【正文】 X13 SB13 Y10 LD3 X14 SB14 Y13 — X15 SB15 Y14 — X16 SB16 Y15 — X17 SB17 Y16 — X20 SB20 Y17 — X21 — …… — X22 — Y21 — 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè) 論文（ 設(shè)計(jì) ） 30 溫度傳感器的選型 傳感器的選型原則 現(xiàn)代傳感器 在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別 ,如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境合理地選用傳感器 ,是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問(wèn)題 。 M 1 變 頻 運(yùn) 行△ T 3oCM 1 轉(zhuǎn) 為 工 頻 運(yùn) 行 ， M 2 變 頻 運(yùn) 行△ T 3oCM 1 停 機(jī) ， M 2 繼 續(xù) 變 頻 運(yùn) 行△ T 3oCM 2 轉(zhuǎn) 為 工 頻 運(yùn) 行 ， M 3 變 頻 運(yùn) 行△ T 3oCM 2 停 機(jī) ， M 3 繼 續(xù) 變 頻 運(yùn) 行△ T 3oCM 3 轉(zhuǎn) 為 工 頻 運(yùn) 行 ， M 1 變 頻 運(yùn) 行△ T 3oC 圖 (a) 電機(jī)動(dòng)作循環(huán)圖 （ T132oC） （ 2） 當(dāng)進(jìn)水溫度 32oC T124 oC， 進(jìn)出水溫差 △ T 目標(biāo)值設(shè)為 oC， 4 按照?qǐng)D (b)電機(jī)動(dòng)作循環(huán)圖作出相應(yīng)的動(dòng)作。 中央空調(diào)冷卻水循環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （混合控制） 25 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件構(gòu)成及其工作原理 圖 系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖 系統(tǒng)的硬件主要包括有： 冷卻水泵 （三臺(tái)） 、 變 頻器、 PLC、溫度傳感器、 PID控制器。 PLC 對(duì) 接收的信號(hào) 進(jìn)行判斷 ，發(fā)出指令使變頻器做出相應(yīng)的動(dòng)作 ，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度和負(fù)載的變化，使三臺(tái)冷卻水泵依次循環(huán)在工頻和變頻之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最終達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能控制的目的。實(shí)踐表明，根據(jù)進(jìn)水溫度來(lái)隨時(shí)調(diào)整溫差的大小是可取的。 圖 溫差控制系統(tǒng) 這樣能夠根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)需要，提供合適的流量，不會(huì)造成電能浪費(fèi)。 圖 系統(tǒng)控制閉環(huán)回路 具體控制方式： 溫度控制 當(dāng)回水溫度較低時(shí)，冷卻泵以下限轉(zhuǎn)速運(yùn)行；當(dāng)回水溫度升高時(shí)，冷卻泵的轉(zhuǎn)速也逐漸提高；而當(dāng)回水溫度升高到某個(gè)設(shè)定值（如 37 攝氏度）時(shí)，應(yīng)采取下一步措施：或增加冷卻泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，或增加水塔冷卻風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。 冷卻水系統(tǒng)的閉環(huán)控制 目前，在冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行改造的方案最為常見(jiàn)，節(jié)電效果也較為顯著。根據(jù)國(guó)內(nèi)外最新資料介紹，并多處通過(guò)對(duì)在中央空調(diào)水泵系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制改造的成功范例進(jìn)行考 察， 如圖 所示， 現(xiàn)在水泵系統(tǒng)節(jié)能改造的方案大都采用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢钥闯觯醒肟照{(diào)系統(tǒng)的工作過(guò)程是一個(gè)不斷地進(jìn)行熱交換的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。 