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摘要：空气调节是智能建筑创造舒适高效的工作和生活环境所不可或缺的重要环节。而在智能建筑中，空调系统的耗电量约占全楼总耗电量的50%以上。由此可见，空调系统的节能对于降低整幢建筑的能耗是非常关键的。为此，推广采用当今最先进的中央空调节能控制产品和技术是我们义不容辞的责任和义务。
关键词：变频控制；PID控制；动态变流量控制
前言：
随着社会的发展，人均建筑面积的不断增大，空调系统的广泛应用，建筑能耗在总能耗中所占的比例越来越大，这势必会使能源供求矛盾进一步紧张。中央空调是现代化建筑不可缺少的重要设备之一，中央空调在改善和提高建筑内部环境质量同时，也带来了巨大的能源消耗。据调查统计，在现代楼宇建筑中，中央空调的能耗约占整个建筑物总能耗的50%左右，而酒店和综合大楼等商业建筑可能高达60%以上，如何能降低空调的能耗，是一个亟待解决的大课题。积极地开发与合理地应用节能控制技术，是降低空调用电能耗的根本途径，这既可缓解电力紧张状况，同时对可持续发展、振兴经济有着重要的意义。
1中央空调节能控制技术在空调风系统中的应用
1.1空调节能控制技术应用的实例概况
东莞华为E2A地块项目的空调系统是一个典型的双风道变风量空调系统。对于变风量空调系统而言，他具有自身的优越性，主要体现在以下几点：
（1）具有卓越的节能优越性：
①减少空调风机运行能耗；
②充分利用室外新风作为冷源，降低制冷系统的运行能耗；
③能量动态转移，实现综合效益等。
（2）具有良好的舒适性。
（3）具有良好的平衡特性。
（4）维护方便、维修费用低。
此空调自控系统采用的是美国江森自控Metasys楼宇自动化管理系统，将空调系统各个组成部分联系起来，对其控制进行分析和优化，实现了系统的网络化、智能化，从而使系统的运行达到最大的节能效果和舒适效果，其空调系统的控制管理分末端风系统和空调水系统两个部分。
1.2空调风系统的因素分析与节能控制原理
在空调自控系统中对中央空调系统末端的新风机、回风机、变风量风机、风机盘管等装置进行状态监视和使用“精细化”控制，以实现节能的目的。实现空调节能的根本途径，就在于巧妙地利用室外条件、维护结构、室内条件和空调设备的相互作用关系，既创造出舒适高效的室内环境，而同时又实现大幅度节能的目的。而“精细化”控制是建立在一组反映房间热特性的热平衡方程式基础上（即建筑物能量分析），如房间是由维护结构所形成的空间，由外墙、外门、内墙、内门、地面、楼板、顶棚系统和窗子系统等组成的维护结构把室内室外隔成了两个气候环境。太阳辐射和室外气温变化等因素，通过辐射、对流和传导三种形式作用于维护结构；维护结构本身既有热阻又有热容，它通过自身的调节作用后把室内外环境的变化因素联结在一起；而室内环境也有人体、照明、设备等发热发湿因素影响着热平衡，而且各墙、窗、家具表面之间以及各表面与空气之间也通过辐射和对流交换着热量。此外，空气渗透和通风空调系统又把室内和室外环境联结在一起。这种室内、维护结构、室外三个部分，辐射、传导、对流三种形式相互作用相互影响而不断变化的错综复杂的局面，构成了实际建筑热过程的复杂曲线，详尽描述了控制对象的特性，再通过DDC（直接数字控制器）控制器，将检测的相关量值进行PID（比例、积分、微分）运算，实现对上述设备的PID控制，达到一定的节能效果。这种对空调末端设备的控制可节能10%～15%。而其中变风量风机采用的是定静压与变静压结合的静压再设变频控制策略。由电机学原理可知，交流电动机的同步转速n0与电源频率f1、磁极对数P之间的关系式
为：n0=60f1/P（r/min）
异步电动机的转差率s的定义式为：
