变流量空调（精选7篇）
变流量空调 篇1
传统的暖通空调系统设计, 本质上是一种静态设计, 冗余现象极其普遍。空调设计的冗余大致出于二个原因:一种是静态设计带来的合理冗余。设计师按照当地气象资料的极端气候条件来确定每个房间的空调负荷峰值, 再根据全部峰值之和确定当地最大需求值和供能设备。显然, 实际运行中不会始终处于极端气象条件下这就产生了设计的冗余。另外, 运行过程中各空间的最大负荷并不会产生在同一瞬间, 在时间段上有一定的参差, 又形成了功能的冗余。这两种冗余是不可避免的, 或者说是合理的。但还有一种不合理的人为冗余, 由于对空调系统的设计和认识缺乏足够的实践, 虽然早在1 9 8 6年就颁布有《民用建筑节能设计标准》, 实际上大多“经验设计”只考虑冷、热的定性要求。不仅没有考虑“1”的“同时使用系数”。反而乘上几倍仅凭估计的“保险系数”。此外, 节能设计标准对运行管理部门还没有足够的约束力, 结果造成设计时加大保险系数, 运行时不考虑能耗, 这种不合理的冗余助长了空调能源的浪费。
1 中央空调系统模型
中央空调系统庞大且复杂, 要想实现系统动态运行节能, 必须对整个系统树立全局观念, 并采用动态分析方法。下面首先介绍一下有关系统的概念和性质。
系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机体。在任何一个系统中, 每一个构成系统的要素的特性都将对整体产生影响。
系统的性质: (1) 系统组成的层次性; (2系统是由各部分有机体相互联系而形成的一个整体; (3) 系统具有特定功能; (4) 系统与环境存在相互作用。
中央空调系统及其所服务的建筑物是一个相互作用的整体。要满足室内一定的舒适度要求, 中央空调系统必须不断调整本身的运行参数以适应环境的改变。
中央空调系统在某一时刻的冷负荷由冷水机组承担。究竟冷水机组投入运行几台, 或供冷量为多少, 需要根据控制策略来定。虽然优化控制对自动控制装置的要求较高, 控制也更复杂, 但优化控制最节省运行费用, 具体情况将在下面详细论述。
中央空调系统是一个非常复杂的系统系统的能耗由多个子系统多种设备的能耗共同构成, 整个系统的优化运行除了要考虑单个子系统的优化之外, 还要考虑整个系统与子系统间的协调匹配工作关系。
2 变流量节能控制思路
(1) 将定流量控制系统改为变流量控制系统。从传统的冷水机组供水定流量控制的方法, 改变成满足冷水机组运用工况的变流量控制, 这样就可以实现冷冻水系统跟踪末端负荷的变化, 末端需要多少冷量就供给多少冷量, 实现最佳的节能。同时, 冷却水系统和冷却塔风机系统也实现变流量运行, 节约大量的电能。
(2) 动态控制冷却水系统, 优化空调主机的运行工况。冷却水系统按照设置的进水温度和出水温度采用变流量运行方式。使冷却水系统动态跟踪冷水机组发热量的变化, 按照需要散发热量, 提高冷水机组的热交换效率, 控制空调冷水机组的C O P值使其处于较佳状态。
(3) 按照不同时段设置不同运行参数, 实现系统最佳节能。
3 变流量节能原理
3.1 制冷压缩机节能原理
冷水机组是中央空调系统在进行供冷运行时采用最多的冷源, 在大型中央空调系统中冷水机组侧耗电量约占整个系统耗电量的6 0%, 且冷水机组在设计和选型中均是以系统最大负荷为依据, 所以在中央空调系统动态运行中冷水机组的节能意义重大。
3.1.1 压缩式冷水机组
(1) 活塞式冷水机组大多数是多机头可以手动或者自动控制机组投入的数量实现冷量调节, 这种调节大多数都是步进式的。 (2) 螺杆式冷水机组具有能量调节机构, 可以实现能量在25%~10%范围内的无级调节, 有些型号的机组能量调节范围甚至高达15%~10%。 (3) 离心式冷水机组也具有能量调节机构, 有些型号的机组具有变频驱动装置, 始终保持最佳效率, 能量调节范围高达10%~15%。
3.1.2 吸收式冷水机组
直燃型浪化铿吸收式冷水机组是靠燃油或燃气来制冷或制热的, 它也有能量调节功能, 根据制冷 (热) 量的需求, 自动控制燃烧火焰为大火、小火或熄火状态, 从而到达节能的目的。
从目前国内己安装的中央空调节能系统来看, 对于各类空调主机都是采取优化运行工况, 从而达到节能。还未见加装变频器运行的冷水机组, 其主要原因是大功率变频器价格昂贵, 业主受经济条件限制, 不愿意在这方面进行投资。优化空调主机运行工况后, 压缩式冷水机组可以节约电能10%, 吸收式冷水机组可节省燃料10%~3 0%。这是十分可观的数据, 今后应该深入对空调主机节能机理再深入试验和研究。
3.2 冷冻水系统变流量节能原理
在一次泵变频调速控制系统中, 冷冻水供水受到最小流量的限制, 蒸发器设计中水流量有一定变化范围, 低于最小流量是不合适的, 冷水机组也将按其安全保护装置而停机。
因此, 在控制系统中将设置最小流量 (应大于机组最小流量的要求) 。当冷冻水供水流量过小时, 控制系统开启电动旁通阀, 加大空调主机的冷冻水供水量。旁通阀开度取决于控制系统检测和计算的数值, 这样就能保证空调主机的正常运行, 又能保证节约电能。
冷冻水变频调速控制系统中, 并联多台水泵时, 这些水泵采用相同型号和规格才是合适的, 不宜用不同型号和规格的水泵并联运行。这些水泵宜选取特性曲线较陡的, 对于压差控制较有利。
控制系统应设置冷冻水泵的最低频率和最高频率, 最低频率受水泵堵转频率和空调主机最小流量的限制, 一般设置在25Hz~30Hz之间;最高频率当然就是水泵电机的工作频率 (50Hz) , 通常设置在45Hz左右。当超过4 5 H z时, 就增加1台水泵并联运行。当多台水泵并联运行时, 控制系统宜将全部水泵在相同频率下运行。
