空调系统节能典型做法

1.2 空调系统节能典型做法

从分析空调系统运行的实际状况出发，大体上可对空调系统的运行提出三个层次的要求：（1）正常运行；

（2）节能运行；

（3）优化运行；

空调系统的正常运行，主要是创造基本的温湿度条件，达到设计基本要求。“节能运行”则要在保证“正常运行”的基础上，采取一种和几种措施，实现一定程度的节能。“优化运行”是指包括冷热源系统在内的实现全面节能的优化运行，它需要全面地考虑并巧妙地利用设备特性、管网特性、建筑物特性和室内外条件。

冷热源设备通常都带有厂家自己的控制装置。对于其中的容量控制部分，设计者应该了解其运行控制，并把它集成到BAS系统中去。对于其中的安全控制部分，在检测到不安全条件时应能关机，并把报警传输到控制中心。

本节目的在于描述空调系统节能典型做法的控制原理，以利分析。

1.2.1死区恒温器（Dead—Band Thermostat）

死区恒温器如图1-7。在一个相当宽的范围内，（此范围可调，可多达5K），恒温器保持中性，即不要求供冷亦不要求供热。在死区的每一端恒温器控制一小段，直到最大值和最小值，

亦即整个温度控制在一定范围之内。

图1-7 死区恒温器

1.2.2经济循环（Economizer cycle）

经济循环控制如图1-8。只要室外气温足够低，室外空气也是一种冷源，充分利用室外空气做冷源，是空调系统节能的重要途径之一。通常取室外空气温度上限为18℃，在此条件下，调节回风阀、排风阀和新风阀，以保证混风温度的设定值（通常为13—16℃）。当送风机不运行时，排风阀和新风阀联锁成关闭，回风阀联锁成打开。当室外气温超过上限温度设定值时，新风阀关小至一个固定的最低值，排风阀和回风阀也相应地关小和打开。

图1-8 经济循环控制

1.2.3焓值经济循环（Enthalpy economizer）

当潜热负荷较大时，可以用焓值经济循环代替经济循环，以进一步减少能量费用。这时可以把室外气温上限的判断改为下列条件之一：

（1）一个固定的焓值上限；

（2）室外空气焓值低于回风焓值；

（3）焓值与上限温度的结合。

1.2.4 夜间冷却（夜间清除）（Night cool-down(night purge)）

夜间冷却控制如图1-9。在非工作时间，“夜间冷却”采用100%新风用于冷却。房间被冷却到设定温度，（通常高于室外空气温度 5K）。“夜间冷却”的限制条件是：室外气温高于室内气温，室外空气露点温度太高，或室外气温太低（通常是10℃以下）。通常在太阳升起前，室外气温最低时，启动夜间冷却循环。只要室外空气状态允许，而室内需要供冷，则冷却循环即是优化启动过程的第一步。

图1-9 夜间冷却控制

1.2.5 VAV加热控制（VAV warm-up control）

加热控制如图1-10。在非工作时间的加热过程，不需要室外空气。通常是使新风阀和排

风阀保持关闭。如果是图中所示的带回风机系统，新风阀应处于最小位置，且送风量的最大值为回风量，以便使管道内的正压或负压最小。

图1-10 加热控制

压力限制控制器可以防止过压或负压下管道的损坏。送风机加热控制如图1-11。

图1-11 送风机加热控制

1.2.6 可变定风量（零能区）双管末端装置

Variable constant volume (zero energy band) dual-duct terminal units

可变定风量双管末端装置在供热和供冷管道上有入口阀门。两个阀门联锁成反向动作，只需要一个控制执行器。总流量也有阀门，并有自己的执行器。房间恒温器直接控制入口混风阀门，流量控制器控制流量阀门。当空调区域的热负荷发生变化时，房间恒温器从最大到最小重新设定流量控制器。图1-12表明控制原理和阀门运行。注意在控制范围内的一部分，热风和冷风是混合的。

