基于能量的中央空调节能控制系统开发

随着大型建筑的不断涌现和中央空调的普遍应用,建筑能耗大大增加,中央空调的能耗约占建筑能耗一半以上。目前,在大型公共建筑中中央空调传统的控制方法是采用楼宇自控系统(BAS),但是由于BAS针对各中央空调设备实行分别监控,它很难实现全局最优控制效果,很难获得最大限度的节能。因此,对中央空调进行节能研究具有重要意义。 本文在分析原有大型公共建筑中央空调节能控制不足的基础上,以中央空调全局节能为目标,提出以能量为控制参数的中央空调系统节能控制方法。从理论上阐述这种方法的节能原理,从实际应用上完成控制系统的开发,并通过实验数据分析和工程应用表明该方法有助于提高中央空调的节能效果。 首先,根据能量守恒定律,利用冷冻站的输出冷负荷和建筑物室内外的温度等数据,建立建筑物末端冷负荷的计算模型,并采用这个模型完成建筑物末端冷负荷的实时计算。提出基准冷负荷概念,分析其计算方法,并作为中央空调的节能控制参数。 其次,结合中央空调设备传统控制方法,利用建筑末端的冷负荷和动态能耗指标,实现中央空调能耗设备的单独节能控制和整体节能控制。根据冷负荷需求量和水泵变流量的传统控制方法(PID),设计冷冻水泵的控制算法,实现在满足末端冷负荷需求的要求下使冷冻站输出冷负荷最低,避免水泵超调过大和输出反复调整等现象;利用水泵变流量的数据、冷冻水路管道的蓄含冷量以及末端冷负荷需求量,完成制冷机的停机节能控制;通过制冷机COP和影响COP的相关因素,建立冷却塔和制冷机的能耗数学模型,并利用这两个模型完成冷却塔功耗与制冷机功耗整体节能的理论分析和整体最优控制算法设计。 再次,HVAC节能控制系统的研发。采用Microchip公司的微控制器作为主控单元,设计包括制冷机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机操作控制和信息采集在内的控制系统,并对控制系统进行稳定性分析和抗干扰设计。软件方面,采用嵌入式操作系统进行开发,提高系统的稳定性、可靠性和扩展性;硬件方面,包括冷冻站设备的控制,HVAC信号采集、控制柜操作检测、以太网通讯、RS485通讯、实时时钟、外部存储等。电磁干扰方面,采取数字地与模拟地的隔离、电源的频率补偿、输入信号的滤波、强电与弱电分离以及大电磁干扰元件的隔离等措施,提高硬件电路的稳定性和抗干扰能力。 最后,利用开发系统对现有中央空调的数据进行能耗分析,试验表明该方法可以实现27%的节能;研发的系统应用于实际项目中对中央空调冷冻泵进行节能控制,现场运行数据表明节能达到30%。