3.3 冷却水系统变流量节能原理
冷却水系统能耗是中央空调系统总能耗的重要组成部分之一。在建筑中采用微机控制技术和变频调速技术对冷却水系统进行控制, 具有显著的节能效益。
目前空调工程中大多数冷却水系统都保持常年定流量运行的状况。工程技术人员考虑冷却水系统的节能措施一般从以下两方面进行考虑:第一, 研究冷却塔的热湿交换, 提高其热湿交换效率, 从而减少冷却水泵和冷却塔风机运行能耗;第二, 对冷却塔风机或冷却水泵单独进行变频调速控制。当室外气象条件变化 (如干湿球温度降低) , 则改变风机运行状况 (减速或停转) , 从而达到节能运行的目的。但一直未从中央空调系统的角度对冷却塔风机和冷却水泵变频调速节能运行作有益的理论探讨和实践尝试, 大部分工程技术人员认为若让冷却水泵变流量运行, 则与蒸发器、冷凝器要求定流量下工作的原则相违背。=导致冷水机组制冷量的变化, 偏离设计工况运行, 将引起冷水机组压缩机运行工况不稳定, 对压缩机损耗较大, 缩短冷水机组使用寿命。另一种观点则认为, 若冷却水泵变流量运行减少冷却水流量时, 将降低冷凝器的换热效率, 可能会导致冷水机组效率下降, 结果得不偿失。
UGC流量“废水”变“金矿” 篇2
短视频价值愈加凸显
UGC模式，为国内早期视频网站积累了大批用户和品牌口碑，这些价值优势是后来者短期内难以超越的。这些因为时间和耐心培养起来的UGC习惯，也恰恰成为了56网能够进一步做大蛋糕的基石。“培养用户创造UGC的习惯是需要花很长时间去引导的，而且见到收益的时间比砸钱去买影视剧得到广告回报的时间要慢得多。”
视频网站在经历“版权烧钱”压力带来的一番洗牌之后，行业内容同质化和长视频高门槛带来的弊端已日益明显。事实上，连王微之前提出的“工业废水论”，也是出于当时视频广告才稍露头角而较为专业的UGC视频制作团队尚未崛起，才导致大量低质量的自制内容耗去了巨大的带宽成本却不能带来收益。
时间之轴转过4年，昔日的“废水”却成为了众视频网站抢占的“金矿”。UGC模式忽如一夜春风，又开始在视频行业中大行其道。加强自制剧内容，寻找差异化定位，已成为业内共识。你一刀，我一刀，在视频网站纷纷上前瓜分UGC这个大蛋糕时，坚守7年UGC模式的56网却像一个主厨，备齐上好食材，摆开锅碗瓢盆，开始将蛋糕越做越大。
事实上，视频分享网站大量UGC短视频的营销价值正在逐渐得到重视。据艾瑞日前发布的《2012年网络短视频营销价值研究》报告称，UGC短视频和版权影视剧长视频构成了视频网站的内容主体，其营销价值各有不同。 长视频所占时长份额高达78.9%，用户黏性强；短视频播放时长短，但因其数量繁多、内容丰富，能够产生较高的浏览页面数，页面数份额超过50%。在长视频贴片广告价格飙升，而网民视频关注内容趋向多样的背景下，根据用户短视频偏好进行广告定向投放将是一种新的选择，而有针对性的内容植入或自制短片也是短视频营销的机会所在。
李浩对网络导报记者坦言，近年来，财大气粗的门户加入视频领域，使得视频行业的竞争核心转移到基于版权的长视频内容上。“门户网站是膀大腰圆的，所以刚开始习惯的玩法都是砸钱。因为用钱去砸，这种玩法是见效最快的，也可以说是简单粗暴的，但是最有效。最后造成版权价格不断地被抬高，直到抬到天价，抬到大家都承受不起。”
事实上，56网的选择看起来也有着扬长避短的逻辑。毕竟，其竞争对手中的搜狐视频、腾讯视频有着门户背景，在资金和娱乐资源方面优势明显。而烧钱买影视版权，在造成网络视频行业同质化和成本压力之外，也往往买得来流量，却买不来用户粘性。
视频行业明年底完成洗牌
去年，经过了资本、用户和时间共同驱动，视频行业完成了市场的跑马圈地，迎来了“剩”者为王的新时代。然而这种语境下，新一轮市场既存者到合纵连横却又接连上演。56网和人人网打通之后，酷六和开心网也结成了战略合作伙伴。一时间，网络视频社交化的博弈展开，视频网站纷纷忙着结盟，为自身取得一个有力的竞争防卫空间。
“社交平台是非常适合短视频的传播的，无论是在微博，还是人人网上面，都会看到用户大量上传的都是短视频，而且基本上是时长10分钟以下的。而像乐视网那样致力于做版权长视频的网站，你会看到他们在社交平台上的份额是非常少的。”李浩认为，视频网站的市场还会进一步整合集中。“就比方说，优酷和土豆集中了，两家变一家。”在这之后，还将有部分网站会合并或者联合，而另一部分网站则会走差异化的道路。“像酷米网，就专门做儿童的视频内容了；像六间房，就完全转型成一个互动娱乐社区。”
李浩表示，视频行业的大洗牌将会在明年年底之前基本会完成，或者告一段落。到时候，会形成3到4家市场份额相对比较领先的第一集团，这3到4家在整个视频的市场份额加起来会占到80%。而其余的视频网站，要么是走联合的策略，要么就是走差异化的方向。
变流量空调 篇3
空调水系统具有以下特点:空调设备绝大部分时间内在远低于设计负荷情况下运转;空调水系统供回水温差远低于供暖系统的温差, 无法进行质调节, 流量调节才是合理的做法;由于实际工程夏季冷负荷取值往往过于保守, 致使冬夏季空调循环水量差别过大, 循环水泵冬季运行极不经济等等。空调水系统设计有定流量系统与变流量系统之分, 两种方式均是就负荷侧而言, 对于冷源侧, 则应根据制冷方式不同具体分析对待。主要关注的是变流量水系统的全面平衡。
2 变流量系统的全面水力平衡
2.1 静态水力平衡的实现:
