【正文】 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，核算技術(shù)改造的總投資和產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，對所進(jìn)行的變頻節(jié)能技術(shù)改造的經(jīng)濟(jì)性作出評價(jià)。我國商業(yè)建筑建設(shè)量大，商業(yè)建筑的能耗也較大。而采取有效措施減少冷卻塔的蒸發(fā)耗水和飛水，則能明顯地減少空調(diào)系統(tǒng)的隱性能耗。 對于旅游飯店中央空調(diào)系統(tǒng)，它的節(jié)能問題應(yīng)從建筑設(shè)計(jì)、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理等三方面綜合分析，采取相應(yīng)的對策和措施，使之既提高能量利用效率又滿足合理要求。目前常用的辦公樓中央空調(diào)系統(tǒng)在一定程度上存在著使用不靈活、能耗較大的問題。因此，當(dāng)冷凍水流過風(fēng)機(jī)盤管組件時(shí)，還沒有充分的時(shí)間將所攜冷量全部釋放完，就又返回到制冷機(jī)去了，因此冷凍水泵電機(jī)做了很多無用功，這些 都是不必要的能耗。 再從冷卻水流量考慮，冷卻水的作用是要及時(shí)將冷凝器中的熱量帶走，以保證制冷機(jī)能正常工作。 若采用 變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由 n1 下降到 n2，這時(shí)工作點(diǎn)由 A 點(diǎn)移到 C 點(diǎn)，流量仍是 Q2，壓力由 H1 降到 H3，這時(shí)變頻調(diào)速后風(fēng)機(jī)所需的功率正比于 H3 與 Q2的乘積，即正比于 CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。由于工藝要求需減小流量到 Q2，實(shí)際上 通過增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機(jī)、泵類的工作點(diǎn)移到 R2上的 B點(diǎn)，壓力增大到 H2，這時(shí)風(fēng)機(jī)、泵類所需的功率正比于 H2與 Q2的乘積，即正比于 BH2OQ2 的面積。如圖 31為變頻器內(nèi)的控制電路框圖。低壓變頻器主要采用交 — 直 — 交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供 給電動(dòng)機(jī)。通過冷卻水泵將溫度較高的水送上冷卻塔，通過冷卻塔噴頭，讓水自上而下流動(dòng)，一方面，通過自然空氣帶走水中熱量；另一方面，通過冷卻風(fēng)機(jī)帶動(dòng)空氣加速運(yùn)動(dòng)，通過空氣帶走熱量的同時(shí)加快蒸發(fā)，讓水溫降低。 冷凍水泵： 制冷主機(jī)的制冷劑被降到冷卻水的溫度后，經(jīng)過節(jié)流閥，溫度變的更低，這時(shí)用水將冷量帶走，這部分水稱為冷凍水，冷凍水帶走制冷劑的冷量后，再到空調(diào)系統(tǒng)末端（如風(fēng)機(jī)盤管，空調(diào)機(jī)組）與空氣換熱，溫度升高后再回到冷水機(jī)組內(nèi)帶走制冷劑冷量，這樣構(gòu)成冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)上的泵稱為冷凍水泵。因?yàn)榭照{(diào)偏冷的問題經(jīng)常遇到各種想不到的問題造成不少人力資源的浪費(fèi)。而且冷凍、冷卻水泵采用的均是 Y— △ 起動(dòng)方式，電機(jī)的起動(dòng)電流均為其額定電流的 3— 4倍，在如此大的電流沖擊下，接觸器的使用壽命大大下降；同時(shí)，啟動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖擊和停泵時(shí)的水錘現(xiàn)象，容易對機(jī)械器件、軸承、閥門和管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備件費(fèi)用。冷卻塔 3臺(tái)，風(fēng)扇電機(jī) ，并聯(lián)運(yùn)行。因此中央空調(diào)用戶應(yīng)用變頻節(jié)能控制系統(tǒng)不僅有著良好的直接經(jīng)濟(jì)收益，還能達(dá)到節(jié)約能源 消耗，有利于環(huán)境保護(hù)的社會(huì)效益。投資收益率根據(jù)日運(yùn)行時(shí)間不同，在25— 40%之間。 作為建筑內(nèi)部重點(diǎn)耗能設(shè)備，中央空調(diào)系統(tǒng)的耗電一般要占整座建筑電耗的40%以上。 關(guān)鍵詞： 中央空調(diào)；節(jié)能系統(tǒng)；變頻器； PLC Abstract Abstract Along with the rapid economic growth in recent years, China39。 本文基于變頻器設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套能有效實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)節(jié)能的控制系統(tǒng)。摘要 中央空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)方案 摘 要 隨 著近年來經(jīng)濟(jì)的迅速增長，中國的能源形勢日益嚴(yán)峻， 能源的供給 已經(jīng) 成為了經(jīng)濟(jì)增長的瓶頸 ， 各行各業(yè)越來越認(rèn)識(shí)到節(jié)能的重大意義 。中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制在節(jié)能領(lǐng)域具有非常重要的地位。 