在中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水泵和冷卻 水泵的容量是根據(jù)建筑物最大設(shè)計(jì)熱負(fù)荷選定的，且留有 1020%的設(shè)計(jì)余量。而且，空調(diào)水系統(tǒng)的水泵、風(fēng)機(jī)等機(jī)電設(shè)備，長(zhǎng)期處在工頻額定狀態(tài)下高速運(yùn)行，機(jī)械磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致設(shè)備故障增加和使用壽命縮短。 中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常按建筑物所 在地的極端氣候條件來(lái)計(jì)算其最大冷負(fù)荷（或最大熱負(fù)荷），并由此確定空調(diào)主機(jī)的裝機(jī)容量及空調(diào)水系統(tǒng)的供水流量?，F(xiàn)采用溫度變送器， PID 調(diào)節(jié)器， PLC 變頻器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，冷凝器出水溫度控制在 T2， (例如 38C)，使冷卻水泵的轉(zhuǎn)速相應(yīng)于熱負(fù)載的變化而變化。現(xiàn)采用在蒸發(fā)器的出水管和回水管上裝有檢測(cè)溫度的變送器。如果用閥門(mén)、自動(dòng)閥調(diào)節(jié)，不僅會(huì)增大系統(tǒng)節(jié)流損失，而且調(diào)節(jié)是階段性的，會(huì)造成整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)工作在波動(dòng)狀態(tài)，而通過(guò)在冷卻泵、冷凍泵上加裝變頻器則可一勞永逸地解決該問(wèn)題，還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，并可通過(guò)變頻節(jié)能收回投資。 以三晶 SAJ8000G 為例，在機(jī)場(chǎng)、廣電大樓、醫(yī)院、地鐵等高檔場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。 變頻器在中央空調(diào)變頻調(diào)速中的應(yīng)用 在中央空調(diào)系統(tǒng)中加裝變頻器時(shí)要考慮的問(wèn)題完全不同于工業(yè)應(yīng)用，一般來(lái)說(shuō)，在裝有中央空調(diào)的高檔公共設(shè)施里有大型電子敏感設(shè)備，如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電視接收 系統(tǒng)和電信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過(guò)在水泵上加裝變頻器，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，使系統(tǒng)工作平緩穩(wěn)定，并通過(guò)變頻節(jié)能收回投資。 變頻器的 節(jié)能 原理 變頻器是輸出頻率可變的交流電力拖動(dòng)設(shè)備。因此用于高速電機(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機(jī)的選型。 II. 電流匹配；普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相 符。 （ 5）保護(hù)電路 :檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。 （ 1）運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率 （ 2）電壓、電流檢測(cè)電路：與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的 “整流器 ”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的平波回路 ”，以及將直流功率變換為交流功率的 “逆變器 ”。不同的變頻器能夠處理的電源功率是不一樣的，從幾瓦到幾兆瓦都有。 變頻器通常包含 3 個(gè)組成部分 ： 整流器 （ rectifier）和 逆變器 （ Inverter） ,還有直流部分 (DC )。 