通过在对应部位安装静态水力的平衡设备, 使系统达到静态水力平衡。当系统所有的自力式阀门均设定到设计参数位置, 所有末端设备的温控阀均处于全开位置时, 系统所有末端设备的流量均达到设计流量。实现静态水力平衡的目的是使系统能均衡地输送足够的水量到各个末端设备, 并保证末端设备同时达到设计流量。
2.2 动态水力平衡的实现:
通过在相应部位安装动态水力平衡设备, 使系统达到动态水力平衡。在系统中各个末端设备的流量达到末端设备实际瞬时负荷要求流量的同时, 各个末端设备流量的变化只受设备负荷变化的影响, 而不受系统压力波动的影响。变流量系统的动态水力平衡在保证系统供给和需求水量瞬时一致性的同时, 避免了各末端设备流量变化的相互干扰, 从而保证系统能高效稳定地将设备在各个时刻所须的流量准确地输送过去。目前在暖通空调变流量系统中常用的兼具动态平衡与调节功能的动态水力平衡设备主要有动态平衡电动二通阀、动态平衡电动调节阀等。
3 变流量水系统的控制方法
在变流量系统中, 用户末端盘管采用二通阀调节, 整个系统循环流量随负荷变化而成比例变化。无论对于一级泵系统还是二级泵系统, 冷源侧均为定流量。一级泵的变流量系统是靠分、集水器之间的旁通实现的。二级泵变流量系统中, 常见的负荷侧变流量方法是通过供回水压差对二次泵进行台数控制。真正意义上的变流量系统, 是靠移动水泵工作点使之沿管路特性曲线移动, 保持水泵在最高效率点运行。
使用传感器的型式及其安装位置对于一个变速泵系统运转顺利与否, 有着决定性的影响。压差传感器是最适用于HVAC系统、密闭回路的传感器。压差传感器的位置对系统的运行和系统能耗量都有影响。当压差传感器装在末端设备附近时, 水泵的扬程随着系统用水量的减少, 在调节阀上的能耗也有所减少, 可以节约很多能源。
对空调变水量系统全面平衡的控制方法, 得出了以下几点结论:
3.1 末端定压差控制方法是目前先进的空调变水量系统的控
制方法, 它在实际中已经得到应用, 并且在实际应用中取得了良好的运行效果, 大大节约了能源。通过理论分析和实验验证, 末端定压差控制方法是空调变水量系统的可靠控制方法, 相信它在实际应用中将得到更广泛的应用。
3.2 末端变压差控制方法是在末端定压差控制方法基础上提出的一种更为节能的空调变水量系统的控制方法。
目前, 对于这种方法的研究尚处于理论阶段。提出了两种末端变压差控制方法:a.控制器根据各个流量计测得的流量与各自相应的设计流量相比得到的流量百分比取平均值, 然后根据平均值调整末端压差传感器的压差的设定值, 控制器再根据新的末端设定压差与实际末端压差的大小关系调整泵的转速。b.将阀门的开启度作为一种参考指标, 根据阀门的开启度调整定压值的大小的控制方法。即控制器根据各个阀门的开启度调整末端压差传感器的设定值, 使至少一个阀门全开。
3.3 在分析末端变压差控制的基础上, 摒弃末端定压差或末端变压差的控制理念, 提出一种集中控制的方法。
这种方法不同于传统的控制方法, 调节阀对流量进行自主调节, 阀门的开启度是不能人为控制, 而是在运行过程中利用测量仪器测出各种需要的数据收集到控制器后, 由控制器进行处理, 然后对阀门的开启度直接进行调节。这种控制方法比起传统的末端定压差控制方式有更大的节能空间。它可以用最小的泵的耗能提供系统最适合的流量, 同时能满足系统的供回水的温差始终与设计温差相符合。另外关于阀门的阻抗系数和开度的变化的关系式还需要进行事前进行大量的实验工作才能得到, 就像泵的性能曲线一样需要厂家来提供。
3.4 末端定压差控制方法中的控制曲线在流量非等比例变化时, 并不是一条曲线, 而是一个区间, 称之为“控制带”。
控制带的确存在, 而它的存在使末端定压差和末端变压差控制方法更为复杂, 所以控制带的存在为以后进一步研究空调变水量系统的控制方法提出了新的课题。
4 变流量系统设计, 阀门选用和试运行
4.1 系统设计问题
变流量与定流量系统设计的不同, 不单单是两通控制阀代替三通控制阀, 由于两通控制阀的使用, 变流量水系统的工作压力应总高于相应的定流量水系统的压力, 而且应该设计成自平衡系统。因此, 在系统设计时, 必须强调控制阀及其执行机构的重要性, 阀体必须是高质量的, 要经得起系统中存在的附加动压和静压。在工程设计说明中, 对安装和系统维护也应提出要求, 如传感器控制盘管阀一般总是控制流量。根据阀门运行的最大阀塞行程再设定差压传感器, 可以进一步减少水的输送能耗。
4.2 控制阀的各项性能要求
a.阀门规格的选定;b.阀门执行机构规格的选定执行机构要具有能够紧紧关闭、使阀塞处于精确位置的能力。c.阀体静态额定能力要求:普通供暖通风空调用阀体的额定压力值一般是1720 k Pa, 。d.阀体动态额定能力要求:阀体的动态额定能力是指所设计的湿润部件最大流量时的压差。e.流量特性要求变流量水系统的阀门、阀孔和阀塞特性, 在供暖和制冷盘管的输出流量下, 阀杆行程必须近似于线性作用, 具有等百分比特性的阀门非常接近于这个要求。f.压力升高比要求变流量水系统要设计成自平衡的水力系统。
结束语
随着我国经济的快速发展和人们生活质量的提高, 能源问题显得越来越重要。在保障舒适性的前提下, 节约现有能源、开发利用新能源成为制冷空调新产品研制过程中考虑的重要因素。随着电子技术的发展, 变水量空调系统应运而生, 并得到越来越普遍的推广应用, 也得到了很大的社会效益和经济效益。因此近些年来, 在越来越多的暖通空调工程水系统选用水力平衡阀来对系统的流量分配进行调节。
参考文献
[1]高养田.空调变流量水系统设计技术发展[J].暖通空调, 1996.