s=（n0-n）/n0=1-n/n0
则可得异步电动机的转速表达式为：
n=n0（1-s）=（1-s）60f1/P
可见，要调节异步电动机的转速，可通过改变电源频率的方式来实现，该调速的方法即为变频调速，由此可见空调末端变风量控制节能空间非常大。
所谓定静压控制，是在送风系统管网的适当位置（常在离风机2/3处）设置静压传感器，在保持该点静压一定值的前提下，通过调节风机受电频率来改变空调系统的送风量。
所谓变静压控制，就是在保持每个VAV末端的阀门开满在85%-100%之间，即使阀门尽可能全开和使风管中静压尽可能减小的前提下，通过调节风机受电频率来改变空调系统的送风量。
定静压与变静压结合静压重设控制策略，即是根据各个末端装置的阀位状况对送风静压设定值进行再设调整，实质上是对定静压法改进的一种控制策略。在系统运行中力求系统的送风静压既要保证最不利末端所需静压需求，又考虑了系统部分负荷运行时，送风静压设置不能过高过度送风而造成能源的浪费。目的是使系统静压设定值能追踪空调负荷变化，从而避免了定静压控制在部分负荷运行时，系统风管内的静压值仍维持在较高值，风机压头过多地消耗在关小的风阀阀门上的弊端，可以大大减少VAV末端因节流关小而产生的噪声，从而提高了空调区域的舒适性。
空调末端设备的控制采用楼宇自动化系统（BAS），这些设备的主要特性均实现了对空调末端设备的节能自动控制，并为变风量空调节能控制系统的运行创造了更为良好的外部条件。
2中央空调节能控制技术在空调水系统中的应用
2.1空调水系统的因素分析与节能控制原理
在空调自控系统中对中央空调水系统中的冷水机组、各水泵和冷却塔风机进行动态变流量节能控制。动态变流量控制的核心是变流量控制器，在控制器中建立了知识库、模糊控制模型和模糊运算规则，形成智能模糊控制。通过采集影响冷水机组运行的各种参数，经模糊运算，得出相应的控制参数，这些控制参数被送到冷水机组、冷冻（温）水控制子系统、冷却水控制子系统、冷却塔风机控制子系统。这些子系统根据控制参数的变化，利用现代变频控制技术，改变空调系统循环水的流量和温度，以保证整个系统在满负荷和部分负荷情况下，均处于最佳工作状态，从而最终达到综合节能的目的。即当空调负荷发生变化时，通过采集一组参数值（见图1）经模糊运算，及时调节冷水机组、各水泵和冷却塔风机的运行工作参数，从而改变冷水机组工作状态、冷冻（温）水和冷却水流量，改管路的阻力增大，冷冻水供、回水温差将出现减小，供回水管的压差将出现增高的趋势。水温传感器及水流压差器检测出这种趋势后，模糊控制系统将自动降低冷冻水泵的工作频率，减少冷冻水流量，并使供回水温差及供回水压差控制在最佳设定值上，维持冷水机组的高效率运行。
二次泵变流量系统：二次泵变流量系统分为一级泵变流量系统和二级泵变流量系统。其控制原理及效果与一次泵变流量大致相同。而一级泵系统负责确保冷水机组的安全运行，一级泵系统的旁通管路一般设计为直通管，管径按一台冷水机组额定流量设计。一次泵变流量系统跟踪二级泵环路的流量变化，并保证一级泵环路的流量大于二级泵环路的流量，使旁通冷冻水管保持从供水管流向回水总管。当旁通管的流量超出设定值的范围时，变流量控制器将模糊PID调节一级泵的工作频率，使旁通管的流量返回设定值。
2.2空调水系统中节能控制技术原理应用的比较与分析
此系统中采用的是动态变流量节能控制理念，此控制理念比目前通用PID控制理念在空调水系统中的应用更具有科学性、合理性、实用性，使系统运行更节能。其原因如下：
2.2.1控制原理不同