中央空調(diào)冷卻水循環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （混合控制） 15 3 變頻調(diào)速系統(tǒng) 概述 （ frequency changer / frequency converter） 是一種用來(lái)改變交流電頻率的電氣設(shè)備。 在實(shí)際設(shè)計(jì)選擇水泵時(shí)，我們常常將流量、揚(yáng)程計(jì)算值分別附加 10％－ 20％，如果再考慮上計(jì)算過(guò)程的保守 ，就導(dǎo)致經(jīng)常發(fā)生系統(tǒng)流量揚(yáng)程高于系統(tǒng)需求值，需要用閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)，造成很大浪費(fèi)。所以，冷卻水系統(tǒng)應(yīng)注意下列幾個(gè)問(wèn)題 : A. 冷卻塔并聯(lián)使用時(shí)管道阻力平衡，冷卻塔與泵的距離不能太遠(yuǎn)； B. 選擇冷卻塔時(shí)首先應(yīng)注意產(chǎn)品樣本給出的性能參數(shù)與該產(chǎn)品實(shí)際性能的差距； C. 冷卻塔一般安裝在高層建筑的裙房屋面； D. 選擇冷卻水泵時(shí)要根據(jù)冷卻水系統(tǒng)的循環(huán)阻力，輸水高差及自由水頭決定，不宜富裕過(guò)多； E. 關(guān)于冷卻水系統(tǒng)的集水池，以往在設(shè)計(jì)冷卻水設(shè)備時(shí)，其集水池的容積大多按冷卻水量的 10%設(shè)置 (見(jiàn)空調(diào)制冷手冊(cè) )； 冷卻水系統(tǒng)變頻控制的必要性 大型中央空調(diào)系統(tǒng)，通常按最大負(fù)荷來(lái)設(shè)計(jì)，但是，系統(tǒng)大部分時(shí)間是在部分負(fù)荷廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè) 論文（ 設(shè)計(jì) ） 14 下工作。另外，由于空調(diào)冷卻水系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)人員對(duì)其重視不夠，并且，冷卻水的處理是給排水專業(yè)和暖通專業(yè)均相關(guān)的專業(yè)，而冷卻水系統(tǒng)多是由暖通專業(yè)人員搞，所以，難免造成先天設(shè)計(jì)不盡合理 .在設(shè)計(jì)過(guò)程中針對(duì)空調(diào)冷卻水系統(tǒng)易結(jié)垢腐蝕和菌藻滋生的特點(diǎn)，其處理方法也與冷凍水系統(tǒng)有所不同。提高冷凝器冷卻水側(cè)的放熱系 數(shù)，是實(shí)際和有效的，而提高放熱系的有效途徑是減小水側(cè)的污垢熱阻，對(duì)冷卻水補(bǔ)水進(jìn)行有效的處理 . 冷卻水的水質(zhì) 目前，由于空調(diào)冷卻系統(tǒng)大多數(shù)為敞開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)，它效果好，造價(jià)低，在工程中得到廣泛應(yīng)用，但是經(jīng)蒸發(fā)冷卻后濃縮，水中的 C,Mg,Cl,Si 等離子，溶解固體，懸浮物中央空調(diào)冷卻水循環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （混合控制） 13 相應(yīng)增加，由于空氣中和水?；佑|，溶氧量增加， CO 大量散失，游離的 CO 含量降低，碳酸鈣濃度降低，如不加強(qiáng)管理，空氣中污染物如灰塵、雜物進(jìn)人系統(tǒng)，會(huì)繁殖徽生物綠澡及粘泥，此時(shí)污垢和粘泥可引起垢下腐蝕，而腐蝕產(chǎn)品又形成污垢，最后造成設(shè) 備及管道演蝕穿孔而被停機(jī)，冷卻水的水指標(biāo)。但為達(dá)到此目的，需采 圖 冷卻水循環(huán)控制系統(tǒng) 取以下措施 :增加冷凝器的換熱面積和冷卻水的水量 。流進(jìn)冷凍主機(jī)的冷卻水簡(jiǎn)稱為 “進(jìn)水 ”，從冷凍主機(jī)流回冷卻塔的冷卻水簡(jiǎn)稱為 “回水 ”。 如圖 冷凍主機(jī)在進(jìn)行熱交換、使水溫冷卻的同時(shí)，必將釋放大量的熱量。 智能模糊控制的一個(gè)基本思想就是按照中央空調(diào)主機(jī)所要求的最佳運(yùn)行參數(shù)去控制中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行工況及制冷工質(zhì)參數(shù)的變化，通過(guò)模糊控制器動(dòng)態(tài)調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，確?？照{(diào)主機(jī)始終處于優(yōu)化的最佳工作點(diǎn)上，使主機(jī)始終保持 具有高的熱轉(zhuǎn)換效率，有效地解決了傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)在低負(fù)荷狀態(tài)下熱轉(zhuǎn)換效率下降的難題，提高了系統(tǒng)的能源利用率。 