随着国民经济的发展、人民生活水平的提高,空调应用日益广泛。在各类建筑物中,中央空调已是现代建筑创造舒适高效的工作和生活环境所不可缺少的重要基础设施,已成为现代建筑的重要标志之一。
然而,空调系统用电量在总用电量中的比例也在不断上升,中央空调用电量的激增已经引起了电网供电紧张。在能源日益紧缺的当今社会,对空调进行节能是一个很热门的话题。
虽然目前市面上的空调节能技术很多,但绝大多数都是针对空调主机进行节能,而忽视了空调的其它两个重要组成部分——风机和水泵的节能潜力。针对这一现实状况,KS30A水冷空调,本文提出了一种基于实测数据对空调风机和水泵进行节能的方案,并设计了相应的控制器,终达到节能效果。
1 中央空调风机和水泵的节能方案
1.1 节能控制器总体架构
中央空调风机、水泵节能控制器的总体架构如图1所示,图的左半部分是需要采集的各种信号,以便核心算法的处理;图的右半部分是输出信号,主要输出的是频率信号,以便各个风机、水泵变频之用,详细介绍如下。
1.1.1 温度数据
在算法中,需要将冷量值转换为相应的水泵流量值和风机送风量值,这就需要利用图2所示的公式进行转换。由公式可知,需要测量温度数值,采用温度传感器采集所需的温度信号并且通过串口转换成数字信号并传输到工控机内,单位为摄氏度(℃)。
1.1.2 预测冷量
利用现有的冷量预测技术,获取室内所需的冷量,单位为瓦(W)。
1.1.3 功率和频率采集
采用ART2010数据采集卡采集各个风机、水泵当前的运行的电压值,并且通过自带的AD转换函数实现电信号和数字信号的转换,转换成相应的功率值,单位为瓦(W),传输到工控机中。
频率采集采用频率计数器,单位为(HZ),同样传输到工控机中。
1.将冷量转换为风机的送风量G
(1)若,则表示通过风机的调整可以满足冷量的要求,因此,将G送入规则表并进行相应的变频控制调整。
(2)若,则表示所需的冷量已经超出风机的可调整范围,无法通过风机实现要求,此时,保持风机原频率不变。
2.将冷量转换为水泵的流量W
(1)若,设,做逆运算将M转换成冷量QM,再将QM转换成风机送风量GM
①若,则表示可以先调整风机,再调整水泵来达到需冷量。将GM和M分别送入风机的规则表和水泵的规则表,进行相应的变频调整控制。
②若,则表示无需进行风机调整,直接将W送入水泵的规则表进行相应的变频调整控制。
(2)若,则表示需冷量已经超出水泵的可调整范围,无法通过水泵实现要求,此时,保持水泵原频率不变。
3.令,做逆运算将转换成冷量,再把冷量转换成水泵流量
若,则表示可以先调整风机至额定状态在调整水泵来满足需冷量,此时先将风机调制送风量状态,然后将送入规则表进行相应的变频控制调整。
若,则表示无论是风机还是水泵或是通过他们的共同调整,均无法满足需 冷量,此时,只有通过改变制冷主机才可达到要求。因此,保持风机和水泵为原工作状态,调整空调制冷主机。
1.2.4 建立控制规则表
以风机为例,如下表1就是建立的风机变频控制规则表。可以看到,该表对于不同送风量条件下的各个风机的运行频率和运行功率以及总功率都进行了相应的记录。在某一特定的送风量条件下,查找该表,只要排选出送风量相同的数据条进行比较,就可以很容易的得到在总功率情况下,各个风机的运行频率,进而可以实现变频节能的目的。水泵的变频控制规则表也如是建立。
注:表中例如的数据是指第x个风机的第n组数据,总功率为各个风机的功率之和
2 中央空调风机和水泵节能方案的实现
2.1 输入信号转化为数字量
2.1.1 工业控制计算机
1.湿帘的能力也是有限的
它们和我们一样,能力也是有限的。在极端高温高湿的情况下,它们再怎么努力也无法发挥“蒸发降温”的超能力。
一旦外界空气湿度接近饱和状态(下过雨后的持续高温和快要下雨之前的闷热;鸡舍内外空气湿度均超过70%),它们的能力会因为老天爷放大招受到遏制而难以充分发挥。
在我们因为贪婪,为追求利益任性地改变饲养模式增加饲养密度,不友好地加重他们的工作负担甚至勉强它们干超出能力范围的活的时候。这时候即使我们的初衷是良善的,在老天爷肆意发飚的时候(这个是谁也无法预料和控制的),它们拼尽全力也会无能为力。
能力有限的我们给能力有限的它们提供合理的帮助是我们必须用心好好干的活。
五、极端情况下我们要用非常规手段
一般情况下,在雨季来临之前,湿帘都可以比较好的应付各种任性的高温。只要空气湿度不接近饱和,它们都可以把穿过自己身躯的热空气变得相对温和凉爽舒适。
但是一旦老天爷不按常理出牌,裹挟大量水分变得黏黏糊糊湿度接近饱和状态,用一种超出常规的方式抑制湿帘的“蒸发降温”能力。这时候,我们也需要换个套路,毕竟湿帘已经尽力了,它们无法在接近极限的状态下改变几乎无差别的室内外空气状态,也无法通过自己的努力让我们的鸡宝宝免受闷热潮湿的空气。
在这样的非常时刻,我们需要果断地站出来,帮助我们脆肉的鸡宝宝抗争这样的它们无可奈何的极端伤害。
我们的鸡宝宝因为祖先的遗传,没有给它们和我们一样的汗腺,它们几乎不可能通过呼吸以外的方式来调节体温适应体外的环境变化。在闷热的雨季,湿帘拼尽全力都很难把空气加工成足以让我们的鸡宝宝维持生命需要的状态的极端情况下,我们要做的是用传统的降温方式淋浴(喷雾或喷水)来给它们创造置之死地而后生的逆袭机会。
桑拿是老天爷每年三伏天肆意强刷存在感的特色产品,也是我们每年夏天必然要勇敢面对挑战。不过,这也是我们每年可能实现逆袭的重要时机,玩好了是可以骄傲地装回逼的。
这种非常时刻,对我们自身能力的要求很高,所以加强自我教育,让自己足够强大就会有更多赢的把握。
这种非常时刻,我们要时刻谨记保障电力安全。每年,因为没电发生事件不是什么稀罕事。
水可以保护我们和我们的鸡宝宝,但是同时也会给我们那些可爱的风机们制造很难适应的麻烦。
认真检查线路,排除一切隐患,确保时刻有电!没有电,人再牛逼也只能干瞪眼看着悲剧发生!这时候会很累,不过再累也要挺住!这和我们当前的处境很接近。适度的牺牲是我们坚持下去的必然选择。
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