公共建筑中央空调节能控制方法研究与实现

【摘要】：随着经济飞速发展，能源的使用也越来越广，与此同时能源节约也受到了人们越来越多的重视。据统计建筑能耗约占到了社会总能耗的1/3，其中空调系统能耗约为建筑能耗的40%-54%。建筑节能成为我国十二五期间节能工作的重点。 本论文在对目前空调系统运行情况进行详细、深入的分析后，研究了集中式空调系统制冷站节能优化控制策略。首先研究了冷机群控策略，目的是优化各台机组的使用时间。同时提出了变水量优化控制策略，采用的是末端温差控制法，为了避免出现单独使用末端温差控制使所控环境的温度和湿度产生较大波动的现象，加入了末端重要机组水阀开度和末端环境温度作为控制参数。以水泵能耗和冷机能耗之和最小为目的，提出了变水温控制策略，以冷机能耗和水泵能耗之和最低为基础提出了冷机最佳出水温度的计算公式，公式中运用的参数包括冷机和水泵的设计参数、当前负荷、水泵功率、末端的温湿度等。系统同时运用变水温与变流量控制策略以达到冷机能耗和水泵能耗之和最小的目的。 将所研究的控制策略用于某药物安全检验实验室空调系统的控制，该系统采用的是全新风的洁净空调，有大负荷的特点，控制环境是国际标准实验室，对环境有恒温恒湿的要求。在进行优化控制之前，对2007年整个制冷季空调系统的冷机负荷数据进行了分析，将冷机的负荷率按照低于50%、50%-60%、60%-70%、70%-80%、高于80%划分为5个比例段，经过对数据的统计可知冷机的绝大多数时间都是在低于50%这个段内运行，存在严重的能源浪费。同时针对2007年整个制冷季的冷却水温差数据和冷冻水温差数据进行了细致的分析，将温差数据按照低于3℃、3℃-4℃、4℃-5℃、高于5℃进行了分段，经统计发现3台冷水机组冷冻水温差处于小于3℃段内的比例大于69%，冷却水温差处于小于3℃段内的比例大于87%，而此系统用的水泵为定频水泵，所以系统浪费了大量的无功功率。经对原系统的诊断发现，原系统常年处于低负荷运行并且存在严重的大流量小温差现象，浪费现象严重。将本文提出的控制策略投入到该系统控制中，有效地解决了空调系统长期在部分负荷下运行的状况和大流量小温差的现象。 为保障系统安全性，所有的控制策略都应在系统安全运行的前提下实施。为此，对系统进行了一系列的安全分析，并实施了安全运行措施。对系统的安全分析主要包括对冷冻水出水温度范围的分析和对冷冻水泵变频范围的分析。对运行优化控制之前系统冷冻水出水温度和冷冻泵运行频率数据进行了整理，在冷冻水出水温度和水泵运行频率的历史数据中分别整理出了安全运行的冷冻水温度范围和水泵频率范围；按照厂家提供的水泵和冷机的额定参数，计算出了冷机允许的最小流量和水泵的最低转速；在系统的试运行过程中实验了范围的准确性。经过三种方式的共同校正，确定了冷冻水温度和冷冻泵频率的安全范围。为了确保系统安全运行，在控制系统中加入了报警设置，为多个控制点（如环境温度、环境湿度等）设置了报警点，如果这些控制点的值超过了安全范围则进行报警，使工作人员能够给出及时的处理。对运行优化控制过程中的运行数据进行分析结果表明，本文所提出的优化策略在保证系统安全运行的前提下起到了很好的控制效果和节能效果。 为检验控制策略的节能效果，进行了节能量的计算，节能量使用电量表示。系统从2012年开始进行节能优化控制，运行优化控制策略之后的电量数据是数据采集系统实时监测到的，而2012年之前系统使用的电量是根据引入气象等修正参数建立的数学模型计算得到的，分别对2012年与2011年制冷季使用的电量数据进行统计，经计算可知水泵节能约为63%，冷机节能约为6%。 【关键词】：建筑能耗 优化控制 安全运行 变水温控制 变流量控制
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU831
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 空调能耗现状及控制参数10
• 1.2 空调优化控制方法10-11
• 1.3 本文研究的意义11-12
• 1.4 本文的主要研究内容及章节安排12-14
• 1.4.1 本文研究的主要内容12
• 1.4.2 论文的章节安排12-14
• 第2章 空调系统运行分析14-23
• 2.1 公共建筑空调系统运行现状14
• 2.2 空调系统运行普遍存在的问题14-18
• 2.2.1 在部分负荷下运行14-15
• 2.2.2 存在严重的大流量小温差现象15-18
• 2.3 历史数据分析及空调系统节能可行性分析18-22
• 2.3.1 历史数据分析18-22
• 2.3.2 空调系统节能可行性分析22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 优化控制策略研究与节能在线计算23-34
• 3.1 群控策略23-24
• 3.2 变水量控制24-26
• 3.2.1 变水量控制原理24
• 3.2.2 变水量控制策略24-26
• 3.3 变水温控制策略26-30
• 3.3.1 变水温控制的原理26
• 3.3.2 湿球温度和最佳出水温度的计算26-29
• 3.3.3 变水温控制策略29-30
• 3.4 节能量在线计算30-33
• 3.4.1 冷机节能量计算30-33
• 3.4.2 水泵节能量计算33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 优化控制策略应用研究34-51
• 4.1 被控系统34
• 4.2 空调机组34-35
• 4.3 数据采集35-38
• 4.4 控制系统设计38-41
• 4.4.1 开发平台38-39
• 4.4.2 监控软件开发39-41
• 4.5 硬件系统设计41-43
• 4.6 控制策略43-44
• 4.6.1 控制策略的选取43
• 4.6.2 控制策略应用开发43-44
• 4.7 问题解决方案44-49
• 4.7.1 冷机的出水温度问题44-46
• 4.7.2 校准流量器问题46
• 4.7.3 网关问题46-47
• 4.7.4 水泵频率低47-49
• 4.8 本章小结49-51
• 第5章 控制效果分析与节能量统计51-60
• 5.1 控制效果分析51
• 5.2 节能效果分析51-59
• 5.2.1 运行变水温控制策略的节能效果51-55
• 5.2.2 单独运行变水量控制策略的节能效果55-57
• 5.2.3 总节能量的计算57-59
• 5.3 本章小结59-60
• 第6章 总结与展望60-62
• 6.1 论文总结60-61
• 6.2 课题展望61-62
• 参考文献62-66
• 研究生阶段发表论文情况66-67
• 致谢67

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