[2]高养田.空调变流量水系统设计技术发展 (续) [J].暖通空调, 1996.
变流量空调 篇4
地源热泵空调是一种以地源[1]作为热泵的冷源和热源的热泵空调系统。为了减小能耗,节约资源,空调系统应依据外部负荷的变化而调整输出。针对地源热泵系统的特点,可以采取变流量节能控制来达到空调系统的自动优化控制。
由于空调系统是一个典型的大时滞,非线性系统,采用传统的PID恒温或恒压闭环控制往往达不到很好的效果,而且PID控制参数的选择往往依赖于系统精确模型的建立。为了更好地解决大时滞、控制精度和稳定性的问题,在本系统中采用模糊负荷预测算法,通过预测负荷来确定系统当前的供回水流量,运用变频技术来实现流量的自动调节。
1 变流量调节热泵空调系统
地源热泵空调系统的室内环路在建筑物内和热泵机组之间传递热量,直接与负荷相关联,在这一部分可运用一次泵变流量系统,减小系统的运行能耗。该部分设计运行如图1所示,系统的流量大小是通过PLC模糊预测控制系统得到的。
2 PLC模糊预测变流量控制系统
为了实现整个系统,采用西门子PLC,核心为CPU224,扩展12位A/D模块为EM231,具有4通道模拟信号输入。扩展12位D/A模块为EM232,具有2通道12位模拟信号输出。为了在PLC上实现模糊预测,运用计算机离线计算得到模糊预测表,通过查表对负荷进行计算。系统采用通用变频器,通过模拟电压来控制其输出频率,运用PLC内部的PID控制模块实现对供水流量的闭环控制。考虑到管道最小流量保护和水泵的额定频率[2],将变频器输出频率限制在[30,50]区间,单位为Hz。地源热泵空调变流量控制系统如图2所示。
图2中,通过安装在供水管上的流量传感器,将流量和供回水温度变成4～20 mA的标准信号送入到PLC控制器中,PLC控制器依据采集到的数据计算出当前负荷,然后再将当前计算负荷与负荷变化率进行模糊化查表,经反模糊化后得到系统的预测负荷,由预测负荷计算出最佳流量。将最佳流量送入到PID调节器中,PID调节器将当前采集到的流量与系统设定的系统流量值进行比较,计算得出控制量,再将控制量通过D/A送给变频器,由变频器控制电机的转速来调节系统供水流量,PID形成的闭环控制使系统供水流量恒定在设定值。当供水的流量超过一台水泵的供水量时,通过PLC控制增加一台工频水泵;反之当供水流量减小时,变频器的频率达到最小值,则减少一台工频水泵,始终保持一台变频泵进行流量调节。图2中,KM1～KM6为水泵启停、切换的交流接触器。PLC在整个系统中为核心控制模块,整个系统组成如图3所示。系统的软件流程图如图4所示。
3 模糊预测控制器设计
系统采用模糊预测控制算法。模糊预测控制[3]是模糊控制和预测控制的一种综合运用,通过模糊逻辑语言来描述预测控制规则,利用模糊逻辑规则来模拟人的近似推理和决策过程,实现对复杂系统的优化控制。本预测系统的框图如图5所示。
其中模糊预测器的系统结构如图6所示。E是当前计算负荷,Ec为负荷变化率。
在地源热泵模糊预测控制系统中,将当前计算负荷和负荷的变化率做为预测器的输入,运用专家经验的预测规则来得到负荷的预测值,再运用预测负荷值确定系统的供水流量,通过变频器最终实现变流量的控制,使系统能很好地克服其固有的大时滞的问题,提高系统控制的鲁棒性。
系统负荷值可通过下式得到:
Q=W·c·Δt (1)
式中:Q为系统负荷;W为水流量;c为水比热容;Δt为供回水温差。
在负荷预测器中,取负荷的语言描述为:B(大),MB(中大),M(中),MS(中小),S(小)。负荷归一化后的论域为:[0.2,1],取量化因子Ke=10,模糊化后论域为:[2]。变量E的隶属函数矢量表见表1,为三角隶属函数。
将负荷变化率Ec也进行归一化处理,然后模糊化,语言描述同E,变量Ec隶属函数矢量表同表1。对于地源热泵系统负荷预测规则,采用专家经验。预测规则选用“IF E AND Ec THEN U”的形式:
IF E=Ai AND Ec=Bj THEN U=Cij (2)
系统的具体模糊预测规则见表2。
本模糊预测器使用Mamdani型推理[4]机制完成当前模糊输入集与所有模糊规则前提的模式匹配,产生一个单独的模糊输出集。在规则式(2)中Ai,Bj,Cij为相应的语言变量值,其模糊关系R为
式中:“×”表示对模糊量求内积。
相应的模糊关系隶属函数[5]为
∀a∈Ai ∀b∈Bi ∀c∈Cij
式中:μAi,μBj,μCij分别为语言变量Ai,Bj,Cij的隶属函数。
对于输入精确量a*,b*,有输出:
U=(A×B)。R (5)
模糊推理的输出为一个模糊集,必须对其进行反模糊化,才能得到一个确定的输出值。在反模糊化时采用加权平均法,计算公式为
式中:∑为代数和;yi,μci(yi)分别为隶属函数的质心和隶属度函数值。
为了在PLC上实现模糊预测器的功能,可结合表1和表2,运用Mamdani型推理和加权平均反模糊化,离线计算生成模糊预测表,运用查表的方式来对负荷进行预测计算。
4 热泵空调系统最佳流量计算
通过模糊预测器,可以得到预测的系统负荷,当负荷一定时,必有一个与之对应的最佳流量。不同负荷的最佳流量,可通过具体实验或计算模拟得到。根据实验或模拟出来的数据,运用插值法进行数据拟合,得到流量和负荷的对应函数。运用该函数,便能计算出系统最佳流量。流量确定后,可以通过水泵变频,运用PID控制,实现变流量调节。
