浅谈区域供冷系统运行的节能分析与控制策略优化

钟如杰

摘要：随着经济的发展，城市步伐的加快，城市里越来越多的出现了温室化效应。随之而来的就是对于供冷系统需求的加强。供冷系统的大面积使用在很大程度上增加了电网的压力，也带来了一系列的隐患。所以做好供冷系统的优化就显得很重要。本文最先描述区域供冷系统的特点，然后对板式换热器的节能以及控制方法进行了简单的分析，最后针对这些情况，我们简要的提出了一些优化措施。

关键词：区域供冷系统；换热器；节能分析；控制策略

随着我国经济实力以及城市化进程的加快，建筑所产生的能源消耗也呈现出上升的趋势，因此建筑的节能工作就显得格外有必要。在建筑的能源消耗中，其实空调的能源消耗其实占有很大的比重，所以节能的重点就是解决空调的能源消耗。最近这几年，随着城市中大型的商业建筑群的不断出现，区域供冷系统开始出现并得到广泛的应用。相比较传统的中央空调系统，区域供冷系统具有能源高度使用的特性，它改善了周围环境发热的现象，就其本身的优点，它是未来区域建筑群空调系统的发展目标。

1区域供冷系统的特点

丹麦工业大学的P.O.Fanger教授提出了PMV指标，这个指标的形成是在大量实验数据的分析统计上，再结合人体的热舒适方程，所提出的表征人体热舒适的一个比较客观的指标。这个指标综合对空气温度、平均辐射温度、人体活动程度、空气湿度等六个因素，另外再结合心理学的一些特征，从而得出的最全面的评价指标。PMV指标根据人体对于冷热的感觉共分了七个级别。如表1

表1人体冷热感觉级别

根据上面这个表我们知道人对于冷热是比较敏感的，所以供冷的相关工作就是十分必要的，好的环境才能让人感觉到舒适。而区域供冷系统作为一种较为新型的供冷系统，在一推出就受到大家的热议和使用，而究其自身也具有以下的特点：

1.1环保性

在区域供冷系统中，使用冷建筑内部无冷水机组和冷却塔结合使用的办法，可以很大程度上减少建筑物所发出的噪声、振动以及废热的污染。区域供冷系统采用的是集中供冷的方式，相比较传统的中央空调系统，除去制冷剂的用量小，减少了对臭氧层的破坏外，而且在处理制冷剂的工作上更加便利。

1.2可靠性高，方便维护

区域供冷系统制冷设备主要集中安置在区域供冷站内，这样一来就整体加强了自动化，而相关的运行管理人员也只需要在区域供冷站内工作。这样在各个建筑物内所投放的设备数量就会比较少，相对来说管理很简单，我们只需设置少量的现场运行人员，或者说不设置也没有任何问题。

1.3降低了对于系统的投资，提高了电网的安全性

区域供冷系统内使用冷建筑的数量比较多，并且自身的用冷特性也各不相同，同时它们的使用系数都不高，和常规中央空调系统比较起来，除去能够减少制冷设备的总装机容量，降低系统自身的造价和占地面积之外，还能够从根本上提升系统的能源使用效率，从而保证电网的安全性能。

1.4节能性

一般来说区域供冷系统的供冷范围相对比较大，并且供冷的用户数量也比较多，所以我们一般选用大型高效的制冷主机。区域供冷系统还能够和冰蓄冷相结合，充分利用电网低谷时段的电力，从而减轻电网高峰时期的负荷，以此来提高电厂设备以及电网的使用效率。

1.5能实现能源的梯级利用

分布式能源站或者热电厂在发电的时候，会产生各种的热水、烟气、蒸汽等热能。区域供冷系统可以采用大型的吸收式制冷主机，充分利用这些低品位热能继续生产冷冻水。低品位的能源用来制冷，高品位的能源用来发电，这样一来就可以实现能源的梯级使用，从而提升资源的利用率。

1.6减少用户的投资

区域供冷系统的使用大大降低了建筑业主对于空调工程的初投资，这对于中小用户来说是十分便利有用的，中小用户可以在不增加很多投资的情况下，享受集中空调的作用。

2板式换热器的控制策略

因为现有区域的供冷系统运行过程中缺乏相对应的控制模型，所以对于冷量的动态精确控制就成了一个难以实现的问题。在本章中我们就具体以板式换热器的一次侧量调节、二次侧质调节方式下模糊PID控制器设计过程为例进行分析。如图1

