一、需求分析

中央空调系统的设计通常按建筑物所在地的极端气候条件来计算其最大负 荷，并由此确定空调主机的装容量及空调水系统的供水流量。然而，实际上每年只有极短时间出现最大冷负荷（或最大热负荷）的情况，绝大多数中央空调系统在大部分时间是在部分（低）负荷状态下运行，实际空调负荷平均只有设备设计能力的 50%左右，因此出现了中央空调“大马拉小车”的现象，不但浪费大量能源，而且还带来设备磨损，缩短寿命等一系列问题。长期以来，当季节交替、气候变幻、昼夜轮回和空调实际使用面积发生变化时，中央空调系统仍在传统的运行模式下，不能实现冷媒流量跟随末端负荷的变化而动态调节，造成了巨大的能源浪费。

二、解决思路

中央空调系统的节能控制就是随着负荷变化而变化的变流量系统，变频调节中央空调水泵、风机的运行和自适应智能负荷调节的冷冻机组。中央空调系统的节能控制就是采用变频技术和控制技术，利用变频器、控制器、传感器等控制设备的有机结合，构成温度闭环和压差闭环等闭环控制回路进行自动控制的系统， 自动调节水泵的输出流量，自动调节风机的转速；采用变频调速技术不仅能使室温维持在所期望的状态，让人感到舒适满意，还能提高系统的自动化控制水平， 使中央空调系统达到更加理想的工作状态，可使整个中央空调系统工作状态平缓稳定，更重要的是具备良好的节能效果，确保各个部分的设备安全运行并达到最佳状态，最大限度延长设备的使用寿命，能带来很好的经济效益。

正确理解中央空调系统各个部分的作用与工艺流程结构，对于实现变频节能至关重要，从因果关系角度上看，冷媒循环水系统、冷却循环水系统、冷却塔风机系统、风系统均是制冷压缩机系统的从动系统。当制冷主压缩机系统的实际需求负荷发生变化时，对冷媒循环水、冷却循环水的需求量和盘管风机的鼓风量及冷却塔的冷却风量也发生相应的变化，正因如此，我们才有实现节能改造目标的可能和必要的依据条件，才能从真正意义上实现动态的“按需分配”控制目标的可能。

三、中央空调系统组成 

中央空调系统由中央空调主机、水泵、冷却塔和末端组成。

中央空调主机，按照冷却方式分为水冷和风冷，按照其压缩机类型，可进行如下分类：

1、螺杆式压缩机：在大型中央空调主机上使用最频繁的压缩机，其特点是零部件少、稳定性高、使用寿命长、维修方便等，还有很重要的一点是螺杆机的能效比很高，同样的制冷量，螺杆机比活塞机节能 25%以上。螺杆机有单螺杆和双螺杆之分。

2、离心式压缩机：离心机的外观看起来就像是个大的离心式水泵，其结构和水泵结构也比较相似。离心式压缩机往往用在功率比较大的中央空调主机上， 特点是单机制冷量大，结构简单、性能可靠、运行稳定，由于其对生产工艺的要求很高，目前只有几家国际大公司，如特灵、约克等大规模的生产销售，国产品牌美的在重庆的工厂也可以生产。

3、涡旋式压缩机：目前使用频率很高的一种压缩机，压缩机由定盘、动盘、电机、机体四大部分组成，最大的特点是零部件少，运行稳定性高，使用寿命长， 广泛的运用于小型制冷机组，如模块机、家用空调等。

4、活塞式压缩机：是早期空调曾普遍使用的压缩机，因为零部件过多，故障率较高，且生产成本也比较高，运行稳定性差，压缩机抗液击的能力差，现在已经很少使用。

水泵，空调水系统中水泵是不可缺少的部分，它在整个系统中为水流介质提

供运行动力，为系统水箱提供补水。空调水系统中的水泵主要分为三种：一是冷冻水泵，二是冷却水泵，三是补水泵。

1、冷冻水泵：冷冻水环路中驱动水进行循环流动的装置。空调房间内的末 端（如风机盘管，空气处理机组等）需要冷水机组提供的冷水，但是冷冻水由于阻力的限制不会自然流动，这就需要水泵驱动冷冻水进行循环以达到换热的目的， 一般来说，冷冻水在管道中循环的过程中会有 20%左右的阻力，所以，在水泵选型的时候要选择稍大于计算所得的型号。

