智能化系统助力国防工程空调节能

随着社会经济的发展和军事要求的提高，国防工程不同程度地实现了智能化管理。智能化国防工程以军事化任务为核心，由军事指挥、安全防卫、设备管理和网络通信等分系统组成。其中，设备管理是指对发电、变配电、给排水和通风空调等设备的自动化管理。智能化国防工程是一个网络化的集成系统，其人员、设备、信息是一个有机整体，实现了资源、功能、任务共享，具有安全、高效、快捷的特点。国防工程是典型的地下工程，国防工程中的通风空调系统需要在战时正常工作。

通风空调系统承担国防工程内部环境保障任务，其自动化管理包含参数测量、状态评价、运行控制和故障诊断等内容。其中，自动化管理是24小时全天候管理。空调设备的运行控制分为启停机控制、联锁控制、舒适性控制和节能控制等。设备控制以设备参数测量和技术性能状态评估为基础，只有运行正常的系统才能够进行节能控制。

设备状态监测

对通风空调设备进行状态监测，一方面是了解设备的工作过程和进行设备的工作性能评价，另一方面是对工作参数进行控制，以便得到所需的空气品质。状态监测也为通风空调系统节能运行和适时维修提供依据。通风空调设备状态监测应根据监测对象类型及其工作状态，选择适当的传感器、监测点和监测方法，实时采集制冷循环、空气热湿处理过程和冷却水循环的工况参数。

通风空调系统由各种机械设备和部件相互耦合而成，反映其状态变化的参量既有模拟量也有开关量，且这些状态参量分布在各种设备和部件上，监测的对象为流体机械系统和电气控制系统。前者包括对制冷剂、通风及水流参数的测量，后者包括对电气信号敏感元件、处理器件和控制部件的监测。

状态监测硬件平台设计分为传感器或变送器、信号处理模块、PLC控制器模块和执行机构的选用以及PLC控制器与中央服务器连接方式的选择和中央处理器的配置。软件设计包括PLC监控软件和中央服务器软件设计。PLC监控软件包括参数测量、状态监控、数据处理、数据通信等模块。PLC控制器根据设备状态反馈信息和传感器采集信号，通过控制程序对各种执行机构进行调节。中央服务器软件设计分为监控界面、数据处理、数据通信和数据库等模块的设计，在中央服务器上可以实时监控除湿机各部分的状态，建立、查看或保存数据库信息，同时可以根据系统相关信息（如故障报警等）迅速作出反应，控制相关设备，进行相应处理。获得工况参数以后，人们通过计算可以得到除湿机、水泵、风机等设备的工作性能。除湿机的性能指标COP还能反映出制冷系统的效率，可作为系统性能检测和故障判断的依据。制冷量采用焓差法计算，功耗通过功率传感器测得。

水泵的性能指标用泵总效率表示。泵总效率是出水的总位能增量与泵的轴功率之比，水的总位能通过测量流量、压差后计算得到。泵的轴功率是电机功率（可测）与效率（近似常量）之积。风机性能指标用风机总效率表示。风机总效率可以通过测量风机全压、风量和电机功率后计算得到。

设备节能控制

通风空调设备节能控制含有丰富的内容，如制冷压缩机、风机、水泵的变容量控制，风系统避免冷热抵消、除湿加湿抵消的控制，水系统避免有用能损失的冷冻水旁通、热水旁通的控制等。国防工程又有自身特点，特别要考虑具有显著节能效果的新风量控制和变频冷却水泵控制。

我国中部地区国防工程环境保障的主要任务是“防潮除湿”。工程内部空调负荷主要是湿负荷，工程运行过程中空气需要降湿。一般采用冷冻除湿机对空气进行降湿，而当室外空气的含湿量比较低时，也可以使用通风的方法对空气进行降湿。显然，通风降湿与除湿机降湿相比，所节约的能耗就是除湿机组的耗电量。一般而言，除湿机组的功率大于风机的功率，如此运行可以节能50％以上。

一年中，室外气象条件变化很大，一般将可划分为夏季、冬季和过渡季三种空调季节。夏季多是雨季，应尽量少使用新风；冬季虽然干燥，但由于室外空气温度太低，也不宜长时间进行全新风运行；过渡季可以使通风系统全新风运行。一天中，室外空气的含湿量也是变化的，一般在后半夜达到最低值。根据工程外气象条件的变化特点以及工程内人员及设备运行规律，适时调节新风量，才能达到运行节能的目的。

国防工程通风空调系统可以采用无新风、维护新风量、根据工程内二氧化碳浓度连续调节新风量以及全新风四种运行模式。首先，新风量必须满足工作区域人体呼吸的需要，由二氧化碳浓度传感器控制新风量的大小；其次，通过对工程内外含湿量进行比较，决定全新风或无新风。这里需要说明的是，基于维护的需要，每周要定期维护新风系统。

实际上，国防工程中存在多个空调区域，不同区域的新风要求也各自不同。此外，雨雪、风沙天气不宜大量使用新风，因而新风控制更复杂。上述新风控制策略的实现，不仅需要借助于国防工程设备自动化管理系统，还需要准确的气象观测数据的支持。

变频冷却水泵控制

调温除湿机是出风温度可以调节的除湿机，配备风冷和水冷两个冷凝器，其电控系统采用PLC控制器。水冷冷凝器的冷却水量由除湿机的出风温度控制，当设定出风温度高时减少冷却水量，反之则增加冷却水量。

大型国防工程往往采用十多台甚至更多调温除湿机同时运行，每一台的运行工况随着室外气象条件、室内负荷的变化而发生较大变化，这时对冷却水的需求也会发生变化。调温除湿机冷却水系统原来的设计是，无论除湿机工作工况如何，均按设计负荷定水量供应冷却水。如果除湿机运行过程中需要的冷却水少了，则通过水量调节阀将多余的冷却水旁通掉，造成水泵部分能耗浪费。而变频冷却水泵的控制方式为：以水冷冷凝器供水压力为目标，控制水泵的运行。当由于水冷冷凝器需水量减小而使供水压力升高时，PLC控制变频器频率降低使电机转速降低，从而使水泵供水量减少；反之，使水泵供水量增加，以实现系统的节能运行。

笔者曾在某国防工程进行试验：一年8760小时中，除湿机的工作时间为2630小时，工作过程中平均负荷率为50％，水冷冷凝器的平均负荷率为60％，通过变频冷却水泵的年节电率为52％。

刘顺波 杨志国

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