2023年7月11日发(作者：)

变水量空调系统的技术特点与控制方式研究

【摘要】近年来，随着能源成本的不断攀升，节能迫在眉睫，而且随电子、控制和计算机技术的发展，暖通空调成为高科技产业，尤其对一些生产精密仪器的行业，往往需要把温度、湿度和空气品质控制在一个很窄的范围内。因此，对暖通空调系统的设计和运行便有着更高的要求。

【关键词】暖通空调；变水量空调系统；控制方式；自动控制；变频技术；可靠性

０引言

暖通空调系统设备选型时一般都按最大负荷计算，采用定工作点运行，但是暖通空调系统只有很少的时间在满负荷运行，大部分时间都工作在部分负荷下，同时由于外部环境温湿度、阳光照度以及房间内部负荷的变化等因素影响，如若采用定工作点运行，势必造成系统效率低下，浪费能源。因此，暖通空调系统的效率优化策略研究可以实时调整系统的运行工作点，提高系统运行效率，节约能源。

１变水量空调系统的原理及特点

１．１变水量空调系统的分类

变水量空调系统是以一定的水温供应空调机以提高冷、热源机器的效率，而以特殊的水泵(如变频调速泵)来改变送水量，顺便达到节约水泵用电的功效。

空调系统中常用冷水机组作为冷源设备，冷水机组包括全套制冷设备，被用来制备冷冻水或冷盐水。冷水机组按照其工作原理可分为两人类:压缩式冷水机组和吸收式冷水机组。两种类型系统均有冷凝器和蒸发器两种部件，不同之处就是前者有一个或多个压缩机，且在它们的膨胀阀和制冷剂控制装置方面有所不同。目前，国内采用的冷水机组一般有三种:水冷蒸汽压缩式冷水机组、澳化钾吸收式冷水机组及空气源热泵制冷、制热一体化机组。

中央空调的冷冻水系统一般分为:一次泵系统、二次泵系统、万次泵系统等。相应的变水蛋空调系统一般分为:一次泵变水鼠系统、一次泵变水虽系统及全变速一次/加压泵系统。

１．２变水量空调系统的结构原理及特点

１．２．１水冷蒸汽压缩式空调系统的制冷原理

冷蒸汽压缩式空调系统在制冷时，液态制冷剂在蒸发器中汽化，吸收热量使冷水温度降低。低温、低压的气态制冷剂经压缩机压缩变成高温、高压气体，进入冷凝器中。制冷剂温度高于冷却水温度，制冷剂便将热量传递给冷却水，而制冷剂经冷凝变为高压液体。制冷剂高压液体经膨胀阀节流后又进入蒸发器，变为低压液体制冷剂，再次汽化完成一个循环。在这个循环过程中，随着制冷剂状态的变化，实现了热量从冷冻水侧向冷却水侧转移的过程。

１．２．２吸收式空调系统制冷原理

为简化，假定吸收剂在发生器中不气化，所以只有制冷剂流过冷凝器、膨胀阀和蒸发器。离开蒸发器的蒸汽在吸收器中被稀溶液吸收，同时混合物放热，然后富制冷剂溶液由泵升高到发生器压力下，在发生器中加热溶液使制冷剂逸出，同时稀溶液由中间冷却器回到吸收器。在水-溴化锂吸收式冷水机组系统中，水是制冷剂而溴化锂是吸收剂，通常呈固态的溴化锂与水混合形成溶液。该系统的最大优点是溴化锂的非挥发性，在发生器中只有水蒸汽产生，系统简单，COP值高。缺点是蒸发温度相对较高，系统压力很低。通常应用于燃气价格低而压缩系统运行成本较高的场合。

随着变流量技术的日趋成熟，一些发达国家己把变流量技术写入工程标准中。例如美国ASHRAEJIES90-1-1989的节能标准中明确提出:“水系统应设计成变流量系统。其所应用控制阀应能根据系统负荷的变化自动调节开度或逐级开启和关闭，系统应能将流量降低到设计流量的50%或以下。改变流量的方法不仅仅限于采用变速传动泵一种，可有多种方案选择，如多台泵的台数控制或泵特性控制等。”中央空调水系统中常见的是一次泵变流量系统和二次泵变流量系统。

１．３不同类型的变水量空调系统的优缺点

一次泵变流量系统相较于传统的二次泵系统，其优点表现在以下几方面。

１．３．１初期投资低。一次泵变流量系统中没有二次泵及其相关设备，这使得设备投资大大降低。但是一次泵变频驱动、旁通阀及相关控制设备的花费会抵消一部分节省的投资。

１．３．２占地空问小。二次泵的缺失自然使得一次泵系统占地面积减小，适用于空间要求约束较大的场合。

１．３．３一次泵设计功率的减小。其原因在于:一方面排除了二次泵需要额外附加的装置设备;另一方面一次泵变流量系统中一次泵的平均效率高，而传统的一二次泵系统中一次泵一般工作在大流量、小扬程下，除非泵电机低速过载，否则不能克服其固有的低效。

１．３．４泵的低能耗。一个原因是由于泵需要的全负荷功率减小了;更重要的原因是变频驱动使一次泵能节省能耗，而传统的二次泵系统中一次泵能耗对应着每台冷水机组是一常数，随着各台冷水机组的阶段性启停而相应的启停。

２变水量空调系统的控制方式

随着控制技术及计算机技术的飞速发展，空调水系统的控制方法也在不断发展。

传统的控制方法一般采用局部PID控制。PID运算效率高，占用存储空间小，且对硬件的要求低。但是空调系统一般为非线性、多变量、大延迟系统，且其负荷变化较大，如此一来，PID控制就显得有些无能为力。尤其对于多变量系统，由于变量之间的相互十扰作用，很难获得理想的控制效果。

随着计算机和电子技术的发展，处理器能力不断增强，而存储器价格大幅下降。另外，更复杂的暖通空调系统模拟仿真软件被开发出来，使得PID控制受到挑战。现代的控制方法包括单回路控制、DDC控制和远程控制。具体的讲有基于神经网络模型的控制方法和基于多变量自回归模型的控制方法。现今随着楼宇自动化技术的发展，DDC控制和远程控制更是越来越受到青睐。

而变频技术的日益成熟使得空调系统改定流量运行为变流量运行变得切实可行，对于定流量系统一般采用多台水泵并联实现流量的阶梯型调节，造成调节范围小、耗电大;而采用变频调速水泵后，不仅调节范围大，效率高，且节能效果好。在采用变频控制的空调水系统中，常用的控制方法有恒定最远端供水压力控制和回水水温控制。而供水压力控制，有的以供回水主管间的压差恒定作为条件，使变频水泵提供的水量等于空调末端装置需要的水量，但是节能效果并不明显。因此，有人提出将恒压供水变为变压供水，即考虑把压差的测量点由冷水机组机房内的供回水主管道上移到最不利环路的管道上。这样虽然测点之间的压差维持恒定，但对整个空调水系统而言压力是变化的，亦即水泵的扬程是变化的。

３结束语

据测算，空调系统的能耗中作为流体输送设备的风机和水泵的能耗约30%，其中风机的能耗占70%-80%。与世界上发达国家相比，在相同的气候条件和保持同样的室内热环境条件下，我国的单位面积供暖和空调的耗能指标却高的多，究其原因主要是建筑围护结构热工性能较差，供暖、空调设备效率较低。随着人们生活水平的不断提高，暖通空调系统的应用越来越广泛，因此对其进行节能优化策略研究具有重要意义。

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