1概述

中央空调是现代化建筑不可缺少的重要设备之一，据调查统计，目前不少中央空调的能耗几乎占了建筑总能耗的50%或更高。如何既能保障建筑内部的舒适环境，又能降低空调的能源消耗，一直是不少管理者们迫切盼望解决的一大难题，也成为建筑领域节能的一个重要课题。

本公司开发出的GLS-CAC系列中央空调智能节电系统，成功地解决了这一难题，该系列产品以当今先进的模糊控制理论为指导、以计算机技术、系统集成技术、变频技术为控制手段，以多年丰富的实践经验和数据为基础，科学地实现了中央空调能量供应按末端负荷需要提供，最大限度地减少了空调系统能源浪费，从而达到节约能耗的目的。该系列产品属国内首创。

常用的中央空调控制方法

2．1定流量控制方式：他的特征是系统的循环水量保持定值不变，当负荷变化时，通过改变供水或回水温度来匹配。定流量供水方式的优点是系统简单，不需要复杂的自控设备。但这种控制方式存在以下问题：

（1） 无论末端负荷大小如何变化，空调系统均在设计的额定状态下运行，系统能耗始终处于设计的最大值，能源浪费很大。

（2） 舒适性中央空调系统是一个多参量、非线性、时变性的复杂系统，由于末端负荷的频繁波动，必然造成系统循环溶液（载冷剂、冷却剂、制冷剂溶液）的运行参量偏离空调主机的最佳工作状态，导致主机热转换效率（COP值）降低，系统长期在低效率状态下运行，也会增加系统的能源消耗。

（3） 在工频状态下启停大功率水泵和风机，冲击电流大，不利于电网的安全运行，且水泵、风机等机电设备长期在工频额定状态下高速运行，机械磨损严重，导致设备故障增加和使用寿命缩短。

2.2通用变频器PID控制方法

近年来，随着大功率电力电子器件的出现，促进了通用变频器的小型化和实用化，为降低中央空调系统的能源浪费，人们开始采用通用变频器来控制空调系统的水泵和风机，通过供、回水压差或温差的采集，对水泵和风机进行PID（比例、积分、微分）调节，以达到节能效果。PID控制历史悠久，原理简单，使用方便，价格较低。

但其不足之处在于：

—— PID调节中最重要的工程参数比例系数KP、积分时间常数TI和微分时间常数Td，一旦选定之后，如果人不去调节，它是固定不变的，不可能跟随受控参量的变化而自动调整。也就是说，工程参数整定之后，就用同一种参数去对付各种不同的运行工况，因此，不可能达到最佳的节能效果。

——PID只能实现单参量（温度或压力）的简单控制功能，在一些单参量工业生产过程的控制中效果较好，当用于控制中央空调这样的多参量、非线性、时变的且参量间耦合很强的复杂系统时，很容易引起中央空调系统振荡，使控制温度在较大范围内起伏，长时间都不能到达设定值的稳定状态，既影响了系统的稳定性，又降低了空调效果的舒适性。

2.3 GLS中央空调智能节电系统的控制方法

本公司针对中央空调系统定流量控制方式不能跟随负荷变化而调节系统运行参数和能量供应，造成系统效率降低、能源浪费大、机械磨损严重等问题，提出了一套完整的科学的解决方案，并以当今先进的模糊控制技术、系统集成技术和变频调速技术相结合，研制开发出了中央空调系统的最新节能产品——GLS-CAC系列中央空调节能控制系统。

该控制装置在国内外处于领先水平，具有高效节能的显著效果。根据各种建筑中央空调系统的不同状况，可实现中央空调辅机节约电能30%～60%，中央空调主机节能5%～20%。

GLS-CAC系列产品除实现中央空调的高效节能以外，同时可实现系统大功率泵组和风机的平滑起停，减小起停冲击和机械磨损，减少设备故障和延长设备使用寿命。

2.3.1GLS-CAC节能控制的基本思想

GLS-CAC系列中央空调节能控制系统是目前最先进的节能控制产品，它与当今普遍使用的定流量中央空调控制模式相比，具有以下技术特点：

（1） 实现空调系统负荷的跟随性

GLS-CAC系列中央空调节能控制系统突破了传统中央空调冷媒系统的运行方式，通过对中央空调能源运行系统的动态监测和闭环控制，将空调主机的定流量运行改为变流量运行，实现空调主机冷媒流量跟随末端负荷需求而同步变化，在空调系统的任何负荷条件下，都能既确保中央空调系统的舒适性，又实现最大的节能。

（2） 保障空调主机始终保持高的热转换效率

GLS-CAC系列中央空调节能控制系统的一个基本思想就是按照中央空调主机所要求的最佳运行参数去控制中央空调系统的运行，根据系统的运行工况及制冷工质参数的变化，通过模糊控制器动态调整空调系统运行参数，确保空调主机始终处于优化的最佳工作点上，使主机始终保持具有高的热转换效率，有效地解决了传统中央空调系统在低负荷状态下热转换效率下降的难题，提高了系统的能源利用率。

（3） 实现中央空调全系统综合性能优化和协调运行

中央空调系统是一个较复杂的系统工程，要实现中央空调系统的最佳运行和节能，从局部去解决问题（如采用通用变频器PID控制）是不可能办到的，必须针对空调系统的各个环节（包括主机、冷冻水系统、冷却水系统、冷却风系统等）统一考虑，全面控制，使整个系统协调运行，才能实现最佳综合节能。

