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【摘 要】本文根据中央空调设计运行特点，提出中央空调变频节能控制系统方案，方案采用变频控制及自动控制技术，优化中央空调机组运行模式，达到提高中央空调供冷效率、提升能效的目的。
【关键词】中央空调；节能；变频技术；自动控制
引言
中央空调普遍应用于工业、数据中心、商用建筑等领域，为建筑设施提供冷源，用来保证各类建筑的舒适度，其能源消耗是建筑总能源消耗的重要组成部分，占有巨大比重，提高中央空调能效，降低能耗，是降低建筑运营成本的重要举措之一。
通常，为满足建筑的冷量需求，中央空调系统设计是按天气最热、负荷最大时设计，且留有10%～20%左右的设计余量。然而中央空调仅在夏季最热时运行在高负载状态，在早晚或者在过渡季节，空调大部分时间工作在部分负荷状态下，整个中央空调系统处于低效率状态，造成了能源的浪费。
传统的中央空调控制方式，是人工调节定频工作，人工减少或增加投入的主机及相关辅助设备，使中央空调制冷量满足末端负荷需求。但是这种控制方式不够灵活，缺乏实时性，节能的效果不够明显。
对此，本文提出利用变频技术及自动控制技术，组建中央空调节能控制系统（以下简称“节能系统”），动态调节中央空调各设备运行方式，使中央空调制冷量与末端负荷需求达到平衡，从而达到提高能效，降低能耗的目的[1]。
一、节能系统组成及架构
节能系统由监控设备与上位平台组成，监控设备完成中央空调设备的监测、控制与调节等功能，上位平台完成中央空调设备操作、状态显示、参数设置、数据记录及故障报警等功能。
监控设备包含主控装置、水泵变频控制装置、冷却塔控制装置及传感器。
主控装置
主控装置是节能系统的运算中心，通过采集水泵、冷水组机、冷却塔风机及中央空调运行工况等参数，由节能控制运算逻辑计算，并输出相关指令控制各设备的运行[2]。冷水机组及其阀门的运行状态及控制由主控装置直接实现，由主控装置自带的模块量采集模块，完成传感器的数据采集，并通过通讯方式与其他控制装置完成数据交换，完成设备的运行状态采集及控制功能。
水泵变频控制装置
水泵变频控制装置是驱动、控制及保护冷冻泵、冷却泵的装置，主要组成部分为PLC、变频器、断路器等器件，为节能系统的重要组成部分。本装置带逻辑控制功能，具备简单的逻辑控制及保护功能。节能系统运行时，本装置接收主控装置指令，输出变频器启动信号及频率信号，实时调节冷冻泵与冷却泵的运行频率。
冷却塔控制装置
冷却塔控制装置是驱动、控制及保护冷却塔风机的装置，主要组成部分为PLC、断路器及接触器等器件。主要完成冷却塔及其对应阀门的驱动及控制功能，装置带驱动回路。本装置接收主控装置的指令，输出冷却塔的启停信号及对应阀门的开闭信号。
传感器配置
1）在冷冻供回水总管上分别安装温度传感器及压力传感器，用于监测冷冻供回水的温度及压力；
2）在供水总管上安装流量计，用于监测冷冻水供水流量；
3）在冷却水进出水总管上分别安装温度传感器，用于监测冷却水进出水温度；
4）在室外安装温湿度传感器，用于监测环境参数。
二、节能控制系统变频控制逻辑
1）冷冻水系统节能控制逻辑
中央空调冷冻水是独立的循环水系统，通过末端风机盘管与环境进行热量交换。在中央空调运行过程中，冷冻水总管回水温度可间接反映出末端用冷的需求情况，冷冻水系统节能控制的核心是通过调节冷冻水流量，使供冷与热负荷需求达到平衡[3]。在实际应用中，可使回水温度作为控制参量，进行冷冻泵变频调节，空调冷冻水系统管路一般都较长，冷冻水循环周期长达十几分钟至几十分钟，温度采样的时滞性很大，在控制中需考虑，可通过回水温度的变化趋势来作为升频与降频的判断条件，控制逻辑图如下：
2）冷却水系统节能控制逻辑
冷却水系统包含冷却泵、冷却塔及相关管路。冷水机组在制冷时，其冷凝器的热量由冷却水系统带走，通过冷却塔使热量散发至外部环境。由于气候条件和排热负荷的时变性，需冷却的热量随时变化，在低负载时冷却系统可降低冷却水循环流量，降低冷却泵运行频率，达到降低能耗的目的。一般冷水机组冷却水出水的设计温度为37度，冷却泵频率可使用冷却水出水温度作为控制参量，实时调节冷却水运行工况，控制逻辑如下：
系统保护逻辑[4]
1）冷冻水低流量保护
当冷水机组冷冻水流量低于设定的下限值时，节能系统自动使冷冻泵升频，保障冷水机组蒸发器的安全运行。
2）冷冻水低温保护
当冷水机组蒸发器的出水（即冷冻水的供水）温度低于设定的下限值时，节能系统自动使冷冻泵升频，以保障冷水机组蒸发器的安全运行。