2、冷却水泵：在冷却水环路中驱动水进行循环流动的装置。冷却水在进入冷水机组后带走制冷剂一部分热量，而后流向冷却塔将这部分热量释放掉。而冷却水泵就是负责驱动冷却水在机组与冷却塔这个闭合环路中进行循环。外形同冷冻水泵。

3、补水泵：空调补水所用装置，负责将处理后的软化水打入系统中。

冷却塔，是利用空气同水的接触（直接或间接）来冷却水的设备。是以水为循环冷却剂，从一个系统中吸收热量并排放至大气中，从而降低塔内温度，制造冷却水可循环使用的设备。

末端系统，主要有风机盘管和空气处理机组(AHU)等两种类型。

1、风机盘管：是由小型风机、电动机和盘管（空气换热器）等组成的空调系统末端装置之一。盘管管内流过冷冻水或热水时与管外空气换热，使空气被冷却，除湿或加热来调节室内的空气参数。

2、空气处理机组(AHU)：是一种调节和循环室内空气的设备。它的核心部件是风扇和加热/冷却盘管。空气处理机组根据温度、湿度、空气质量等参数要求对空气进行处理，并将处理后的空气输送到指定房间或管道系统。整个处理过程中，将流动的空气通过以水为媒介的盘管进行加热或者冷却后，达到所需要的温度。空气处理机组一般适用于比较大的区域，因此流量也通常较大。

四、控制方案

1、基本控制

可对中央空调主机、水泵、冷却塔和末端分别进行控制。

(1) 中央空调主机

可采集的参数有：

a. 中央空调主机运行状态；

b. 中央空调主机故障代码；

c. 冷冻水回水温度；

d. 冷冻水供水温度；

e. 冷却水回水温度；

f. 冷却水供水温度；

g. 制冷设定温度；

h. 机组当前负荷；

i. 机组负荷限定范围；

j. 机组负荷限定方式； 可进行基础控制：

a. 控制中央空调主机的启动；

b. 控制中央空调主机的停机；

c. 设定制冷温度（冷冻水供水温度）；

(2) 水泵（循环泵）

可采集的参数：

a. 冷冻/冷却水泵运行状态；

b. 冷冻/冷却管道供水温度；

c. 冷冻/冷却管道出水温度；

d. 冷冻/冷却管道管道压力；

e. 冷冻/冷却管道水流量； 可进行的控制：

a. 冷冻/冷却水泵的启动；

b. 冷冻/冷却水泵的停机；

(3) 冷却塔

可采集的参数：

a. 冷却塔的工作状态；

b. 冷却塔的故障状态； 可进行的控制：

a. 冷却塔的启动；

b. 冷却塔的停机；

c. 冷却塔风机的开启数量；

(4) 末端控制

①空气处理器(AHU)： 可采集的参数：

a. 空气处理器运行状态；

b. 设定温度；

c. 室内温度；

d. 风道压力；

e. 风道温度；

f. 风道压差；

g. 风速；

h. 空气质量；

i. 空气湿度； 可进行的控制：

a. 空气处理器的启动；

b. 空气处理器的停止；

c. 温度设定；

d. 湿度设定；

e. 风速设定；

②风机盘管：

可采集的参数：

a. 设定温度；

b. 运行状态；

c. 室内温度；

d. 运行风速；

  e. 运行模式； 可控制的参数：

a. 运行模式；

b. 启停控制；

c. 温度设定；

d. 风速设定；

2、节能控制

(1) 中央空调主机控制

变水温调节：空调系统的冷负荷随着外部条件的变化而变化，传统的恒温度运行策略，主机运行效率低下。负荷预测的变水温调节，采用模糊控制技术对未来时刻进行优化控制，提前对输出负荷进行调节，使系统提供的冷量于负荷需求的冷量匹配，减少偏差，提高机组 COP 值，达到节能的效果。

“错峰蓄冷”：运用谷峰时段，在谷时段进行部分蓄冷，即谷时段将管道温度拉低，峰时段进行蓄冷释放。不同于真正意义上的冰蓄冷机组，利用系统的滞后性的特点，使系统有针对性的蓄冷和释放，以达到节能的效果。