可变定风量（零能区）双管末端装置在冷风管和热风道上有入口阀门，并有单独的阀门执行器和流量控制器，但没有总流量阀门。当房间负荷改变时，零能区（ZEB）房间恒温器以系列方式重新设定流量控制器的设定值。在零能区既不需要供冷亦不需要供热时，流量控制器保持一个用于通风目的最低流量（可调），且阀门动作没有重叠。图1-13表明控制原理和阀门运行。可变定风量双管末端装置有否零能区（ZEB），其能耗基本一样。

图1-12 压力无关双管VAV末端装置

图1-13 可变定风量（零能区，ZEB）双管末端装置

1.2.7供热曲线控制装置（HCA，Heating Curve with Adaption）

供热曲线控制装置（HCA）是一种有室外气温补偿的加热温度设定值计算器，亦即通过一条供热曲线由软件为加热温度设定值赋值。如果联接一个房间温度传感器，则室外气温补偿控制器可以自动采用这种供热曲线。室外气温补偿控制如图1-14。

图1-14 室外气温补偿控制

对每一个供热回路，室外气温补偿控制器需要一条特定的供热曲线，以便根据室外气温正确地确定加热后的空气温度。这种供热曲线表明了室外气温与加热温度的关系。

这种控制器使用多个参数（由经验确定）以保证供热的经济运行。控制器的主要任务是根据一个时间表控制所需要的温度，也维持几个对系统或建筑物安全有关的温度。

控制器也可以利用房间温度，室外气温和加热后空气温度的平均值，自动地逐渐地调整供热曲线。

1.2.8热水系统的控制

生产锅炉和冷机的厂家通常都与设备一起安装有自控设备。其自控功能可分为容量控制和安全控制两大类。

容量控制使供热（冷）能力随负荷而变化。设计者需要了解这些控制功能，以便把它们集成到包含多种设备的控制系统中去。

安全控制一旦检测到不安全因素时，产生报警并关机。如果有上位控制系统，应把报警信号传输到控制中心。

锅炉向热水系统的供热量通过调节火焰和开关锅炉来控制。火焰调节是由锅炉自身的控制装置来完成的，但在什么情况下增减锅炉以及供水温度控制在什么温度，要由控制系统的设计者来决定。

热水输送控制包括在锅炉房或换热站的热水温度的控制，热水温度的重新设定，以及各热区的控制。其他需要考虑的因素包括：（1）通过锅炉的最小水量；（2）在温度发生剧变时锅炉的保护；（3）防止盘管冻结。如果使用了多种热源或替代热源，（如冷凝器热回收或太阳能蓄热装置等），则控制策略中应该包括热源排序或选择最经济能源的办法。

图1-15是一个燃气或燃油锅炉的负荷控制系统。锅炉的安全控制通常包括灭火、高温，以及其它一些关机控制。间断燃烧通常控制容量，而在较大的系统中通常调节燃料的输入。在大多数情况下，锅炉控制为恒定水温，而室外温度可以对水温重新设定，（供应生活热水的锅炉除外）。在下图的安排中，根据预定的设定办法，由室外温度重新设定供水温度。为尽量减少烟气冷凝和锅炉损坏，水温设定不要低于厂家的推荐值，通常为60℃。

在图1-15的系统中，在热盘管附近有三通控制阀以确保流经锅炉的最小流量。区域控制可通过改变热盘管的流量来实现。一个房间恒温器控制一个三通阀，从而改变通过盘管的流量。预热控制使用第二个三通控制阀通过改变混水流量来实现；其中的循环泵保持通过预热盘管的恒定流量以防冻结。对于较大的系统而泵运行费用相当高时，可采用变速泵，带最小流量旁通阀的泵出口阀，或双速泵以减少二次泵容量来适应负荷变化。

图1-15 一个简单热水系统的负荷和区域控制

热水换热器或蒸汽——热水转换器有时用来代替锅炉作为热水产生设备。转换器通常不包括控制装置，因此设计者要决定其控制办法。图1-16的控制原理可用于低压蒸汽或93——127℃的锅炉热水。供水恒温器控制一个蒸汽（或热水供水）管上的两通调节阀。通常有一个室外恒