3）冷冻水低压差保护
当冷冻水供回水压差ΔP小于设定的下限值时，节能系统自动使冷冻泵升频，以保障末端空调设备所需的水流量。
4）冷冻水高压差保护
当冷冻水供回水压差ΔP大于设定的上限值时，节能系统自动使冷冻泵降频，以保障空调系统的安全运行。
5）冷却水出水高温保护
当冷水机组冷凝器的冷却水出水温度高于其设定的上限值时，节能系统自动使冷却泵升频，以保障冷水机组的安全运行。
6）冷却水进水低温保护
当冷水机组的冷却水进水温度低于其设定的下限值时，节能系统自动使冷却泵降频，以保障冷水机组的正常运行。
三、节能系统上位平台功能
1）用户验证与管理
上位平台具有“用户验证”和“用户管理”功能，以实现对用户操作人员的管理，防止无关人员的随意操作，确保中央空调系统运行管理的安全性。
“用户验证”用于对操作人员的身份进行验证，只有在其用户名、密码验证通过后方可对系统设备进行操作。
“用户管理”用于对用户操作人员进行管理，如添加用户、修改用户和删除用户等。
2）状态监测
上位平台可显示中央空调系统实时工况及各设备运行状态。
3）数据记录
对关键参数，如温度、压力等，进行数据记录及存贮，存贮时间不得少于一年。
4）故障报警
节能系统设置声光报警装置，在设备发生故障时，发出声音及灯光报警，在声光报警的同时，上位平台的显示器弹出报警窗口，显示相应的报警信息。
所有报警直至引发报警的条件消失（如运行参数恢复正常）或经操作人员检视并处理后，方可消除报警，对所有故障报警信息进行记录并存贮，以供分析原因及排查故障。
四、结束语
相对于传统中央空调水泵直接启动的控制方式，因为水泵运用了变频技术，在启动过程中，极大降低了水泵的启动电流，降低了对电网的冲击，提高水泵的使用寿命。同时，变频节能控制系统可节省中央空调10%～30%的能耗，大大的节约了建筑的运营费用，是绿色建筑的重要节能措施之一，具有极大的发展前景。
参考文献
[1]朱友才.浅淡中央空调节能的办法[J].科技传播. 2010（8）：92-98.
[2]张建平.变频器在水泵中的节能应用[J].山西能源与节能，2012（1）：45-47.
[3]探讨变频调速技术在水泵节能中的应用[J].科园月刊，2010（7）：69-70.
[4]李玉街、蔡小兵、成建宏等.中央空调水系统节能控制装置技术规范[S].GB/T 26759—2011.
【关键词】中央空调；节能；变频技术；自动控制
引言
中央空调普遍应用于工业、数据中心、商用建筑等领域，为建筑设施提供冷源，用来保证各类建筑的舒适度，其能源消耗是建筑总能源消耗的重要组成部分，占有巨大比重，提高中央空调能效，降低能耗，是降低建筑运营成本的重要举措之一。
通常，为满足建筑的冷量需求，中央空调系统设计是按天气最热、负荷最大时设计，且留有10%～20%左右的设计余量。然而中央空调仅在夏季最热时运行在高负载状态，在早晚或者在过渡季节，空调大部分时间工作在部分负荷状态下，整个中央空调系统处于低效率状态，造成了能源的浪费。
传统的中央空调控制方式，是人工调节定频工作，人工减少或增加投入的主机及相关辅助设备，使中央空调制冷量满足末端负荷需求。但是这种控制方式不够灵活，缺乏实时性，节能的效果不够明显。
对此，本文提出利用变频技术及自动控制技术，组建中央空调节能控制系统（以下简称“节能系统”），动态调节中央空调各设备运行方式，使中央空调制冷量与末端负荷需求达到平衡，从而达到提高能效，降低能耗的目的[1]。
一、节能系统组成及架构
节能系统由监控设备与上位平台组成，监控设备完成中央空调设备的监测、控制与调节等功能，上位平台完成中央空调设备操作、状态显示、参数设置、数据记录及故障报警等功能。
监控设备包含主控装置、水泵变频控制装置、冷却塔控制装置及传感器。
主控装置
主控装置是节能系统的运算中心，通过采集水泵、冷水组机、冷却塔风机及中央空调运行工况等参数，由节能控制运算逻辑计算，并输出相关指令控制各设备的运行[2]。冷水机组及其阀门的运行状态及控制由主控装置直接实现，由主控装置自带的模块量采集模块，完成传感器的数据采集，并通过通讯方式与其他控制装置完成数据交换，完成设备的运行状态采集及控制功能。
水泵变频控制装置
水泵变频控制装置是驱动、控制及保护冷冻泵、冷却泵的装置，主要组成部分为PLC、变频器、断路器等器件，为节能系统的重要组成部分。本装置带逻辑控制功能，具备简单的逻辑控制及保护功能。节能系统运行时，本装置接收主控装置指令，输出变频器启动信号及频率信号，实时调节冷冻泵与冷却泵的运行频率。