主机变频控制：通过对中央空调主机增加变频器，更换主机电控系统以及主板等相关设备，将原有工频系统提升改造为变频控制机组。制冷压缩机的耗电量约占制冷空调系统的 45%左右，而在实际工作过程中，全年平均热负荷大约是峰值热负荷的 60%～70%，即只有压缩机容量的 50%～60%，造成压缩机在大部分时间在低负载下运转。对大中型冷库和中央空调系统，常采用活塞式、螺杆式、离心式三种类型的压缩机，压缩机在结构上都采用了一定的措施对能量进行调节， 以适应工况的变化。例如：离心式压缩机是采用进气口导向叶片开度的变化来调节进气量，以调节制冷量的大小，俗称“扇门调节”，这种调节方式起到一定程度的节能作用，但“扇门调节”只是使电机的负载电流有所降低，而转速和电压保持恒定，无法从根本上改变电机在低负荷下效率低的问题。如采用变频器调速技术，电机的负载损耗、固有损耗和其它损耗有所下降，使电机的电流、电压和转速随频率的下降一起降低，功耗随流量降低的三次方关系降低，而且运行参数的控制精度提高，因此应用变频器代替节流的调节方式能到达节能的目的。目前，变速离心式压缩机的产品有一体化整机式和外接式，两种产品年平均节电 30%以上，在低负荷时节电可达 70%左右。螺杆式和活塞式压缩机都是采用改变工作容积的方法来减少制冷剂的流量，以达到调节制冷量大小的目的，但压缩机仍全速运转，热损失及电力浪费仍较大。如采用变频调节，与同等的固定转速压缩机相比，可节电 35%～60%。压缩机节能是整个制冷空调系统的重点，为冷却水泵和冷却水塔降低能耗创造了条件，其节能回报率是最高的部分。

主机变频控制改造难度相对较大，且对空调主机品牌型号有一定的要求，一般不建议采纳。

(2) 循环水泵控制

①冷冻水泵控制变频控制：

通过对冷冻水泵增加变频器，可以对冷冻水泵实现恒压差控制、恒温差控制、变水量控制和基于负荷预测的动态控制，从而达到节能的效果。

恒压差控制：由于压差响应的时滞性比较小，当负荷侧流量波动频繁时，压

差能够较快的跟随流量的变化而变化，调节的时间较短。但是，由于冷冻水系统负荷与压差之间没有直接的关系，空调负荷的变化不能准确的通过压差的变化来描述，因此，恒压差控制仅仅适用于负荷变化并伴随有明显的冷冻水流量变化， 从而有压差变化的场合。

恒温差控制：由于冷冻水供回水温差的变化可以直接反应系统负荷的变化， 因此，将冷冻水供回水温差作为被控对象，可以获得较好的控制效果。但是，由于空调管路较长，冷冻水要经过一个循环后，其温度变化才能反应出来。因此， 恒温差控制具有滞后性，当前的监测温度变化实质上是一段时间以前的温度变化， 因此具有一定的缺陷。

变水量控制：通常情况下，由于设计原因，冷水机组大多数在低负荷的情况下运行，水泵的频率（流量）与负荷不匹配，造成大流量小温差现象，即“大马拉小车”的情况。因此，变流量的控制策略，要保证各设备在大流量变化运行的同时。将出水温度控制在合理范围内。

基于负荷预测的动态控制：基于对空调系统负荷预测的控制，负荷预测时超前控制，通过对冷冻供回水温度、温差、室外温度、主机出水温度、室内温度进行综合考量，建立控制模型，运用算法，得出精准的控制量。

②冷却水泵控制

冷却系统直接影响系统的制冷效果，原则上，冷却系统效果越好，主机的能耗越低。通过对冷却水泵增加变频器，使得冷却系统的控制和主机保持一种动态的平衡，从而达到节能的效果。

控制方案：即与制冷机进行联动，时刻跟随主机的变化进行调节，主机负荷

高，要加大流量。达到温度值时或主机停机时，冷却系统要进入低速运行，进入节能控制模式。

(3) 冷却塔控制

采用水温控制，根据冷却水供水温度，确定开启台数，避免无效做功造成耗能和水损失。

(4) 末端控制

空气处理器 AHU 相关控制，

空气处理器传统的控制方法一般为比较粗旷的开关机控制，没有实现送风温度、室内温度和相对湿度的调节。通过对空气处理器采用送风温度控制、室内温度控制和相对湿度控制等策略，可大大提高空气处理器的 COP 值，从而实现节能的效果。