5 应用效果
该系统用于地源热泵空调变流量节能控制系统,可得到良好的应用效果。传统的定流量空调系统,以用户最大负荷为设计负荷,空调系统长时间工作在满负荷的情况下。当用户端负荷变化时,不能根据实际负荷大小来调整输出,常常会造成大马拉小车,大流量小温差的情况,对资源造成了不必要的浪费。运用该模糊预测变流量系统,可以在既满足用户舒适度的同时,又最大可能地减小系统能耗,实现地源热泵空调真正的绿色节能运行。图7为供冷负荷日变化及实际预测输出负荷图,其中实线为供冷负荷日变化,虚线为运用预测控制后实际的供冷负荷输出,直线为定流量负荷输出,以日最大需求负荷为实际输出负荷。
6 结论
本文将模糊预测控制引入到地源热泵空调系统中,实现地源热泵空调系统的变流量节能运行,最大程度上减小系统的运行能耗。通过在PLC上实现变流量模糊预测控制,使系统不仅抗干扰能力强、可靠性高,同时方便扩展,成本低,控制效果好,具有良好的应用前景。
参考文献
[1]李高建,胡玉叶,朱秀斌.地源热泵技术的研究与应用现状[J].制冷与空调,2007,21(4):105-108.
[2]梁春生,智勇.中央空调变流量控制节能技术[M].北京:电子工业出版社,2005.
[3]Dounis A I,Manolakis D E.Design of a Fuzzy System forLiving Space Thermal-comfort Regulation[J].Applied En-ergy,2001,69(2):119-144.
[4]席爱民.模糊控制技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2008.
变流量空调 篇5
中央空调系统是现代大型建筑物中必不可少的系统之一,而空调耗能是建筑物耗能中的大户,在能源供应日趋紧张的时候我们迫切要求在保持空调区域一定舒适度的前提下最大限度地降低空调能耗。中央空调系统通常是在最大负荷的基础上增加一定余量作为设计负荷,而实际运行中只有很少的时间是满负荷运行,尽管冷冻主机能自动调节负载,但相应的冷冻泵、冷却泵却几乎长期在满负载下运行,电能消耗非常大。如果采用变频器来控制空调机组及水和空气输送系统的各种风机和水泵,节能效果可达30%。同时如果采用先进的控制技术和控制系统将能进一步降低空调系统的能耗并改善空调系统的性能,提高舒适度。本文采用Lon Works现场总线技术,由各分散的DDC控制节点对空调系统的各种设备进行监测和控制,采用PID控制方法对冷冻水供回水温差进行控制,由变频器控制冷冻水泵的转速改变供水量,实现了冷源侧变流量运行,节能效果明显。
2 变频调速装置与节能原理
变频器是一种常用的变频调速装置,它是利用电力半导体器件的单向导电性将电压、频率固定不变的交流电(工频电源)变换为电压、频率可变的交流电的电能控制装置。其节能原理主要是根据变频节能、功率因数补偿节能、软启动节能三个方面来实现的[2]。
(1)变频节能
根据流体力学的基本知识,水泵的功率P=流量Q×压力H,而流量Q与转速N的一次方成正比,压力H与转速N的平方成正比,所以功率P与转速N的立方成正比,这样如果水泵的效率一定,当要求的调节流量下降时,转速N可成比例的下降,而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。
(2)功率因数补偿节能
无功功率使大量的无功电能消耗在线路当中,造成较大浪费。而变频器内部滤波电容的作用使普通水泵电机的功率因数提高,C O SФ≈1,这样增大了有功功率,降低了无功损耗。
(3)软启动节能
电机直接启动时的电流约为额定电流的数倍,对机电设备和电网造成严重冲击,而且启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大。使用变频节能装置,利用变频器的软启动功能使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,从而减轻了对设备和电网的冲击,延长了设备的使用寿命。
风机、水泵是中央空调系统中的主要设备。传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量,并不能真正降低风机、水泵的耗电电量,本文中中央空调系统采用变频调速装置取代传统方式,由变频器控制风机、水泵的转速,实现风量、水量调节的目的。当风机、水泵转速下降时,消耗的功率也大大地下降。
3 冷冻水系统冷源侧变流量运行的供回水温差控制
图1为中央空调冷冻水系统冷源侧变流量运行控制原理图。按照传统的定流量运行模式,当负荷下降时,只能靠增大旁通流量来满足要求,水泵运行能耗大。变流量运行模式采用温差控制法,保持供水温度为7℃,供回水温差Δt为5℃。当负荷下降时,回水温度下降,供回水温差Δt相应变小。温差控制器TC和变频器SC降低水泵转速,减少冷冻水供水量,保持供回水温差Δt恒定,从而实现变流量运行。这样负荷下降时水泵转速降低,相应的能耗也降低了,相对于定流量运行模式节能效果明显[3,4]。
