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医院智能化中央空调节能管控系统应用研究

发布时间:2016-07-21 作者:北京大金中央空调 点击:0

   中央空调现如今已经广泛用于现代化建筑中,通过合理的设计能够改善建筑内部空调房间的环境品量,营造一个舒适宜人的工作环境,提高建筑的服务水平[1]。但中央空调在给用户带来优质环境的同时,也产生了相当大的能源消耗,很大程度上加大了建筑的自身运营成本,有研究表明,中央空调能耗占整个建筑的能耗比已达到45%~70%[2]。因此,认清目前中央空调能耗方面存在的问题,采用相应有效的节能控制措施,高效地利用投入到中央空调系统的能源,并且如何既能保障建筑内部的人员舒适性需求,又能降低空调系统的能源消耗,一直成为诸多设计者们迫切关注的一大热点话

题,同时这也是在建筑节能领域一个重要的研究性课题。
 
医院智能化中央空调节能管控系统应用研究
 
医院智能化中央空调节能管控系统应用研究
 
  而针对医院的空调系统来说,高智能化的中央空调节能控制系统,它能够克服一般性建筑智能控制系统在空调系统的运行管理过程存在的诸多缺陷,实现真正意义上的智能化管理,同时又具有较高的性价比,在用户增加有限投资的基础上为用户带来良好的回报,有利于开展医院中央空调节能工作[3]。
 
  本文主要针对该矛盾,详细介绍如何应用智能化的中央空调管理系统,以达到降低其能耗的目的。
 
  1基本原理及组成
 
  中央空调节能管控系统通过采集环境温湿度、水系统的温度和流量、压力等相关数据,经系统综合分析,结合PID控制、模糊及人工智能控制算法,如图1所示,计算出房间终端负荷的冷量需求,生成相应的控制策略,调节主机的制冷量和功率、冷冻循环水流量、冷却水流量和冷却塔风机的风量去匹配系统负荷的变化,在保证各末端区域舒适度和服务质量要求的前提下,实现房间空调末端的动态负荷跟随,并且保证制冷主机绝大时间在优化的最佳工作点上运行,使空调系统在运行时,能效比(COP值)始终保持在最大值状态,最大限度地降低空调机组能耗,提高中央空调机组制冷效率,达到较高的节能效果[4]。
 
  医院中央空调节能管控系统组成部分包括整体模糊控制柜、冷冻水系统智能控制柜、冷却水系统智能控制柜、冷却塔风机智能控制箱(柜)、各种传感器件以及上位机监控系统软件等。具体部分组成如图2所示。
 
  2空调水系统模糊控制方法
 
  在满足相同末端空调需求的条件下,整个中央空调系统所用的能耗最小且制冷机房内所有空调设备运行的总能效比最高,是医院中央空调节能管控系统控制节能的最终目标,而不只是单方面的的关注其中某一个设备的节能效果。经过模糊控制方法优化整个空调系统,在满足末端负荷的情况下系统运行综合COP值最高。
 
  2.1冷冻水系统模糊控制
 
  控制系统采用模糊预期算法模型,能智能推理并预测未来时刻中央空调系统的输出制冷(热)量和对应空调设备运行参数,保证中央空调在满足末端负荷及舒适性需求的前提下,实现系统高效节能,完成系统的精确控制[7-8]。
 
  当室内环境温度、空调末端负荷改变时,冷冻水流量、供回水温差、压差和也随之变化,流量计、温度传感器和压差传感器将实测得到的对应参数输入模糊控制器,模糊控制器通过所接收到的实时数据及历史性运行数据,实时计算满足末端空调负荷所需的制冷(热)量以及冷冻水流量、供回水温差和压差的最佳值,并与传感器实测得到的参数值比较,通过变频技术调节冷冻水泵的运行转速,改变冷冻水流量使冷冻水系统的流量、供回水温差和压差等参数在模糊控制器给定的最优值下保持运行。其运行框图如图4所示。空调冷冻水系统采用对输出量的动态检测控制,实现空调主机制冷量根据空调末端负荷的需求来供应,使空调系统在不同空调负荷工况下,都能既保证末端人员的舒适性,又最大程度地降低了冷冻水的输送能耗。
 
  2.2冷却水系统模糊控制
 
  冷却水系统模糊控制原理与冷冻水系统较为相似,即当室内温度及空调末端负荷改变时,中央空调制冷主机的输出负荷将随之发生改变,同时主机冷凝器的最佳冷凝温度也随之变化。模糊控制器通过所接收到的实时数据及历史性运行数据,计算出主机冷凝器的最佳冷凝温度及冷却水进出口最佳温度,并与实测得到的实际进出水温度比较,如果存在偏差,通过变频技术调节冷却水泵和冷却塔风机转速,动态调节冷却水的流量和冷却塔风机的风量,使冷凝器的冷却水进出口温度接近模糊控制器给定的最佳值,从而保证空调主机及冷凝器处于最佳效率状态下工作。冷却水系统采用冷凝器最佳效率控制,保证了中央空调主机分别在最大负荷和部分负荷工况下,均能在最佳状态下工作,降低空调主机的能量消耗,使能源利用率最大化,同时因冷却水泵和冷却塔风机常处于非额定功率下工作,通过模糊控制最大程度地降低了冷却水泵和冷却塔风机的运行能耗。
 
