一种空调多工况分区控制方法及节能分析
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摘 要：介绍集中空调系统的多工况分区控制方式，提出一种全年运行的工艺性空调系统的八工况分区控制方法，阐述工况分区的原则及各工况区的调节方法，并与常规控制方式进行节能对比分析。
关键词：集中空调系统 多工况分区 节能
中图分类号：U3.T8131 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（a）-0055-02
空调普遍按夏季、冬季、过渡季三个工况的运行模式进行控制，因一年之中气候变化很大，特别在全年运行的工艺性空调系统，由于一天之中温湿度变化也很大，仅按三个工况进行控制，不能利用新风冷源且存在冷、热抵消。采用空调多工况分区控制，能充分利用室外新风冷源并减少冷、热抵消，达到节能运行的目的。在卷烟厂、核电站、电子厂、制药厂等全年运行的工艺性空调系统中，由于空调运行能耗大，采用多工况分区控制具有重要意义。
空调多工况分区控制技术，是按全年气候参数，在焓湿图上作出气象包络线，划分不同工况分区。采用PLC控制器，按不同工况区执行相应控制程序，再按照特定的控制逻辑和控制算法，对各执行部件实施开关控制或连续控制，以实现正确的分区转换、操作顺序、定时启停、累计计时、负荷均衡，在满足控制精度要求的条件下节能运行。
1 多工况分区的控制原理
典型的工艺性空调系统配置有混合、过滤、表冷、加热、加湿、送风机等。按三个工况运行的空调系统，每个运行模式对应一个固定的新风比，在高温高湿时用表冷器进行降温除湿，再用加热器加热至送风点；在低温低湿时用加热器和加湿器进行加热加湿；在过渡季视室外温湿度情况进行降温、升温或加湿。这种控制方式不能充分利用新风冷源，且大部分时间存在冷、热抵消。
为实现节能运行，改为多工况分区控制，新、回风阀门改为可根据不同需要随时进行调节的比例调节阀。同时在原有新风、回风温湿度传感器的基础上，再增加混合风、送风温湿度传感器，以及表冷器后的温度传感器。控制系统的原理图如图1。
在新风、回风、送风、混合段处，均安装温湿度传感器，分别用于检测新风、回风、送风和混合风的温湿度，在表冷器后装检测露点温度的传感器，所有敏感元件均与控制器的输入端连接。整个系统各种控制的实现，都通过PLC可编程控制器来完成。PLC的复数输入端分别与室外新风（温度tW、湿度dW、焓iW值）测量装置、室内回风（温度tN、湿度dN、焓iN）设定装置、混合风（温度tC、湿度dC、焓iC）测量装置、送风（温度tO、湿度dO、焓iO）设定装置、表冷器温度测量装置、过滤器压差报警装置连接；PLC的复数输出端分别与新风阀、回风阀、冷水阀、电加热调功器（或蒸汽阀）、加湿器的控制器以及风机变频器连接。PLC控制器根据新风传感器测出的温度tW和相对湿度ФW，计算出含湿量dW和焓iW，再与预设的多工况区域分界点tN、tO、tWX、dO、dWX、iN比较，确定工况工作区域及其运行方式。
传感器检测室外新风并与温湿度设定值进行比较，通过内置的PID控制技术，判断采用何种控制方式。当新风温湿度适宜时，不需热湿处理，直接调节新、回风阀的开度，使混合风达到室内温湿度的要求；当新风温湿度太高或太低时，关小新风阀，同时启动表冷阀或加热阀，对空气进行冷却或升温。
2 空调多工况的分区及各分区控制说明
（1）工况分区。
空调系统的制冷和加热形式很多，但在原理上基本相同。而加湿除了形式不同之外，在原理上还分等焓加湿和等温加湿两种，等温加湿因控制精度高在工艺性空调中广泛应用。原理不同，其分区也不同，现以加湿为等温加湿进行分区，工况分区太多，控制复杂且没必要，太少又不节能。综合考虑以八工况进行分区。如图2。
3 空调多工况分区控制节能运行分析
空调多工况分区控制，虽增加一些检测元件造成初投资的增加，但能充分利用新风冷源并避免冷、热抵消，能耗可大大降低。某烟厂联合工房空调改造，采用多工况分区控制方式，空调系统的综合能耗与改造前相比降低了37.6%，节能效果相当明显。常规空调控制系统按三种运行模式，其中，夏季运行为制冷除湿+再热，时间约5个月；冬季运行为加热加湿，约4个月；过渡季运行为制冷、加热或加湿，约3个月。多工况分区控制分八种运行模式，分区细且一天之中可能有几种运行模式，实现最大限度的节能运行。在夏季，采用多工况分区控制方式，可推迟或减少冷冻机的开机时间，并且再热也可大为减少，保守估算，夏季可减少20%的制冷和50%的再热；在冬季，与常规空调运行对比，节能幅度不大；在过渡季，由于充分利用室外新风，基本可以不开冷冻机，大部分时间经调节混合风比例后送进房间即可，小部分时间仅微量加热或加湿，过渡季节运行能耗至少降低50%。
4 结语
（1）采用多工况分区控制，能充分利用新风冷源并避免冷热抵消。
（2）分区太多，控制复杂，太少又不节能，等温加湿形式的空调系统以八个区为宜。
（3）多工况分区控制在卷烟厂、核电站、电子厂、制药厂等工艺性空调系统中有明显的节能效果。
参考文献
[1] 赵荣义.空气调节[M].北京：中国建筑工业出版社，1994.
[2] 路延魁.空气调节设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.