空调系统节能控制方法的现状与进展

　　摘 要：阐述了空调系统的节能控制方法，分别探讨了可变风量、变送风温湿度、变新风比的风系统的节能控制方法及解耦节能控制方法;空调冷冻水和冷却水系统变参数的空调水系统节能控制方法。

　　关 键 字：空调系统 风系统 水系统 节能

　　前 言

　　当前，我国城乡既有建筑总面积约400亿m2，建筑能耗已占全国总能耗的近30%，预计到2020年，我国还将新增建筑面积300亿m2，建筑耗能必将对我国的能源消耗造成长期的影响。空调系统的能耗约占整个建筑物总能耗的50%左右，如何既能满足空调服务质量，又能降低空调的能耗，一直是迫切解决的一大难题，也成为建筑领域节能的一个重要课题。空调系统由风系统和水系统组成，本文着重介绍了针对这两种系统的节能控制方法。

　　一、空调风系统的节能控制方法

　　目前，我国空调风系统的主要形式有定风量全空气系统、风机盘管加新风系统和变风量全空气系统，从参数调节的角度讲，现有空调风系统节能控制方法主要有变风量控制、变送风温湿度控制和变新风比控制。

　　1、变风量节能控制方法.

　　变风量是风系统各节能控制方法中首要的调节方法，有如下两大类。

　　⑴ 以送风静压为控制参考量的变风量控制，它是以末端变风量箱风阀阀位为参考量的送风静压设定值再设置方法。在20世纪90年代已广泛用于实际系统，是以变风量箱阀位为控制参考量，通过变频调节送风机转速来维持所要求送风静压再设定值，以至少保证一个末端变风量箱风阀为全开状态。随后出现了阀位送风静压再设定集成控制方法，采用多个末端变风量箱的阀位信息同时作为参考量来提高控制系统的可靠性。

　　⑵ 变风量系统的回风机与送风机之间的变频连锁控制，它是变风量系统保证室内正压的关键。该控制方法有以下几种：①根据设计工况下回风量是送风量的90%～95%来设置回风机的转速设定值，进而实现回风机的变频控制;但该方法在部分负荷下，常出现实际回风量大于所要求回风量的问题，难以保证室内正压要求。②以变风量系统空调机组回风管道内静压值为控制参考量来调节回风机转速，但该方法由于静压设定值的再设定难度大，实际中常采用定静压方法，从而导致回风机能耗过高。③以室内外压差为控制参考量来控制回风机转速，但该方法由于室内外压差传感器受建筑风压和热压作用的影响较大，针对上述回风机变风量控制问题，已提出了基于送风机送风量实际测试结果的回风机变风量控制方法，该方法已应用于多个变风量空调控制工程中，取得了很好的节能控制效果。

　　2、变送风温湿度节能控制方法

　　在变风量控制的基础上，优化设置送风温湿度并实现对表冷器、加热器和加湿器的优化控制，是进一步降低空调系统能耗的重要方法。变送风温湿度也是定风量空调系统常用的重要节能调节方法。早先提出送风温度随室外温度升高而降低送风温度设定值的变送风温度调节方法，该方法比定送风温度冬季节能10%，夏季节能ll%～12%。接着又提出送风温度设定值随室外温度而线性变化的变送风温度调节方法。 随后由于室内湿度控制对变送风温度调节影响，指出送风温度设定值的再设定应考虑室内相对湿度的变化。在实际控制中，夏季和冬季满负荷工况下送风温度通常维持一固定值不变，而在过渡季或部分负荷下，才改变送风温度设定值。

　　3、变新风比节能控制方法

　　新风比的控制指空调机组的新风阀、回风阀、排风阀的调节控制。当室外焓值低于室内焓值时，可通过调节新风比、利用新风冷量来降低人工制冷的能耗。同时，新风比的调节还要满足室内CO2浓度的控制要求。有如下一些控制方法：①在新风需求预测的基础上，通过优化送风新风比和末端再热器输入电压，实现了对空调机组各风阀开度和各区域末端再热器前馈控制，该控制方法比最大新风比方法更节能。②只连锁控制新风阀与回风阀，排风阀始终处于全开状态，但该方法很难保证室内正压控制要求。③仅调节单个阀门开度，即保持回风阀与排风阀为全开状态，仅调节新风阀开度控制新风量，或仅调节排风阀或回风阀调节送风量，保持其它两个风阀为全开状态，该控制方法可以减小其压降，降低送风机与回风机的能耗，节能效果分别为12%与5%。同时可以有效避免排风阀渗风问题。目前已采用等价室外温度的方法回避了新风湿度测试的问题，在实际工程中取得了很好的节能效果。