  3主要节能控制策略
 
  3.1冷冻水泵调频策略
 
  (1)冷冻泵的供回水温差法控制策略
 
  控制系统能够实时计算当前负荷所需的冷冻水流量,并推算出在满足该流量及压力条件下所需运行的水泵台数、具体泵组及其工作频率,使该状态下泵组具有最高的负荷运载效率[9]。
 
  本控制策略基于预测负荷进行水泵的调频控制,以供回水总管温差作为控制目标,根据负荷预测算法计算出系统预期流量,通过实际温差值与当前温差设定值比较,由程序的控制算法计算当前水泵的频率输出值,改变水泵频率输出,使得当前流量快速达到预期流量,如图5所示。
 
  (2)冷冻泵的回水温度控制策略
 
  以回水温度作为控制目标,通过实际回水温度值与当前回水温度设定值比较,由程序计算得出当前水泵的频率输出值,改变水泵频率输出,增减冷冻水流量,达到控制回水温度的目的。调节控制算法具备自适应参数变化功能,实际温度值与设定温度值的偏差大时,加大调节幅值,反之减小调节幅值,使系统快速趋向平衡和稳定。
 
  (3)冷冻泵的供回水压差控制策略
 
  以分集水器间的压差作为控制目标,通过实际检测压差值与压差设定值比较,由程序的控制算法计算当前水泵的频率输出值,改变水泵频率输出,增减冷冻水流量,达到控制供回水压差的目的。调节控制算法具备自适应参数变化功能,实际压差值与设定压差值的偏差大时,加大调节幅值,反之减小调节幅值,使系统快速趋向平衡和稳定。
 
  3.2冷却水泵调频策略
 
  (1)冷却泵的出水温度控制策略
 
  以冷却出水温度作为控制目标,通过实际检测冷却出水温度值与温度设定值比较,由程序的控制算法计算当前水泵的频率输出值,改变水泵频率输出,增减冷却水流量,达到控制出水温度的目的。调节控制算法具备自适应偏差变化功能,能使系统快速趋向平衡和稳定。
 
  (2)冷却泵的进出水温差控制策略
 
  以制冷机冷却进出水温差作为控制目标,通过实际检测冷却进出水温差值与设定值比较,由程序的控制算法计算当前水泵的频率输出值,改变水泵频率输出,增减冷冻水流量,达到控制进出水温差的目的。调节控制算法具备自适应偏差变化功能,能使系统快速趋向平衡和稳定。
 
  3.3冷却塔控制策略
 
  (1)定比例控制台数和调频
 
  按预开启冷却塔数量与主机数量的比值,设定对应比例开启相应数量的冷却塔风机,同时以冷却塔出水温度作为控制目标,通过实际检测冷却塔出水温度值与温度设定值比较,由程序的控制算法计算当前冷却塔风机的频率输出值,改变风机频率输出,增减通风量,达到控制冷却塔出水温度的目的。调节控制算法具备自适应偏差变化功能,能使系统快速趋向平衡和稳定。
 
  (2)冷却塔出水温度控制台数和调频
 
  以冷却塔出水温度作为控制目标,当检测值高于设定值时,冷却塔风机升频,直至升至上限频率,检测值仍高于设定值时,延时增加冷却塔风机台数;检测值低于设定值时,冷却塔风机降频,直至降至下限频率,当检测值仍低于设定值时,延时减少冷却塔风机台数。冷却塔风机按自定义顺序或按运行时间长短轮序进行加减机。
 
  (3)冷却塔出水温度与室外湿球温度差控制台数和调频
 
  以冷却塔出水温度与室外湿球温度差作为控制目标,当检测值高于设定值时,冷却塔风机升频,直至升至上限频率,检测值仍高于设定值时,延时增加冷却塔风机台数;检测值低于设定值时,冷却塔风机降频,直至降至下限频率,当检测值仍低于设定值时,延时减少冷却塔风机台数。冷却塔风机按自定义顺序或按运行时间长短轮序进行加减机。
 
  (4)自寻优控制台数和频率
 
  根据自寻优控制程序计算得出使系统COP处于最佳值时所需的冷却塔台数和频率值,自动进行加减冷却塔风机控制和调频,当冷却水出水总管温度高于冷却水出水温度保护值时,发出强制信号,强制加开冷却塔风机;当冷却水回水总管温度低于冷却水回水温度保护值时,发出强制信号,强制减少冷却塔风机。
 
  4结束语
 
  中央空调节能管控系统主要用于实现中央空调机房冷热源系统设备的高效节能、电气控制、智能化管理运行。本文针对医院智能化中央空调节能管控系统,详细阐述了系统节能控制的基本原理及组成部分,空调冷冻水及冷却水系统通过有效的节能控制优化算法,动态调节水系统的输出参数,保证系统在最优状态下工作,提高水系统的节能效果,并针对空调冷冻水泵和冷却水泵及冷却塔等设备采用相应的节能控制策略使系统保持稳定工作状态,节省医院中央空调系统设备运行能耗,降低空调系统长期运行的经济压力。

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