冷却塔控制装置
冷却塔控制装置是驱动、控制及保护冷却塔风机的装置，主要组成部分为PLC、断路器及接触器等器件。主要完成冷却塔及其对应阀门的驱动及控制功能，装置带驱动回路。本装置接收主控装置的指令，输出冷却塔的启停信号及对应阀门的开闭信号。
传感器配置
1）在冷冻供回水总管上分别安装温度传感器及压力传感器，用于监测冷冻供回水的温度及压力；
2）在供水总管上安装流量计，用于监测冷冻水供水流量；
3）在冷却水进出水总管上分别安装温度传感器，用于监测冷却水进出水温度；
4）在室外安装温湿度传感器，用于监测环境参数。
二、节能控制系统变频控制逻辑
1）冷冻水系统节能控制逻辑
中央空调冷冻水是独立的循环水系统，通过末端风机盘管与环境进行热量交换。在中央空调运行过程中，冷冻水总管回水温度可间接反映出末端用冷的需求情况，冷冻水系统节能控制的核心是通过调节冷冻水流量，使供冷与热负荷需求达到平衡[3]。在实际应用中，可使回水温度作为控制参量，进行冷冻泵变频调节，空调冷冻水系统管路一般都较长，冷冻水循环周期长达十几分钟至几十分钟，温度采样的时滞性很大，在控制中需考虑，可通过回水温度的变化趋势来作为升频与降频的判断条件，控制逻辑图如下：
2）冷却水系统节能控制逻辑
冷却水系统包含冷却泵、冷却塔及相关管路。冷水机组在制冷时，其冷凝器的热量由冷却水系统带走，通过冷却塔使热量散发至外部环境。由于气候条件和排热负荷的时变性，需冷却的热量随时变化，在低负载时冷却系统可降低冷却水循环流量，降低冷却泵运行频率，达到降低能耗的目的。一般冷水机组冷却水出水的设计温度为37度，冷却泵频率可使用冷却水出水温度作为控制参量，实时调节冷却水运行工况，控制逻辑如下：
系统保护逻辑[4]
1）冷冻水低流量保护
当冷水机组冷冻水流量低于设定的下限值时，节能系统自动使冷冻泵升频，保障冷水机组蒸发器的安全运行。
2）冷冻水低温保护
当冷水机组蒸发器的出水（即冷冻水的供水）温度低于设定的下限值时，节能系统自动使冷冻泵升频，以保障冷水机组蒸发器的安全运行。
3）冷冻水低压差保护
当冷冻水供回水压差ΔP小于设定的下限值时，节能系统自动使冷冻泵升频，以保障末端空调设备所需的水流量。
4）冷冻水高压差保护
当冷冻水供回水压差ΔP大于设定的上限值时，节能系统自动使冷冻泵降频，以保障空调系统的安全运行。
5）冷却水出水高温保护
当冷水机组冷凝器的冷却水出水温度高于其设定的上限值时，节能系统自动使冷却泵升频，以保障冷水机组的安全运行。
6）冷却水进水低温保护
当冷水机组的冷却水进水温度低于其设定的下限值时，节能系统自动使冷却泵降频，以保障冷水机组的正常运行。
三、节能系统上位平台功能
1）用户验证与管理
上位平台具有“用户验证”和“用户管理”功能，以实现对用户操作人员的管理，防止无关人员的随意操作，确保中央空调系统运行管理的安全性。
“用户验证”用于对操作人员的身份进行验证，只有在其用户名、密码验证通过后方可对系统设备进行操作。
“用户管理”用于对用户操作人员进行管理，如添加用户、修改用户和删除用户等。
2）状态监测
上位平台可显示中央空调系统实时工况及各设备运行状态。
3）数据记录
对关键参数，如温度、压力等，进行数据记录及存贮，存贮时间不得少于一年。
4）故障报警
节能系统设置声光报警装置，在设备发生故障时，发出声音及灯光报警，在声光报警的同时，上位平台的显示器弹出报警窗口，显示相应的报警信息。
所有报警直至引发报警的条件消失（如运行参数恢复正常）或经操作人员检视并处理后，方可消除报警，对所有故障报警信息进行记录并存贮，以供分析原因及排查故障。
四、结束语
相对于传统中央空调水泵直接启动的控制方式，因为水泵运用了变频技术，在启动过程中，极大降低了水泵的启动电流，降低了对电网的冲击，提高水泵的使用寿命。同时，变频节能控制系统可节省中央空调10%～30%的能耗，大大的节约了建筑的运营费用，是绿色建筑的重要节能措施之一，具有极大的发展前景。
参考文献
[1]朱友才.浅淡中央空调节能的办法[J].科技传播. 2010（8）：92-98.
[2]张建平.变频器在水泵中的节能应用[J].山西能源与节能，2012（1）：45-47.
[3]探讨变频调速技术在水泵节能中的应用[J].科园月刊，2010（7）：69-70.
[4]李玉街、蔡小兵、成建宏等.中央空调水系统节能控制装置技术规范[S].GB/T 26759—2011.