這兩個(gè)條件是保護(hù)用戶的根本利益所在，如果不能滿足這兩個(gè)前提條件，所實(shí)現(xiàn)的“節(jié)能 ”，則是以犧 牲用戶的利益（即系統(tǒng)的安全性及空調(diào)效果）為代價(jià)的。 —— PID 調(diào)節(jié)中最重要的工程參數(shù)比例系數(shù) KP、積分時(shí)間常數(shù) TI 和微分時(shí)間常數(shù)Td，一旦選定之后，如果人不去調(diào)節(jié)，它是固定不變的，不可能跟隨受控參量的變化而自動(dòng)調(diào)整。如：空調(diào)負(fù)荷減少時(shí)，減少投入運(yùn)行的主機(jī)臺(tái)數(shù)和水泵臺(tái)數(shù)，或者使主機(jī)間斷工作，這可以收到一定節(jié)能效果，但這種人工步進(jìn)式的調(diào)節(jié)非常粗糙，實(shí)時(shí)性差，且受設(shè)備配置的限制和人的因素影響較大。 （ 3） 在工頻狀態(tài)下啟停大功率水泵，沖擊電流大，不利于電網(wǎng)的安全運(yùn)行，且水泵等 機(jī)電設(shè)備長(zhǎng)期在工頻額定狀態(tài)下高速運(yùn)行，機(jī)械磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致設(shè)備故障增加和使用壽命縮短。 定流量控制方式的特征是系統(tǒng)的循環(huán)水量保持定值不變，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，通過(guò)改變供水或回水溫度來(lái)匹配。末端使用情況的變化是十分正常的、不可避免的，不變是不現(xiàn)實(shí)的。 中央空調(diào)冷卻水循環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （混合控制） 9 冷卻循環(huán)水系統(tǒng)將常溫水通過(guò)冷 卻水泵泵入冷凝器熱交換盤(pán)管后，再將這已變熱的冷卻水送到冷卻塔上， 由冷卻塔對(duì)其進(jìn)行自然冷卻或通過(guò)冷卻塔風(fēng)機(jī)對(duì)其進(jìn)行噴淋式強(qiáng)迫風(fēng)冷，與大氣之間進(jìn)行充分熱交換，使冷卻水變回常溫，以便再循環(huán)使用。 冷卻風(fēng)機(jī) A、室內(nèi)風(fēng)機(jī)：安裝于所有需要降溫的房間內(nèi)，用于將由冷凍水冷卻了的冷空氣吹入房間，加速房間內(nèi)的熱交換； B、冷卻塔風(fēng)機(jī) 用于降低冷卻塔中的水溫，加速將 “回水 ”帶回的熱量散發(fā)到大氣中去。 “外部熱交換 ”系統(tǒng)：主要由兩個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)組成： A、冷凍水循環(huán)系統(tǒng) 由冷凍泵及冷凍管道組成。并通過(guò)循環(huán)水系統(tǒng)向各個(gè)空調(diào)點(diǎn)提供外部熱交換源。 中央空調(diào)冷卻水循環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （混合控制） 7 2 中央空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 中央空調(diào)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用領(lǐng)域，在賓館、酒店、寫(xiě)字樓、商場(chǎng)、住院部大樓、工業(yè)廠房中的中央空調(diào)系統(tǒng)，其制冷壓縮機(jī)組、冷凍循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等的容量大多是按照建筑物最大制冷、制熱負(fù)載選定的，且再留有充足裕量。 目前，研究較多的大功率逆變電路有： A、 多電平電壓型逆變器 ； B、 變壓器耦合的多脈沖逆變器 ； C、 交交變頻器 ； D、廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè) 論文（ 設(shè)計(jì) ） 6 雙饋交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 。其中，空間矢量 PWM 技術(shù)以其電壓利用率高、控制算法簡(jiǎn)單、電流諧波小等特點(diǎn)在交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了 越來(lái)越多的應(yīng)用。 