基于系统能效的中央空调末端优化控制

由于大型建筑的不断涌现和中央空调的普遍应用,建筑能耗在总能耗中所占的比例越来越大,而中央空调能耗约占整个建筑物能耗的50%-60%,因此中央空调系统的节能控制在节能领域具有非常重要的地位。 在实际应用中,中央空调系统能耗主要由系统中各种机电设备产生的,按照其作用范围可以分为两大部分,一是冷热源系统设备如制冷机、水泵等产生的能耗；二是空调末端系统设备如送风机等产生的能耗。在中央空调系统末端,传统观念上的节能控制主要是针对单个设备而言的,虽然其节能效果比较明显,但是从整个系统角度看,并没有获得与单个设备相匹配的节能效果。 本文以系统能效理论为依据,以提高中央空调末端系统能效为目标,提出了中央空调末端系统能效评价体系。从理论上阐述该体系的评价方法、节能思想;从实际应用上完成相关节能控制器的开发,并通过实验数据分析表明该方法有助于提高中央空调末端的节能效果。 首先,建立了中央空调末端系统能效评价体系。本文在系统能效理论的基础上,提出了中央空调末端系统能效的概念、应用价值以及简化算法,并对影响中央空调末端系统能效的两个主要因素——中央空调系统末端总冷负荷和末端设备总能耗进行了详细分析。 其次,引入了一套中央空调末端节能控制系统,设计了其中的组合式空调机组节能控制器。本文介绍了该控制系统的结构和功能特点,并详细描述了组合式空调机组节能控制器的硬软件设计实现方法;在控制器设计中,采用Microchip公司的PIC24系列单片机作为主控单元,以嵌入式实时操作系统为开发平台,根据设计要求,将系统划分为独立的任务,通过对各个任务的合理调度来实现不同的功能；在节能控制策略上,充分考虑系统各设备之间的影响关系,追求中央空调末端系统能效的最大化。 再次,建立了一套小型半集中式中央空调末端系统实验装置,用以验证中央空调末端能效评价体系,并检验所设计的组合式空调机组节能控制器的性能指标。实验选用小型风冷型制冷机,末端设备由一套组合式空调机组和四组风机盘管组成,实验系统的设计能效比REERSi约为2.33,其中末端系统的设计能效比RCOPei为9.32。整套系统持续稳定运行约一个月,并采集其相关能量数据、设备输出效果进行分析。 最终的实验结果表明,运行过程中,整个实验系统的能效比EERSi,最低保持在3.75左右,而末端系统能效比COPei最低则保持在12左右,均在设计能效比之上。由此看出,中央空调末端系统能效评价体系是合理的,以此为指导思想对中央空调末端系统的节能控制,在相同冷负荷的情况下,可以有效降低整个末端系统总能耗,使系统节能约25%。