苏州大学附属儿童医院215025
摘要：对空调能耗的组成分析,指出空调系统辅助设备的能耗在空调节能中占有重要地位,设计了一种能够实现变水量、变风量控制的中央空调节能控制系统。该系统利用变压变频技术，开发了基于西门子大中功率变频器的冷冻水、冷却水变水量节能子系统，与基于通用小功率变频器的风机盘管变风量节能子系统。经现场测试分析，结果证实此系统具有良好的空调节能效益和房间温度控制效果，圆满达到设计目标;此方案可以加以推广，积极推进节能降耗的宏伟目标。本文经测试分析，结果证实系统具有良好的空调节能效益和房间温度控制效果，圆满达到设计目标。
关键词：变水量；变风量；中央空调；节能
目前随着经济社会发展，对资源的掠夺越来越严重，致使社会资源处于紧张状态，为了促进经济社会的可持续发展，要求社会各行业发展都必须朝着节约资源保护环境的目标。建筑行业随着国民经济的发展也相应地获得了发展，建筑能源用量日益加大，在全国总能源用量中据不完全统计就占了大约11.7%，其中特别是，在建筑能源中总用量中空调的能源用量就占了大约50%左右，而商城和综合大楼对空调的用量巨大，其空调的能源用量要占空调能源用量的60%以上。因此，对如何提高空调系统的节能性进行研究，对促进建筑行业的可持续发展和保障国民经济的平稳运行都具有理论和现实意义。
一、中央空调节能控制方案
目前，专家和学者广泛研究的中央空调节能控制方案，可以归为两大类[5]：一是，制冷机组内部的节能，主要从中央空调制冷机组的结构设计和结构优化上考虑。二是，中央空调系统的节能，由于中央空调主要外部设备是风机、水泵，所以节能的最佳方法就是采用变频节能。针对中央空调系统中水泵、风机定速运行时的能源浪费问题，本文创新性地设计了一种能够实现变水量、变风量控制的中央空调节能控制系统。该系统利用变压变频技术，开发了两大子系统，即：基于西门子大中功率变频器的冷冻水、冷却水变水量节能子系统，与基于通用小功率变频器的风机盘管变风量节能子系统。该控制系统由数据采集与控制输出级、现场控制级和远程控制级三部分组成。其中，数据采集卡与现场设备、上级工控机的连接，采用模拟量信号直接通讯。远端温度采集模块、控制输出模块与现场设备、上级工控机的连接，采用RS485网络通讯。现场控制级的工控机与远程控制级的电脑的连接，采用DataSocket技术实现信号通讯。中央空调节能运行控制系统，是节能控制的最高级，分为变水量节能和变风量节能两种方式，能够实现运行参数显示、状态监测和控制调度。Lab-VIEW，是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，将计算机硬件和测量仪器等硬件资源与计算机软件资源有机的结合起来。
图1
二、冷却水、冷冻水变水量节能子系统
冷却水、冷冻水变水量节能子系统，能够按照制冷系统实际负荷能力，对水泵运行台数或转速进行有机的调节，继而实现科学的调整水流量的目的，并将水泵能耗降到最低。现如今，空调能耗减低方案中，采取运行水系统变流量是作为最重要的路径存在的。由冷却水、冷冻水变水量节能子系统的结构图1所示，该系统包括两种控制方式，即手动控制和自动控制两种。前者控制途径为：将频率变化指令直接用工控机上设置出，再借助变频器，来完成科学变频变压的过程，在基础上，完成向水泵供电的全过程；后者的控制途径为：其一，由温度传感器对冷却水、冷冻水的进出口温度进行测量，并输出小于20mA的标准电流信号；其二，在工控机中输入数据采集卡中的信号，确保计算规程在工控机内实现，并将频率变化指令由变频器发出；其三，以频率变化为主要指令，在频率、电压均改变的情况下，当前工况下比较经济的电源替代了原有的变频器用工用电（50Hz，380V），并在此基础上，向冷却泵供电和冷冻泵，促进水泵节能运行过程的实现。以运行分析风冷冷却器风机的负荷率与用户专用机组的负荷率，但天气的变化影响更大，采取了变水量和变风量控制技术，节能效果显著。从数据来看，水泵节能70％，风机节能78％。考虑泵与风机、变频器以及其他因素的效率损失，实际节能应该分别可以达到55％和60％。
三、风机盘管变风量节能子系统
按照房间冷负荷的能力，对风机转速进行适当的调节，继而使风量做出科学的改变，来实现对风机能耗节约以及调节室内温度的目的，该系统被称为风机盘管变风量节能子系统。就某一独立房间来控制变风量，通常其不能够进行很好的节能，即便如此，但其有存在一定的优势。一方面，能够使中央空调总系统的温度值与房间温度相独立，继而营造出一个极佳的温度环境；另一方面，针对于大型宾馆和商场，房间数目众多，也能够利用该系统达到大量节能的目的。风机盘管变风量节能子系统结构的设计，运用了远端温度采集模块LTM8003和单总线温度传感器DS18B20。通过对一个远程的温度测量系统进行搭建，能够对空调房间的温度进行实时的在线监测，并对现阶段中央空调系统所需要的实际制冷量进行衡量。通用应用控制输出模块和小功率变频器，来搭建的输出通道，能够对各空调房间的风机盘管进行独立的控制，继而达到风机盘管节能的目的。通常情况下，在此过程会，标准RS485信号会由控制环节和测量环节输出，再RS232或RS485转换器的作用下，实现与上位的工控机信号通讯的目的。中央空调系统由于分布范围颇广，房间众多，如果只运用热电阻温度计以及热电偶等常规温度测量仪器，会增加设备成本和通讯电缆数量。为此，为了对合理的房间温度检测单元进行科学的构建，设计组的方案可以采取单总线技术。该技术具有操作便捷、灵活，减少了对电路进行外接的过程，能够由一根I/O数据线实现向设备供电和数据传输的目的，正因如此，该技术也被大量的应用于大范围测温、多点测温的场所。
为了解决中央空调系统中水泵、风机定速运行时的能源浪费问题，利用变压变频技术（VVVF），设计了一种能够实现变水量、变风量控制的中央空调节能控制系统。经现场测试分析，结果证实此系统具有良好的空调节能效益和房间温度控制效果，圆满达到了设计目标。
参考文献
[1]和晓楠，范凤敏，王晓东.变水量与变风量的中央空调节能控制策略[J].控制工程,2015,(03).
[2]杜成仁，曾凡稳.中央空调中水系统优化节能控制[D].西安建筑科技大学,2016.
[3]聂玉强，李安桂.浅谈中央空调系统高效节能技术分析与应用[J].重庆建筑大学学报，2016，(1).
[4]吴德胜.浅谈中央空调水系统及风机盘管的节能控制研究[D].湖南:湖南大学，2017.(12）.
[5]易新,刘宪英.变频冷水机组在中央空调系统中的应用.重庆大学学报,2015,(8).