探索中央空调系统末端设备节能优化控制

中央空调系统主要由两部分组成，分别是冷热源主机机组和末端空气处理设备。 末端空气处理设备主要包含风柜、风机盘管以及新风处理机组等多个类型的设备。 当前，对中央空调末端设备的节能控制方式主要是借助检测空调房间的回风温度，并将其与房间的设定温度值相比，通过单变风量或单冷冻水流量达到节能的目的。 但是仍然存在许多问题。 对此，研究中央空调系统末端设备节能优化控制具有显著的节能意义。

1 硬件系统设计              

硬件系统包含电源模块、 CCPU （ ARM 微控制器）、温度检测模块看、液晶驱动模门狗模块等。块和液晶显示器电源模块为整个、 RS485 通讯中央空调末端模块、功能按键及看门狗模块等。电源模板为整个中央空调末端控制器的各个模块提供 3.3V 和 5V 电源； 3.3V 为 CPU 、温度传感器、液晶显示器、 RS485 通讯 IC 供电； 5V 为液晶驱动 IC 供电。综合考虑 51 系列单片机、 AVR 单片机、 ARM 微处理器选择 TM32F103C8T6 作为主控芯片比较合适，并设计保证其正常工作所需要的最少器件和电路以保证芯片及相关外围设备能够正常工作，称为最小系统。              

2 末端设备优化控制策略              

由表冷器换热原理可知，调节送风量和调节冷冻水流量均对表冷器的换热量产生影响，即存在耦合，要实现物理过程的解耦具有较高难度，因此实际工程中常采用空调房间设定温度与空调房间回风温度的差值，对表冷器进行单变冷冻水流量或单变风量的调节，单变量的控制方式虽然简单，但是空调房间热稳定过程的时间常数较大，而表冷器换热过程的时间常数小，两者相差较大，影响调节效果。中央空调系统是按照设计负荷来运行的，而在实际的使用过程中，其实际负荷只达到了设计负荷的 50% ～ 80% 。根据相关学者对表冷器换热性能的仿真研究结果可知，当冷冻水流量达到额定流量的 60% 时，表冷器的换热量已经达到了额定流量的 80% 左右，再继续增加冷冻水流量对表冷器换热量的影响不大，而此时，调节表冷器送风量却能更好的改变表冷器的换热量，并且冷冻水流量及送风量联合决定表冷器的送风温度，但调节送风量对送风温度的影响较大、反应较快，即调节时间较短，而调节冷冻水流量对送风温度的影响较小、反应较慢，即调节时间较长。根据这种特点，在对中央空调系统末端采用双反馈回路控制模式进行风水联调，可以在局部采用单变量的方式解决冷冻水流量和送风量对表冷器换热的耦合影响。其中风机控制器均采用 PI 控制器，由设定温度梯度与回风温度梯度的差值，调节风机转速，改变表冷器的送风量和换热量，将室内温度控制在给定范围内。水阀控制器也采用 PI 控制方式，根据室内设定温度与回风温度的差值调节水阀开度，改变表冷器的换热量，将室内温度控制在给定范围。              

3 控制器的控制策略              

回风温度可以由温度传感器检测，冷冻水流量由流量传感器检测，送风量由风量传感器检测， CO ₂ 浓度由相应的传感器检测，并在检测到上述数据之后将数值传输到智能控制器当中，从而实现系统自动调节的目标。控制程序可以先读取相应的数据，然后按照读入的输入量进行预定化计算，并对当前系统所呈现的工作状态进行判断，达到相应的控制目的。对空调系统末端的冷冻水流量和送风量同时进行调节控制时，能够获得最大化的节能效益。但是，因为冷冻水流量和送风量对表冷器的换热量会形成耦合作用，假设对 2 个变量实行持续性的调节，对送风量和冷冻水量的调节必然需要有参数依据，从而才可以实现最大化的节能效益和温度控制效果。              

在冷冻水相对流量在 60% 以上时，表冷器的吸湿系数和表冷器换热量受影响程度都会相对较低，同时相对流量在低于 60% 时，对表冷器的吸湿系统的影响最大。对此，应当将控制器的冷冻水流量维持在 60% ，在空气处理机组的流量调节当中进行控制，尽量不改变冷冻水的流量，促使其维持在 60% 左右，借助改善送风量来实现调节室内温度、热负荷以及湿度等目的。通过这样的控制策略，可以规避因为频繁变动冷冻水的流量所导致的冷水机组性能改变以及空调系统冷冻水管网水力失衡的情况。因为这 2 种情况的发生都会带来较大的能源消耗，在稳定回来时也会形成额外的能源损耗。除此之外，彭彦平的“中央空调冷却水系统双机变频节能控制研究”研究显示，在表冷器的冷冻水流量和送风量同时进行调节控制的情况下和冷冻水的流量设计相比，换热量已经能够达到 80% ～ 85% ，对表冷器的换热性能不会形成较大的影响。这也就间接地降低了冷冻水侧应用在输送方面的能源消耗，促使空调系统的运行更加稳定。              

结语              

虽然中央空调能够实现非常显著的生活环境优化，为人们营造舒适的环境，但是中央空调在运行时存在严重的能源消耗问题。这也导致中央空调的社会价值不断下降。对此，应当合理分析中央空调的经济性、节能性、美观性、舒适性和安全性等多元化的性能，并在中央空调系统的末端设备方面，采取合理的节能控制措施，在多方面实现能源控制，从而降低中央空调工作时所消耗的能源。