图1区域供冷系统建筑物节能监控子系统

如上图，这个就是区域供冷系统板式换热器一次侧量调节、二次侧质调节方式下的冷量调节框架。我们根据区域供冷系统自身所具有的复杂性、大时滞、受外部干扰大的特性，发现常规的PID控制方式很难以满足理想的控制效果，所以就出现了上述的板式换热器一次侧量调节，二次侧质调节的方法，后来还进行了相对应的仿真行为，最终的结果表明，模糊PID控制确实能够实现系统的优化调节作用以及精确的控制。对于板式换热器有了基本的控制之后，我们才能进而去实现区域供冷系统的节能优化。

3实现区域供冷系统的节能优化

区域供冷系统节能运行其实应该是在提高各设备运行效率的的基础上去实现的，这样才能从整体上去达到最终节能和环保的目标。

3.1对于空调末端的设备进行节能

伴随着空调房间冷负荷的变化，我们通过对变风量的调节，从而实现空调末端设备的供冷量的相应调节。空调末端设备的送风量因为冷负荷的减低也开始逐步减少，最后风机的能耗也会随之减少。

3.2空调房间室内参数的合理化

我们衡量空调系统性能的最主要参数其实是空调房间的热舒适性，如果空调室外的热环境参数相同的时候，夏季空调室内设定的温度和相对湿度越低，系统出现的冷负荷与湿负荷也就越大，这样也就会导致消耗的能量也就越多。所以在舒适性范围以内恶魔要尽量去提高空调房间的温度和湿度，这样很大程度上就可以减少供冷系统出现的能源消耗现象。

3.3合理利用室外新风

我们都知道，对于夏季要供，、冬季要供热的房间，进入越多的新风量，则产生的系统能耗也就越多，所以我们可以在空调房间安置CO2浓度控制装置，根据具体人员的流动（CO2浓度的变化）自动去控制新风量，这样就避免人员流动时所造成的能源浪费。

3.4区域供冷系统自动控制水平的提高

综合上文，我们可以知道区域供冷系统设备具有数量繁多、结构复杂、供冷范围大，并且还具有大时滞、非线性等特性。所以，在区域供冷系统的实际运行过程中，它的自动控制水平的高低就直接决定了供冷系统的节能。因此，提高区域供冷系统自动控制水平就显得至关重要。做好这项工作不仅可提高房间的舒适度，节省人力，而且还可以减少因自身系统不完善而造成资源能源的损耗，这个方法其实是实现区域供冷系统运行节能的有效途径。

3.5制冷系统的运行能效的提高

区域供冷系统制冷系统是由冷却水泵、冷冻水一次泵、冷水机组、冷却塔以及相应的调节与自控设备组成的。所以我们只要从这几个方面下手去解决供冷系统的能耗问题就可以提高对于能源的消耗。当然这也是解决能耗最重要的途径。具体办法如下：

制冷系统的整体优化，冷却水流量、冷却塔风量、冷水机组能效这三者之间相互影响，在很多时候还会出现此消彼长的情况，所以我们要综合三者考虑，对制冷系统进行整体优化，这样才能从整体上提高整个制冷系统的运行能效，最终实现制冷系统的整体节能。提高冷却水的输送系数，调节冷却水泵的流量，这样就可以保证随着输送的热量的减少，冷却水的运行能耗也随之降低，这样就可以实现冷却水泵的节能使用。从整体提高冷水机组的运行能效，在冷水机组中，冷凝的温度越低，那么蒸发的温度也就越高，这样它的运行能效就会越高。

4结语

在现今社会，因为全球气候变暖以及对于工作生活环境舒适度的要求越来越高导致供冷需求的不断上升，而供冷需求的增长又给电力供应和电网安全带来压力，并且还不利于温室气体的减排。这种情况给整个世界带来了前所未有的挑战，所以做好与之相对应的供冷系统的优化工作就显得格外重要。

参考文献：

[1]曹荣光.区域供冷多级泵系统能效研究[D].天津大学，2011.

[2]闫军威.区域供冷系统节能优化运行与控制方法研究及系统实现[D].华南理工大学，2012.