中央空调节能改造

一、前言

在中央空调系统设计时，冷冻泵、冷却泵的电机功率是根据最大设计热负荷选定的，并超出10%左右。但由于四季气候及昼夜温差变化和使用量的变化，因而要求中央空调的热负荷也是不断变化的。在日常生活中，中央空调一年中负荷率在50%以下的时间超过了全部运行时间的一半。通常冷却水管路的设计温差可达为5～6℃，而实际应用表明大部分时间里冷却水管路的温差仅为2～4℃，这也就说明在实际中，并不需要这么大流量的水参与循环，就可以满足其热交换，这样无疑就形成了中央空调低温差、低负荷、大工作流量的工况。在没有使用节能系统前，工频供电下的水泵始终全速运行，管道中的供水流量只能通过阀门或回流方式调节，这必会产生大量的节流及回流损失，同时也增加了电机的负荷，白白消耗了许多电能。而中央空调水泵电机的耗电量约占中央空调系统总耗电量的30-40%，故对其进行节能改造具有很明显的节能效果。当然，在恒温差控制的同时，必须保持循环水有一定的压力，不至于因压力不足导致主机动作。

冷水机组主机的工作效率，除了考虑压缩机本身的效率外，还与冷凝器和蒸发器的换热效率有关，所以判断冷水组的效率应该判断压缩机及冷凝器和蒸发器的综合效率，这就为冷水机组在部分负荷情况下的运行如何节能创造了条件。

二、系统节能改造方案

1、设计原则

（1） 标准化原则

 严格贯彻国家有关的标准或工业标准，以实现系统的标准化。

（2） 实用性原则 

在保证不影响用户舒适度的前提下进行节能。

（3） 安全先进性原则

（4） 经济性原则 

在实现系统先进性的基础上，使中央空调系统在整个运行生命周期获得最佳的性能/价格比。

2、 设计原理——LNKT智能模糊控制系统原理

中央空调系统是一个多变量的、复杂的、时变的系统，其过程要素之间存在着严重的非线性、大滞后及强耦合关系。对这样的系统，无论用经典的PID控制，还是现代控制理论的各种算法，都很难实现较好的控制效果。

模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制，尤其适合于中央空调这样复杂的、非线性的和时变性系统的控制。基于模糊控制的变频调速可以实现中央空调水系统真正意义上的变温差、变压差、变流量运行，使控制系统具有高度的跟随性和应变能力，可根据对被控动态过程特征的识别，自适应地调整运行参数，以获得最佳的控制效果。图1示出了BKS智能模糊控制系统原理框图。

图1  LNKT智能模糊控制系统原理框图

图1中所示的模糊控制器由模糊化接口、数据库、规则库、推理机、解模糊接口等构成。它的输入变量都选用受控变量，它们能够比较准确的反映受控过程中输出变量的动态特性。对于LNKT系列中央空调节能控制系统而言，受控变量是系统的供回水温度、流量及压差等。模糊控制的核心是用自然语言来描述被控制系统，利用模糊规则推理对系统的粗略知识进行类似人脑的知识处理，实现对复杂系统的优化控制。在控制过程中，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，构成一套自动寻优的模糊控制策略。

当中央空调系统负荷变化造成空调主机及其水系统偏离最佳工况时，模糊控制器根据数据采集得到各种运行参数值，如系统供回水温度、供回水压差、流量及环境温度等，经推理运算后输出优化的控制参数值，对系统运行参数进行动态调整，确保主机在任何负荷条件

下，都有一个优化的运行环境，始终处于最佳运行工况，从而保持效率（COP）最高、能耗最低，实现主机节能5%左右。

3、实施方案

   （1）根据对现场状况的分析,该冷冻、冷却循环水管路系统为标准的管路设计，无需对管道系统进行改造，。

   （2）系统控制改造：

加装LNKT智能模糊控制节能系统，主要由模糊控制器、冷冻水智能控制柜、冷却水智能控制柜、末端风柜智能控制箱、各种传感器件以及系统软件组成（见图）。

LNKT智能模糊控制节能系统构成框图

◆ 冷冻泵智能控制柜

二拖三控制柜可以两套系统控制三台水泵，这三台水泵可以互为备用，即随时可任选两台节能运行。

冷冻泵智能控制系统包括37KW节能控制柜2套和,柜内分别配置相应功率变频器、手自动转换单元、基本接口单元、数字量接口单元，用于控制冷冻水泵；标准水泵智能控制柜以及各控制单元经传输导线与模糊控制柜连接。冷冻水管主机进出口上安装有水温传感器。每只水温传感器经传输导线与现场模糊控制箱连接。原电机控制柜内的主电路不变，断开原控制柜进线断路器与降压起动（或 Y/Δ起动）主电路的导线连接，加导线改接至对应水泵智能控制柜的进线端，水泵智能控制柜的出线再返回原电机控制柜，与降压起动（或 Y/Δ起动）主电路连接，原控制电路的进线仍接至进线断路器的出线端，当需作能耗比较测试或变频器因严重故障短时间内不能恢复或置换时，可方便快捷地切换为原工频状态运行。

模糊控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据，计算出负荷需要制冷量及最佳温度、温差、压差和流量值，并与检测到的实际参数作比较，根据其偏差值控制冷冻水泵的转速，改变其流量使冷冻水系统的供回水温度、温差、压差和流量趋于模糊控制器给定的最优值。当原电机控制柜起动后，模糊控制器向对应变频器发出控制指令，软起动冷冻水泵（从0Hz升至设定低限频率值约10秒，冷冻水泵的低限频率由现场调试确定），水泵起动频率升至设定低限频率后，按模糊控制器输出的控制参数运行，使系统在保证末端空调用户的舒适度需求的同时，可实现最大限度的节能。机组运行时，如果冷冻水出口温度、流量或供回水压差出现异常时，系统送出报警信号并采取相应的保护措施，保证空调主机的安全正常运行。

◆ 冷却泵智能控制柜

二拖三控制柜可以两套系统控制三台水泵，这三台水泵可以互为备用，即随时可任选两台节能运行。

冷却泵智能控制系统包括37KW节能控制柜2套，原理同冷冻泵。

◆冷却塔风机智能联动控制柜

冷却塔风机智能联动控制柜内分别配置15KW的变频器，数字量接口单元以及相应控制电路，用于冷却塔风机的与冷却水泵的联动起、停控制。在冷却水进水总管上安装有水温传感器。水温传感器经传输导线与冷却水模糊控制箱连接。冷却塔智能控制柜和冷却水泵智能控制柜通过485总线连接。当冬天外界温度低，回水温度低于某一设定值时，风机电机自动停止，即通过和外界的自然交换就可以达到冷却效果；当回水温度高于此值时，风机自动启动，而已根据水温的高低来调节电机频率，从而达到最大节能效果，又不影响中央空调的正常运行。

实施方案

采用PLC+变频技术的方式对各主机的循环泵及冷却塔进行节能改造,在所有每台设备的前端都安装一个节能控制柜，来拖动同功率的主泵（及备用泵）。通过面板上的按钮可以任意设定哪台泵作为主泵变频运行，利用温度传感器反馈的数据，自动控制参于运行的泵的频率，以达到最佳使用和节能效果。