3.1 供回水温差控制
恒定供回水温差的控制模式采用增量式PID控制算法:
系统采用恒定的采样周期T,使用前后三次测量的偏差值,计算出控制量输出给变频器,由变频器调节水泵转速。
3.2 水泵变频调速过程
如图3所示,冷冻水系统由一台变频器驱动三台水泵并联供应冷冻水,其变速调节过程为:用户负荷很少时,只有接触器K2吸合,A泵由变频器驱动,转速为N。随着用户负荷的增加,冷冻水供回水温差Δt大于设定值,温度控制器根据PID控制算法,调节输出,提高变频器输出频率,增大A泵的转速,从而增加了供水流量。当A泵达到额定转速时,若供水量仍不能满足用户需求,即冷冻水供回水温差Δt仍大于设定值,Lon Works控制器发出控制指令使接触器K2断开,K1吸合,将A泵切换到工频50Hz电源定速运行;同时接触器K4吸合,变频器启动B泵,此时A泵和B泵同时向用户供应冷冻水,如果B泵在某一转速运行时,冷冻水供回水温差Δt不再大于设定值,调节过程基本结束,系统保持当前状态运行。如果用户负荷继续增加,则当B泵达到额定转速时,接触器K4断开,K3吸合,将B泵切换到工频,变频启动C泵,依次类推。相反当用户负荷降低时,冷冻水供回水温差Δt小于设定值,变频器输出频率降低,水泵转速降低,当达到经济转速后,Lon Works控制器按照先投入先退出的原则停止相应的水泵,直到只有一台水泵变频工作为止。
通过几次测试,发现当水泵变频运行时,其供电频率从49.6Hz降低到41.8Hz时,水泵出口压力从2.5×105Pa下降到1.93×105Pa。水泵的节电状况良好。然而,从图4可以看出,变频泵与工频泵并联运行时,随着变频泵频率f的降低,变频泵的扬程逐渐降低,变频泵流量Qf随之减少;工作点C的扬程也随着降低,使总的流量QC减少;因此工频泵的扬程也降低,使工频泵流量QA反而略有增加,容易使变频泵过载。所以说变频泵的频率并不是越低越好,我们将其下限值设为36Hz。
4 Lon Works现场总线技术
Lon Works现场总线技术是美国Echelon公司1991年推出的局部操作网,是专门为实时控制而设计的,具有完整的开发系统平台。在Lon Works网络中大批设备(传感器、执行器等)和控制节点相互配合,使用Lon Talk协议,经过多种传输媒体进行节点之间的通信,灵活组成各种各样的分布式智能控制系统。
Lon Works的核心技术是它的Lon Works节点(即神经元芯片节点)和Lon Talk协议,开放的Lon Talk通信协议提供ISO/OSI参考模型所定义的全部七层服务并以软件形式固化在神经元芯片上,由集成的三个8位CPU分别实现不同的功能。Lon Works技术由于其全开放性、互操作性、支持多种传输介质和拓扑结构等特点,作为底层控制网络在楼宇自动化领域得到了广泛的应用[1]。
中央空调系统中被控设备分散、控制变量相互关联,本文采用Lon Works控制系统作为底层控制网络,实现了分散控制、信号的远距离传输和网络化通信,控制精度高,系统稳定性好。图5为系统结构图。
5 结束语
能源日趋紧张,人们的节能意识也逐渐增强。中央空调系统节能的潜力巨大,本文采用了变频调速装置实现了空调水系统冷源侧变流量运行,克服了以往水泵直接起动和定速运转耗能多的缺点,在空调节能方面具有广阔的应用前景。在空调系统的控制方法和控制技术的选择上本文采用了Lon Works现场总线技术,其全开放性、互操作性、远距离多介质传输及异网构建容易的优点得到了较好的体现,提高了整个空调系统的控制质量和空气品质。
参考文献
[1]基于LonWorks现场总线技术的变风量空调系统温度PID控制[J].太原理工大学学报,2008,(1):57-59.
[2]张辉,靳军,叶正茂.变频器工作原理与在工程中的应用[J].节能技术,2005,(7):351-353.
[3]李玉云,建筑设备自动化[M].北京:机械工业出版社,2006.
变流量空调 篇6
关键词：冷冻水系统,定流量,变流量,节能改进
0 引言
在设计冷冻站时一直困扰着设计人员的问题是系统是按照额定负荷设计的,冷冻水系统也是按照定流量系统设计的,而在负荷变化时,虽然冷水机组(以下简称“机组”)可以根据负荷进行调节,可是蒸发器侧的冷冻水流量却是固定的,水泵还是在满载工作,水泵的能耗不可能因机组在部分负荷运行而减少。设计人员对此很困惑,但也很无奈。本文针对蒸发器侧冷冻水系统按定流量或变流量方式工作进行简单的分析,希望能对提高系统的能效,合理减少机房的面积和设备投入有一些参考。
1 冷冻水系统的基本形式
目前冷冻水系统的配置简单来讲有下列三种:
1) 一次泵系统的蒸发器侧定流量用户侧变流量(俗称一次泵定流量系统):2) 二次泵系统的蒸发器侧定流量用户侧变流量(俗称二次泵变流量系统):3) 一次泵系统的蒸发器侧变流量用户侧变流量(俗称一次泵变流量系统)。
2 一次泵定流量系统
传统的系统,冷冻水流量的快速变化会引起机组运行出问题。因此,在机组蒸发器侧的冷冻水流量设置为定流量,而用户侧末端设备的冷冻水流量设置为变流量,在末端设备出口设置电动两通阀对冷冻水流量进行调节控制,还在冷冻水的供水总管和回水总管上设置一根旁通管来平衡蒸发器侧与用户侧的流量。
3 二次泵变流量系统