　　4、空调风系统的解耦节能控制方法

　　上述变风量、变送风温湿度、变新风比的控制调节方法不仅全部体现在变风量全空气空调系统上，而且几乎涵盖了所有空调系统形式的单一控制环路的调节方法。但是，对于任一具体的空调风系统而言，变风量、变送风温湿度、变新风比之间又存在较强的耦合关系，空调风系统各控制环路间解耦控制和协调控制是 实现风系统节能控制的又一关键问题。在技术研发上，将变风量空调系统分解为多个智能体，基于多智能体技术的分布式智能控制方法，有效地解决了变风量空调系统回路间的解耦和协调问题。由于空调风系统的非线性，解决风系统各环路耦合控制，通常是在风系统各控制环路间引入中间变量的解耦控制。

　　二、空调水系统节能控制方法

　　空调水系统是以末端空调房间为能量输配目标、以管路为能量输配通道、以循环水泵为能量输配动力、以冷水机组和冷却塔为冷源的复杂热能供应系统。它包括冷冻水系统和冷却水系统。在双级泵系统中，一次泵定流量、二次泵变流量的调节方法在实际中普遍应用。空调水系统节能控制是典型的分布参数、多环路耦合、大滞后类控制。

　　1、空调冷冻水系统变参数节能控制方法

　　按控制参考模型的类型，冷冻水系统节能控制分为压差控制、温差控制和供水温度控制。

　　⑴ 压差控制的参考压差常取设计工况下最不利水力环路末端用户进出口压差或供回水主干管两侧压差，压差控制又分为定压差控制与变压差控制。变流量空调水系统中二级泵供水压差控制，通常以各空调机组表冷器水阀最大阀位为反馈信息，调节二次环路供回水压差;采用末端压差控制的系统，末端表冷器一般处于欠流状态。压差设定值的大小对系统的节能潜力影响较大。

　　⑵ 温差控制的参考温度差一般采用冷机侧冷冻水进出口温差。温差控制适于用户端不设置调节阀、空调区域个性化要求不高的场合，一般情况下温差控制的节能效果高于压差控制。但冷冻水系统温差控制较压差控制适用性小、约束条件多，压差控制是大部分空调冷冻水系统主要的变流量控制方法。

　　⑶ 变供水温度控制即通过提高冷水机组冷冻水供水温度获得较大节能效果的控制方法。部分负荷下通过优化冷水机组运行台数实现变供水温度的调节是一种有效的节能控制方法。在变供水温度控制中，冷冻水供水温度的提高受末端空调机组表冷器除湿要求的限制。变水量系统冷水机组供水温度设定值与二级泵供回水压差的单独优化设置虽然都具有一定的节能效果，但对整个水系统而言，二者相互关联，应同时对其进行优化设置。

　　2、空调冷却水系统变参数节能控制方法

　　空调冷却水系统变参数调节有冷却水量与冷水机组冷却水进口温度调节。以冷却水环路供回水压差为优化设置变量，利用差分方法，冷却水泵转速优化控制冷却水量方法，能使系统总能耗最高降低10%左右，即使在不同的运行工况下，也能保证有5%的节能量。冷却水流量与冷却水供水温度也同样存在共同优化配置的问题。

　　空调水系统具有极强的分布参数特性、多环路多设备相互耦合、大滞后等非线性特性;特别是多环路多设备的相互耦合，导致了诸多针对单一设备的节能控制方法在某一工况下节能、但在另一工况下却不节能。现有空调水系统节能优化控制方法，都是基于最不利环路的控制，即：以满足距离冷源最远端的末端用户供冷需求为基本保障的最不利水力环路的控制。目前已提出了最不利热力环路，即在某一时刻、某一末端环路的冷量供应不能满足该环路用户负荷要求的水系统环路。当空调水系统最不利热力环路和最不利水力环路一致时，现有以最不利水力环路为基础的各类水系统节能控制方法可得到满意的节能控制效果。

　　结束语

　　空调系统属于典型的分布参数、大滞后、多环路耦合、非线性系统。从系统节能和工况保证两方面出发，系统、深入地研究空调系统节能控制方法，为解决我国空调系统高能耗运行问题提供系统化的理论、方法和科学依据，对营造舒适、健康、低能耗、低排放的建筑室内热环境，推动我国建筑节能减排事业的发展，具有重要的现实和社会发展意义。

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文章名称： 空调系统节能控制方法的现状与进展

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