①送风温度控制

送风温度控制即是指定出风温度控制，其适用条件通常是该新风机组是以满足室内卫生要求而不是负担室内负荷来使用的。因此，在整个控制时间内，其送风温度以保持恒定值为原则。由于冬、夏季对室内要求不同，因此冬、夏季送风温度应有不同的要求。也即是说，新风机组定送风温度控制时，全年有两个控制值-冬季控制值和夏季控制值，因此必须考虑控制器冬、夏工况的转换问题。

②室内温度控制

对于一些直流式系统，新风不仅能使环境满足卫生标准，而且还可承担全部室内负荷。由于室内负荷是变化的，这时采用控制送风温度的方式必然不能满足室内要求(有可能过热或过冷)。因此必须对使用地点的温度进行控制。由此可知， 这时必须把温感器设于被控房间的典型区域。由于直流系统通常设有排风系统， 温感器设于排风管道并考虑一定的修正也是一种可行的办法。

除直流式系统外，新风机组通常是与风机盘管一起使用的。在一些工程中， 由于考虑种种原因(如风机盘管的除湿能力限制等),新风机组在设计时承担了部分室内负荷，这种做法对于设计状态时，新风机组按送风温度控制是不存在问题的。但当室外气候变化而使得室内达到热平衡时(如过渡季的某些时间),如果继续控制送风温度，必然造成房间过冷(供冷水工况时)或过热(供热水工况时),这时应采用室内温度控制。因此，这种情况下，从全年运行而言，应采用送风温度与室内温度的联合控制方式。

③相对湿度控制

新风机组相对湿度控制的主要一点是选择湿度传感器的设置位置或者控制参数，这与其加湿源和控制方式有关。

风机盘管控制，

对风机盘管增加联网型风机盘管温控器，通过对风机盘管采用限温控制、定时开关机、过渡季节禁用等节能控制策略，从而提升中央空调系统的节能效果。

①限温控制，可限定设定温度，夏季设定温度不低于 26℃，冬季设定温度不高于 20℃。

②过度季节禁用，可设置过度季节禁用，禁用空调后，温控器处于锁定状态， 无法人为打开。

③定时开关机。

《中国建筑节能设计标准》中给出的数据，夏季空调末端每提高 1℃，整个中央空调系统的节能率为 6%。

3、AI 控制

1、数据分析；

系统可记录中央空调的各项运行数据和环境信息，可深度分析数据，建立数据模型，为预测空调运行状态提供数据支撑。

2、智能算法；

控制主机具备自主学习算法，自动预测工作状态，根据预测做出自动调节。3、优化控制策略；

基于数据分析和智能算法，智能 AI 进一步优化控制策略，形成动态调整， 使节能控制更加精细化，可以有效提升节能控制效果。

五、产品介绍

1、主要产品介绍：

(1) 中央空调主机控制相关产品:

①主机控制柜，采集主机信息，控制主机执行对应策略；

②主机通讯板卡，建立通讯通道，与主机进行通讯；

③电表，计量主机消耗电量；

(2) 循环泵控制相关产品：

①循环泵控制柜，变频控制循环泵的工作频率，进而控制循环泵流量；

②电表，计量循环泵消耗电量；

③水表，计量补水水量；

④温度传感器，采集管道温度；

⑤压力传感器，采集管道压力；

⑥流量计，采集管道流量；

(3) 冷却塔控制相关产品：

①冷却塔控制柜，控制冷却塔的启停和机组使用数量；

②电表，计量冷却塔消耗电量；

(4) 末端控制相关产品：

①末端控制柜，控制 AHU 空气处理器；

②联网型风机盘管温控器，控制房间温度、模式、风速；

③温度传感器，采集风道温度；

④压力传感器，采集风道压力；

⑤压差传感器，采集风道压差； 3、软件界面

六、节能效益分析

据统计，建筑内的空调，整个中央空调系统内各部分的能耗占比如上图所示， 通过对整个空调系统实施的节能控制和 AI 智能控制策略，可实现整个空调系统25%~35%的节能效果。