果分別為12%與5%。同時可以有效避免排風閥滲風問題。目前已采用等價室外溫度的方法回避了新風濕度測試的問題，在實際工程中取得了很好的節(jié)能效果。

　　4、空調(diào)風系統(tǒng)的解耦節(jié)能控制方法

　　上述變風量、變送風溫濕度、變新風比的控制調(diào)節(jié)方法不僅全部體現(xiàn)在變風量全空氣空調(diào)系統(tǒng)上，而且?guī)缀鹾w了所有空調(diào)系統(tǒng)形式的單一控制環(huán)路的調(diào)節(jié)方法。但是，對于任一具體的空調(diào)風系統(tǒng)而言，變風量、變送風溫濕度、變新風比之間又存在較強的耦合關(guān)系，空調(diào)風系統(tǒng)各控制環(huán)路間解耦控制和協(xié)調(diào)控制是 實現(xiàn)風系統(tǒng)節(jié)能控制的又一關(guān)鍵問題。在技術(shù)研發(fā)上，將變風量空調(diào)系統(tǒng)分解為多個智能體，基于多智能體技術(shù)的分布式智能控制方法，有效地解決了變風量空調(diào)系統(tǒng)回路間的解耦和協(xié)調(diào)問題。由于空調(diào)風系統(tǒng)的非線性，解決風系統(tǒng)各環(huán)路耦合控制，通常是在風系統(tǒng)各控制環(huán)路間引入中間變量的解耦控制。

　　二、空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能控制方法

　　空調(diào)水系統(tǒng)是以末端空調(diào)房間為能量輸配目標、以管路為能量輸配通道、以循環(huán)水泵為能量輸配動力、以冷水機組和冷卻塔為冷源的復雜熱能供應(yīng)系統(tǒng)。它包括冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)。在雙級泵系統(tǒng)中，一次泵定流量、二次泵變流量的調(diào)節(jié)方法在實際中普遍應(yīng)用。空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能控制是典型的分布參數(shù)、多環(huán)路耦合、大滯后類控制。

　　1、空調(diào)冷凍水系統(tǒng)變參數(shù)節(jié)能控制方法

　　按控制參考模型的類型，冷凍水系統(tǒng)節(jié)能控制分為壓差控制、溫差控制和供水溫度控制。

　　⑴ 壓差控制的參考壓差常取設(shè)計工況下最不利水力環(huán)路末端用戶進出口壓差或供回水主干管兩側(cè)壓差，壓差控制又分為定壓差控制與變壓差控制。變流量空調(diào)水系統(tǒng)中二級泵供水壓差控制，通常以各空調(diào)機組表冷器水閥最大閥位為反饋信息，調(diào)節(jié)二次環(huán)路供回水壓差;采用末端壓差控制的系統(tǒng)，末端表冷器一般處于欠流狀態(tài)。壓差設(shè)定值的大小對系統(tǒng)的節(jié)能潛力影響較大。

　　⑵ 溫差控制的參考溫度差一般采用冷機側(cè)冷凍水進出口溫差。溫差控制適于用戶端不設(shè)置調(diào)節(jié)閥、空調(diào)區(qū)域個性化要求不高的場合，一般情況下溫差控制的節(jié)能效果高于壓差控制。但冷凍水系統(tǒng)溫差控制較壓差控制適用性小、約束條件多，壓差控制是大部分空調(diào)冷凍水系統(tǒng)主要的變流量控制方法。

　　⑶ 變供水溫度控制即通過提高冷水機組冷凍水供水溫度獲得較大節(jié)能效果的控制方法。部分負荷下通過優(yōu)化冷水機組運行臺數(shù)實現(xiàn)變供水溫度的調(diào)節(jié)是一種有效的節(jié)能控制方法。在變供水溫度控制中，冷凍水供水溫度的提高受末端空調(diào)機組表冷器除濕要求的限制。變水量系統(tǒng)冷水機組供水溫度設(shè)定值與二級泵供回水壓差的單獨優(yōu)化設(shè)置雖然都具有一定的節(jié)能效果，但對整個水系統(tǒng)而言，二者相互關(guān)聯(lián)，應(yīng)同時對其進行優(yōu)化設(shè)置。

　　2、空調(diào)冷卻水系統(tǒng)變參數(shù)節(jié)能控制方法

　　空調(diào)冷卻水系統(tǒng)變參數(shù)調(diào)節(jié)有冷卻水量與冷水機組冷卻水進口溫度調(diào)節(jié)。以冷卻水環(huán)路供回水壓差為優(yōu)化設(shè)置變量，利用差分方法，冷卻水泵轉(zhuǎn)速優(yōu)化控制冷卻水量方法，能使系統(tǒng)總能耗最高降低10%左右，即使在不同的運行工況下，也能保證有5%的節(jié)能量。冷卻水流量與冷卻水供水溫度也同樣存在共同優(yōu)化配置的問題。

　　空調(diào)水系統(tǒng)具有極強的分布參數(shù)特性、多環(huán)路多設(shè)備相互耦合、大滯后等非線性特性;特別是多環(huán)路多設(shè)備的相互耦合，導致了諸多針對單一設(shè)備的節(jié)能控制方法在某一工況下節(jié)能、但在另一工況下卻不節(jié)能。現(xiàn)有空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化控制方法，都是基于最不利環(huán)路的控制，即：以滿足距離冷源最遠端的末端用戶供冷需求為基本保障的最不利水力環(huán)路的控制。目前已提出了最不利熱力環(huán)路，即在某一時刻、某一末端環(huán)路的冷量供應(yīng)不能滿足該環(huán)路用戶負荷要求的水系統(tǒng)環(huán)路。當空調(diào)水系統(tǒng)最不利熱力環(huán)路和最不利水力環(huán)路一致時，現(xiàn)有以最不利水力環(huán)路為基礎(chǔ)的各類水系統(tǒng)節(jié)能控制方法可得到滿意的節(jié)能控制效果。

　　結(jié)束語

　　空調(diào)系統(tǒng)屬于典型的分布參數(shù)、大滯后、多環(huán)路耦合、非線性系統(tǒng)。從系統(tǒng)節(jié)能和工況保證兩方面出發(fā)，系統(tǒng)、深入地研究空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制方法，為解決我國空調(diào)系統(tǒng)高能耗運行問題提供系統(tǒng)化的理論、方法和科學依據(jù)，對營造舒適、健康、低能耗、低排放的建筑室內(nèi)熱環(huán)境，推動我國建筑節(jié)能減排事業(yè)的發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實和社會發(fā)展意義。

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