PWM 技術(shù) PWM 控制是交流調(diào)速系統(tǒng)的控制核心，任何控制算法的最終實(shí)現(xiàn)幾乎都是以各種 PWM 控制方式完成的。 全數(shù)字化控制系統(tǒng) 中央空調(diào)冷卻水循環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （混合控制） 5 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)論是生產(chǎn)還是生活當(dāng)中，人民對(duì)數(shù)字化信息的依賴程度越來(lái)越高。我國(guó)在用電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的總體裝備水平僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家 50 年代水平。由此可見(jiàn)，對(duì)能源的有效利用在我國(guó)已經(jīng)非常迫切。 我國(guó)中央空調(diào)仍處于起步階段，目前其銷售對(duì)象主要集中在城市高收入消費(fèi)群體和房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商，由于其生產(chǎn)及安裝 成本 較高，大范圍普及尚需時(shí)日，這對(duì)爭(zhēng)先上馬該項(xiàng)目的企業(yè)不能不說(shuō)是個(gè)考驗(yàn)。 大金集團(tuán)以歐洲、亞洲、中國(guó)、日本、美國(guó)為中心，積極有力展開(kāi)全球化事業(yè)。作為家電產(chǎn)品的空調(diào)器也必將隨之步入網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代。典型特征是，功能僅限制于制冷制熱，技術(shù)含量低；接下來(lái)是純空調(diào)時(shí)代。太陽(yáng)能空調(diào)技術(shù)也隨之出現(xiàn)。燃?xì)饪照{(diào)的優(yōu)勢(shì)被全球能源專家和空調(diào)專家一致認(rèn)同。與一般空調(diào)相比．變頻空調(diào)有著高性能運(yùn)轉(zhuǎn)、舒適靜音、節(jié)能環(huán)保、能耗低的顯著特點(diǎn)，改善了人們的生活質(zhì)量，提高了人們的生活水平。例如，變頻與工頻接觸器應(yīng)設(shè)置電氣和機(jī)械兩種互鎖；水泵電動(dòng)機(jī)主電路應(yīng)接有各種保護(hù)中央空調(diào)冷卻水循環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （混合控制） 3 裝置等。當(dāng)頻率上限信號(hào)又動(dòng)作時(shí)， 2 號(hào)泵轉(zhuǎn)換為工頻運(yùn)行，起動(dòng) 3 號(hào)泵作變頻運(yùn)行，不斷地如此循環(huán)轉(zhuǎn)換。最大限度地降低冷卻水泵的能耗。冷卻水在通過(guò)冷凍主機(jī)后，吸收了冷凍主機(jī)釋放的熱量使自身溫度升高。 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè) 論文（ 設(shè)計(jì) ） 2 綜上，為了節(jié)約能源和費(fèi)用，中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造是勢(shì)在必行 。因此空調(diào)系統(tǒng)采用變水量控制可以節(jié)約大量泵輸送能耗，中央空調(diào)的節(jié)能改造顯得尤為重要。 本課題以中央空調(diào)冷卻水控制系統(tǒng)的工作機(jī)理和工作特點(diǎn)為依據(jù)，實(shí)時(shí)跟蹤制冷機(jī)的排熱需求和冷卻塔排熱能力的動(dòng)態(tài)變化，建立系統(tǒng)節(jié)能的復(fù)合控制方案。中央空調(diào)冷負(fù)荷，始終處于動(dòng)態(tài)變化之中，如每天早晚，每季交替，每年輪回，環(huán)境及人文，實(shí)時(shí)影響中央空調(diào)冷負(fù)荷?，F(xiàn)在，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)與 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)可以大幅度節(jié)約電能和提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，并使系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 化、維護(hù)維修 方便等優(yōu)點(diǎn) 。中央空調(diào)系統(tǒng)除主機(jī)的耗能外風(fēng)機(jī)、冷凍、冷卻水泵是第二大耗能設(shè)備