二次泵变流量系统是在机组蒸发侧流量恒定前提下,把传统的一次泵分解为两级:1) 一次泵用来克服机组蒸发器和一次环路的流动阻力,即自蒸发器出口到旁通管路再到蒸发器入口的阻力。2) 二次泵用来克服从旁通管的蒸发器侧到末端设备再到旁通管的用户侧的水环路阻力。
不难看出,在部分负荷时二次泵变流量系统用户侧的水泵能够根据负荷进行调节控制提供相应的冷冻水流量,而一次泵定流量系统只能通过改变开启的水泵台数调节流量。二次泵变流量系统虽然实现了二次侧水泵的减载,比一次泵定流系统节能,但是相应的设备初投资增加了,要求的机房面积也增加了,同时控制也较复杂,对机房操作人员的要求也较高。下文讨论分析可以在部分负荷时通过一次泵直接变流量来达到更节能,更节省初投资的效果。
4 一次泵变流量系统
由于目前有些机组蒸发器侧可以实现变流量控制,因此就可以直接根据用户侧的流量变化来调节蒸发器侧的流量变化。这种一次泵变流量系统相对于二次泵变流量系统不但可以减少二次侧的水泵投资和相应的占地面积,同时在运行费用上还可以降低很多。
1) 实现一次泵变流量系统的条件
首先,冷冻水系统是个变水流量的系统,末端设备的冷冻水流量由电动两通阀调节控制;其次,机组蒸发器侧要具备较宽的流量范围,比如额定流量的30%～130%,流量的下限以小于50%额定流量为妥;同时,压缩机对流量的变化反应足够快,能承受每分钟30%～50%的流量变化。对于具备这些条件的机组可以考虑构成一次泵变流量的冷冻水系统。如果采用了一次泵变流量系统,在水泵变流量的范围内就可以直接与用户侧的流量相匹配,在流量的变化范围内没有旁通量,这就意味着没有多余的能耗。
2) 旁通阀和流量传感器(或蒸发侧的压力传感器)
水泵变流量的范围应与用户侧相匹配,设置旁通管并配置两通调节阀是因为目前的机组变流量的范围不是从0～100%,有的是30%～130%,有的螺杆式机组又在45%～120%。当用户侧的流量低于机组变流范围时,可以采用旁通调节控制,保证蒸发器内的水流量不低于机组的最低水流量。这时旁通阀开始动作,系统的流量传感器(或蒸发器侧的压力传感器)代替末端设备的压差传感器指挥旁通阀,使得旁通阀的流量加上末端的流量等于机组的设定最小流量,同时,水泵以最低频率定频运行。
3) 水泵的运行
首先,水泵和机组不是一一对应的。水泵的运行是由设定的末端设备的压差控制的,机组的加减则是由投入机组的运行电流来控制的。假设有三台机组,相应配置三台一次侧变流量冷冻水泵。当系统起动时,一台冷冻水泵先以最低频率起动,如果不能满足末端设备的压差设定值,则第二台冷冻水泵以最低频率加入。如果压差还不满足,第三台冷冻水泵也以最低频率投入。如果此时压差仍然未到设定值,三台水泵同频上升来加大流量,直到末端设备的压差设定值得以保证为止。当末端设备的负荷减少,则流量过剩,也就是末端设备的压差高于设定值时,三台泵同步减频来维持压差设定值。当冷冻水泵处在最低频率时(因为三台冷冻水泵同频动作,所以同时处在最低频率),如果还有减少流量的需求,则关闭其中一台水泵。
4) 机组的加减载
机组启动后,随着负荷的升高达到开机的要求,且经过蒸发器的水流量超过机组运行最低水流量时,水流开关闭合,机组自动投入运行。随着末端设备负荷的增加,机组的荷载也增加。当机组达到满载以后,如还不能满足末端设备负荷要求时,则再投入一台机组,直到机组全部投入运行。反之,当机组的制冷量大于末端设备负荷要求时机组自动卸裁,随着负荷继续减少,当运行的两台机组卸载到最低负荷时,就停运其中一台机组,如负荷还在持续减少,则再关闭一台机组,直到机组全部关闭。
5 一次泵变流量系统与二次泵变流量系统的比较
节省初投资机房占地面积,不但冷冻水泵节能,同时减少机组和冷却水泵的运行时数,降低运行费用在节能方面,一次泵变流量系统不但在冷冻水泵方面节能,还可以减少机组的全年运行时数,节省冷却水泵的运行时数和能耗。按常规设计,在一次泵变流量系统中机组与冷冻水泵一一对应限制了机组的“超额冷量”的发挥。设计时机组是按照一定的工况选的,如冷凝器的进水温度为32℃,水泵则按照机组蒸发器的流量选定。当室外工况好于选机工况时,如29℃时,机组的出力是可以大于额定冷量。但是,水泵是按照机组蒸发器的流量选定的,其流量不会大于蒸发器的额定流量。因此,限制了机组的“超额冷量”的发挥。而一次变流量系统的冷冻水泵可以调节控制流量,在室外工况较好时,可以提高蒸发侧的流量,使得机组的“超额冷量”能够发挥出来。因此,可以减少机组全年投入运行的时数,相应的冷却水泵投入运行时间也减少了。
6 结论
随着机组的技术进步,设备对系统的兼容性增强,系统的设计也将越来越多样性。本文对于蒸发器侧冷冻水系统定流量和变流量的分析表明:一次泵变流量系统不仅可以节省系统的初投资和机房面积,做到冷冻水泵的节能运行,而且还可以减少机组的全年运行时数,节省冷却水泵的运行时数和能耗。
参考文献
[1]肖晓坤.建筑空调变水量水系统实时优化控制研究[D].上海:上海交通大学硕士学位论文,2005.
[2]丁云飞.部分负荷性能对冷水机组运行能耗的影响评价[J].节能,2000,(1):3-6.
[3]何雪冰,刘宪英.中央空调节能有关问题探讨[J].重庆建筑大学学报,1998,(8):118-121.