通用变频器控制是采用通用变频器对受控的水泵电机、风机电机进行单独的控制。当其控制系统检测到某一受控量值时，就按这个量值与给定值之间的误差进行比例（P）、积分（1）和微分（D）之间的线性组合进行控制，即PID控制。这种控制方法只适合于线性系统中，并对单一控制对象实施控制。动态变流量节能控制系统是采用模糊控制技术与变频技术相结合的控制原理，虽然也使用了通用变频器（VVVF），但它不是采用PID控制方式，而是采用模糊控制方法。也就是在整个系统控制过程中，以语言描述人类知识，并把它表示成模糊规则或关系，通过推理、利用知识库，把某些知识与过程状态结合起来的控制行为。它并不具有明显的PID结构，但也可以称为非线性PID控制器，它是根据系统的误差信号和误差的微分或差分来决定控制器的参数，尤其适合非线性和时变性的被控对象。
2.2.2控制方法的不同
中央空调系统的受控参数受季节变化、环境变化、使用时间、人流量等多种因素的综合影响，是一个随机变量，而不是一个线性系统，只是一个非线性系统。因此，决定中央空调系统冷冻（温）水流量和温度、冷却水流量和温度的需求量也是一个随机变量。通用变频器所采用的最重要的控制参数，如比例系数K、积分时间常数T1和微分时间常数Td都是使用经验数据或试验数据确定的，一旦选定就不能自动调节。因此，PID控制系统只适合于线性系统，对于非线性系统不可能达到最佳控制，即选用比例系数和时间常数后，采用同一种控制方法对付各种不同的负荷状态，效果当然是不理想的。模糊控制系统本来就不要求准确掌握受控量的数值，但是它已经考虑了受控量的各种可能性，跟踪受控参数的变化，始终使被控系统处于最佳运行状态，对于各种非线性系统和时变性系统都能提供最佳的决策。
2.2.3控制效果的不同
通用变频器用PID控制方法，控制非线性系统时，很容易引起中央空调系统的强烈振荡，使控制范围在较大范围内波动，增加了系统的能耗，也很容易使系统长时间都不能达到给定值的稳定状态，控制效果不理想。因其采取了保障冷水机组工作状态的措施，不可能节约主机电能。当然，也不能实现资源共享和无人值守管理。经模拟统计计算，对于主机所配套的冷冻水泵和冷却水泵以及冷却塔风机等设备的节能最多在20%～30%之间。而动态变流量节能控制系统由于建立了优化模糊控制模型，对于中央空调系统可能出现的问题都给出充分的估计，因此，在计算中存储的总决策表能提供最佳的控制方案，系统稳定性好，极少出现振荡现象，系统很快就能达到稳态。可采用准确调节流量的方法去实现节能，在工程中应用的节能效果实践证明，系统中的水泵以及冷却塔等平均节能达60%～80%。其中采取了特殊措施保障中央空调主机的高转换效率，机组COP值始终处于最佳值，对此系统中的电制冷主机可节电10%～30%。动态变流量控制器具有强大的节能功能，在系统设计时就进行了系统集成，实现了各子系统的联动和互操作，达到了资源的共享的目的。由于自动功能非常强大，从而实现了无人值守管理和联网管理等，节省了人力、物力。这些都是通用变频控制系统无法实现的。
结论：
做到中央空调系统运行的节能，首先应充分分析空调的应用环境因素，统计技术参数，做好空调系统的优化设计，选择合理、科学的节能控制技术方案，使节能控制技术方案在系统建设前期，达到理论计算的最优化；随后，在系统调试、运行期间，就要因地制宜地完善方案，让系统的节能运行效果达到最佳化，使方案的可行性达到最优化。总之，要实现空调节能运行的目的，首先应在节能控制技术上，要做到理论联系实际，使两者和谐统一，同时，也要做到节能控制技术的科学创新与合理应用。
参考文献
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[2]李杰然.建筑电器智能技术北京：.中国建材工业出版社，2016.05
[3]郭维嘉.，施鉴诺.建筑智能化技术基础.北京：中国计量出版社，2015.02