2.3.2GLS-CAC控制原理

GLS-CAC系列中央空调节能控制系统的核心是模糊控制器及其控制软件。模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制，是近年来发展起来的新型控制技术，尤其适合于中央空调这样复杂的、非线性的和时变性系统的控制。

图1示出了GLS-CAC中央空调节能控制原理框图。

模糊控制的核心是用自然语言来描述被控制系统，利用模糊规则推理对系统的粗略知识进行类似人脑的知识处理，实现对复杂系统的优化控制。在控制过程中，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，构成一套自寻优的模糊控制策略。

当中央空调系统负荷变化造成空调主机及其水系统偏离最佳工况时，模糊控制器根据数据采集得到各种运行参数值，如系统供回水温度、供回水压差、流量及环境温度等，经推理运算后输出优化的控制参数值，对系统运行参数进行动态调整，确保主机在任何负荷条件下，都有一个优化的运行环境，始终处于最佳运行工况，从而保持效率（COP）最高、能耗最低，实现主机节能5%～20%。

2.3.3GLS-CAC系列产品的特点

GLS-CAC系列产品的智能模糊控制与传统控制方式和通用变频器PID控制方式相比，具有以下特点：

（1）技术先进，具有智能控制功能

GLS-CAC系列产品充分利用了当代最新科技成果，采用具有智能控制功能、能进行类似人脑的知识处理和推理的先进的模糊控制技术，使系统具有自学习、自寻优和自适应的优化控制功能，可以根据中央空调运行环境及负荷的变化择优选择最佳的运行参量和控制方案。

（2）动态负荷跟随，实现高效节能

GLS-CAC系列产品突破了传统中央空调冷媒系统的运行方式，实现空调系统负荷的跟随性，实现空调系统运行参数的动态调整，确保空调主机始终处于优化的最佳工作点上，使主机始终保持高的热转换效率，既确保中央空调系统的舒适性，又实现最大的节能。

（3） 多参量控制，运行安全可靠

◆有效克服控制过程的振荡

GLS-CAC系列产品采用多参量智能模糊控制，在系统出现外来扰动（如负荷变化）时，能自适应地调整空调系统运行参数及过渡过程参数，使系统能很快趋于新的优化的运行状态，不会引起振荡，系统运行稳定可靠。

◆全面的保护功能

GLS-CAC系列产品设置了以下保护功能：

◇ 电气保护（过电压保护、 过电流保护、 过载保护等）。

◇ 冷冻水低温和低流量保护，有效防止空调主机蒸发器冻管。

◆有效的抗干扰措施

GLS-CAC系列产品的软、硬件设计，均充分考虑了产品的电磁兼容性，采取了一系列抗电磁干扰措施，以保障系统可靠地工作。

◆高可靠的元器件

GLS-CAC系列产品的关键元器件，全部采用世界一流的名牌产品，如美国SP、法国Schneider、德国SIEMENS、日本OMRON等，大大提高了系统的可靠性。

（4）人性化设计，使用操作简便

3.5系统主要技术参数

工作环境温度0℃～40℃

相对湿度≤90%(20℃),无凝露

安装使用地点的海拔高度≤1000m

输入电源电压三相 AC 380V±38V

输入电源频率50 HZ

输出电压三相 AC 0V～380V

控制柜防护等级IP20

3.6系统控制模型(见下)

3.6.1冷冻（温）水控制模型

GLS-CAC系列产品对空调冷冻（温）水系统采用最佳输出能量控制。当环境温度、空调末端负荷发生变化时，冷冻（温）水供回水温度、温差、压差和流量亦随之变化，流量计、压差传感器和温度传感器将检测到的这些参数送至模糊控制器，模糊控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据，实时计算出末端空调负荷所需的制冷（热）量以及冷冻（温）水供回水温度、温差和流量的最佳值，并与检测到的参数值进行比较，根据其偏差值，利用现代变频高速技术，调节冷冻（温）水泵的转速，改变其流量使冷冻（温）水系统的温差、供回水温度和流量运行在模糊控制器给定的最优值。

由于冷冻（温）水系统采用了输出能量的动态控制，实现空调主机冷媒流量跟随末端负荷的需求供应，使空调系统在各种负荷情况下，都能既保证末端用户的舒适性，又最大限度地节省了冷冻（温）水的输送能耗。

3.6.2冷却水及冷却风控制模型

中央空调系统的运行效率（COP）会受各种因素的影响而变化，通过有效控制系统工质参数（即运行环境），可以优化系统的运行效率，然而，这些参数的运行特征表现为非线性和时变性，因此，传统的或简单的控制技术都难以取得满意的效果。

GLS-CAC系列产品对中央空调冷却水及冷却风系统采用最佳效率控制。当环境温度、空调末端负荷发生变化时，中央空调主机的负荷率将随之变化，主机冷凝器的最佳热转换温度也随之变化。模糊控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据，计算出主机冷凝器的最佳热转换温度及冷却水最佳进、出口温度，并与检测到的实际温度进行比较，根据其偏差值，利用现代变频高速技术，调节冷却水泵和冷却塔风机转速，动态调节冷却水的流量和冷却塔风机的风量，使冷却水的进、出口温度逼近模糊控制器给定的最优值，从而保证中央空调主机随时处于最佳效率状态下运行。

由于冷却水系统采用最佳效率控制，保证了中央空调主机在满负荷和部份负荷的情况下，均处于最佳工作状态，始终保持最佳的能源利用率（即COP值），从而降低了空调主机的能量消耗，同时因冷却水泵和冷却塔风机经常在低于额定功率下运行，也最大限度地降低了冷却水泵和冷却塔风机的能量消耗。