变流量空调 篇7
近年来, 经济得到飞速发展, 人民的生活水平逐渐提高。人与人之间的沟通能力得到加强, 经济团体与经济团体之间的联系也进一步加强, 因此, 人们的出行需要也日益提高。虽然目前的出行方式多种多样, 但是考虑到飞机运输方式速度快, 舒适便捷, 所以成为目前使用范围不断扩大的运输方式。另外, 飞机成为人们日渐青睐的出行方式更主要是因为其高度舒适程度。由于飞机运输属于高空作业, 空气稀薄, 氧气不足, 而且飞机内部空间狭小, 因此, 对于内部的空气要求也相对较高。空调系统起着飞机内部空气调节的主要功能, 而该系统的引气流量调节作为空调系统的关键构成部分更需要进行相应的调整。
1 现代民航飞机空调系统的构成
现代民航飞机空调系统分为:气源系统, 温控系统, 压力控制系统和座舱空气分配系统四大部分。
空调系统的供气来自于发动机 (或专门的增压器) , 从流量控制活门 (组件活门) 进入空调系统后, 由两套 (或三套) 完全相同的制冷组件进行冷却, 在这里对空气进行基本的温度和湿度调节, 然后冷空气和热空气混合后, 以保证空调舱的确定温度。另外, 空调系统还为仪表板, 电瓶和设备架冷却, 最后, 调节好的空气分配到座舱内的各个区域。由排气活门控制对驾驶舱和客舱按飞行高度进行增压控制。同时系统具有10000英尺座舱高度警告, 正释压活门, 负释压活门等安全措施。本篇论文重点对引气系统流量调节的工作原理进行阐述。
2 引气系统流量调节方法
由于飞机是高空密闭飞行, 所以为了保证机内乘客和机组人员的基本呼吸要求, 需要保证飞机内部的固定空气含量。目前的民用飞机综合考虑到可操作性和经济性、环保性等因素, 基本采用发动机提供空气的基本办法。不同乘客容量的飞机内置发动机数量存在差异, 需要根据实际情况确定发动机的数量。通常保证正常运作的发动机数量为一到两台, 当这两台同时发生故障时, 为了保证机内人员的呼吸需要应该在一定高度限定条件下由APU接替供气。当然, 出于对发动机的保护, 国内的某些飞机在起飞阶段也是用该种供气手段, 从而延长了发动机的使用寿命, 降低了发动机更新换代的年限和使用费用, 此种方法得到了越来越多机场的青睐。
为了降低从压气机引气对发动机推进功率造成的损耗, 并使燃油消耗最小, 许多现代客机都采用两级引气, 即从高压压气机的低压级和高压级分别引气:正常情况下 (较高发动机功率时) , 空气从低压级引气口引出, 此时高压级引气关闭;当发动机在低功率下工作时, 低压引气压力不足, 则高压级引气活门自动打开, 由高压级引气口供气。现代客机空调系统的组件活门可以控制流入空调系统的引气流量。组件活门利用文氏管作为一种气体流量的测量 (或敏感) 元件, 在引气流量项目中起着至关重要的作用。
2.1 进口/喉部压差法
经过科研人员大量的数据汇总分析, 对流过文氏管的空气流量与进口静压和喉部静压之间的关系进行了总结, 基本可以确定为 (1) 当进口静压与喉部静压两组数值相等时, 此时流过文氏管的空气流量为零; (2) 当进口静压大于喉部静压时, 流过文氏管的流量大于零, 此时存在一个反比例关系, 即进口静压与喉部静压的比值越小, 空气的流量越大。其中存在一个特殊值, 即当P2/P1=0.528时, 空气喉部气体流速达到当地音速, 气体流量达到最大, 此后气体流量不随P2/P1的减小而增大。根据上述的研究成果, 科研人员可以相应的划出比例变化图表。科研人员通过对图标的进一步分析, 又得到了另一个理论:
当P2/P1〉=0.528, 通过测量文氏管的流量主要取决于文氏管入口气流参数及进口, 喉部压差:而当入口气流参数不变时, 经过文氏管的空气流量主要取决于进口, 喉部压差, 并且流量随压差的增大而增大, 这就是利用文氏管作为测量 (敏感) 元件的基本工作原理。
文氏管安装在节流活门的下游, 流量调节器以其进口和喉部静压为输入信号, 经变换放大后, 驱动活门作动机构, 调节节流活门的开度, 从而控制流经节流活门的流量。
2.2 喉部静压与总压比较法
另外, 也可以利用文氏管喉部静压和文氏管总压作为控制信号源。该种比较方法主要应用伯努利方程。在伯努利方程中, 文氏管总压数值等于喉部静压与空气密度和喉部气流速度乘积一半的平方的和。根据这一文字表达公式我们基本可以肯定对于总压的数值受到喉部静压、空气密度以及喉部气流速度三个因素的影响。由于该公式计算复杂, 所以对于相关技术人员提出了更高的专业要求。除此之外, 我们还可以得到另外一个重要结论:因为流量与流速成正比, 所以测出总压与喉部静压差 (P*-P2) , 就可以作为控制信号控制通过文氏管的气体的流量。现在民航飞机空调系统的组件活门多采用此种控制原理。由于该种方法有相关的公式计算为依托, 所以操作简单, 同时需要进行智能化数据分析才能使各项数据在可控的范围之内, 而且可以通过数据的输出达到理想数据的输出。因此, 对于这种引气流量调整的办法的实施需要克服两个障碍:首先, 需要引进一批高端的专业人才, 只有专业技术型人才才能够进行公式的合理分析, 并通过数据的调整进行科学的预测和评估, 保证空气调节工作的顺利进行;其次, 该种调节方法要求有相关的监测设备做辅助, 上述公式中总压等数值的确定和检测需要有检测设备做依托。因此, 该种方法在人才引进和设备引用两个方面需要投入大量的资金, 提高了机场的运营成本。
3 结语
综上所述, 人们对于飞机出行方式的关注度提高的同时, 也促使飞机运营公司不断的提高飞机的内部舒适度, 只有这样才能更多的吸引乘客, 在激烈的市场竞争中获得长远发展。而对于飞机的舒适度主要体现在内部空气的调节。从根本上说, 只有进行引气流量的合理性调整, 保证机舱内部空气流量总值的稳定, 并能够根据外部环境进行及时的调整, 才能保证乘客的呼吸要求。文章中介绍的部分调整方法仍在探究阶段, 需要技术人员根据自身的专业知识和工作经验进行完善, 以全面提高民用飞机的服务质量, 提高飞机出行的利用率。
参考文献
[1]支线飞机维护手册.[1]支线飞机维护手册.
[2]支线客机培训手册.[2]支线客机培训手册.
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