本文還為某一圖書館設(shè)計(jì)了此中央空調(diào)控制系統(tǒng)，并討論了中央空調(diào)節(jié)能原理：環(huán)境溫度通過溫控器反饋給變頻器，從而通過變頻器頻率變化來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)、水泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，隨電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化使風(fēng)機(jī)、水泵的風(fēng)量、流量隨之變化，從而來達(dá)到節(jié)能的目的。中央空調(diào)是一種通過集中制冷，然后分別將冷量輸送到各空調(diào)房間的設(shè)備，以調(diào)節(jié)各個(gè)空調(diào)房間內(nèi)溫度達(dá)到適合人辦公或者生活。 中央空調(diào)變頻節(jié)能改造投資價(jià)值極高，用戶用于該產(chǎn)品的全部投資，可在很短的時(shí)間內(nèi)通過減少能耗支出予以回收。用戶可在設(shè)備投運(yùn)后幾個(gè)運(yùn)行期后，即可從節(jié)省的電費(fèi)支出中收回投資。均采用兩用一備的方式運(yùn)行。這樣，冷凍水、冷卻水系統(tǒng)幾乎長期在大流量、小溫差的狀態(tài)下運(yùn)行，造成了能量的極大浪費(fèi)。特別是在環(huán)境溫度偏低、某些末端設(shè)備溫控稍有失靈或靈敏度不高時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致大面積空調(diào)室溫偏冷，感覺不適，嚴(yán)重干擾中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。 ” 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 2 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能可行性分析 中央空調(diào)原理圖及各結(jié)構(gòu)的作用 圖 21 中央空調(diào)結(jié)構(gòu)原理圖 制冷主機(jī)： 制冷主機(jī)通過壓縮機(jī)讓制冷劑迅速冷凍循環(huán)水的溫度快速降低（一般經(jīng)過制 冷主機(jī)制冷后的水溫在 7℃左右），這是中央空調(diào)冷源提供的地方，通過制冷主機(jī)冷凍的冷 媒水由冷凍水泵送入空調(diào)房間。 冷卻塔： 冷卻塔是利用水和空氣的接觸，通過蒸發(fā)作用來散去制冷主機(jī)所產(chǎn)生的廢熱的一種設(shè)備。 （ 1）變頻器工作原理 簡介 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。通過變頻器可以自由調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。如圖 32所 示為壓力 H流量 Q 曲線特性圖 :風(fēng)機(jī)、泵類在管路特性曲線 R1 工作時(shí)，工況點(diǎn)為 A，其流量壓力分別為 Q H1，此時(shí)風(fēng)機(jī)、泵類所需的功率正比于 H1 與 Q1的乘積，即正比于 AH1OQ1 的面積。 圖 32 壓力 H流量 Q曲線特性圖 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 n1代表電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的特性； n2代表電機(jī)降速運(yùn)行在 n2轉(zhuǎn)速時(shí)的特性；R1代表風(fēng)機(jī)、泵類管路阻力最小時(shí)的阻力特性； R2代表風(fēng)機(jī)、泵類管路阻力增大到某一數(shù)組時(shí)的阻力特性。而通常情況下，由于季節(jié)和晝夜氣溫的變化以及開機(jī)數(shù)目的不足，實(shí)際換熱量遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，因此，電機(jī)容量遠(yuǎn)大于實(shí)際負(fù)荷，出現(xiàn)了大馬拉小車的情況。 （ 2） 冷凍水系統(tǒng)的不足 冷凍水泵的作用是將經(jīng)制冷機(jī)降溫的冷凍水通過輸送管道送到中央空調(diào)的各出風(fēng)口處的風(fēng)機(jī)盤管組件中，對環(huán)境起降溫作用，冷凍水的流量與冷凍水泵的轉(zhuǎn)速成正比，當(dāng)冷凍水泵轉(zhuǎn)速高時(shí)，冷凍水的流量大，流速也快。不同的中央空調(diào)系統(tǒng)，分別有各自具體的節(jié)能措施，例如： 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 對于辦公樓中央空調(diào)系統(tǒng)，它的使用特點(diǎn)是上班時(shí)人員集中、而下班后僅極少 部分人員加班。對它的節(jié)能改造，可 以是在滿足住宅室內(nèi)熱環(huán)境舒適的前提下，降低采暖空調(diào)能耗。空調(diào)系統(tǒng)最佳啟停時(shí)刻的控制和針對負(fù)荷的不同分別選擇主機(jī)功率，對水泵進(jìn)行變頻調(diào)速和冷卻塔進(jìn)行溫控等技術(shù)手段可有效地降低系統(tǒng)的顯性額外能耗。 商住樓中央空調(diào)系統(tǒng)，它的主要目的是創(chuàng)造一個(gè)舒適的室內(nèi)空氣環(huán)境。 2． 4 本課題的主要研究內(nèi)容 本課題是以中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制為基礎(chǔ)，經(jīng)過部分改進(jìn)，采用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)對冷凍水系統(tǒng)及冷卻水系統(tǒng)的控制，采用 RS一 485 總線通信技術(shù)，設(shè)計(jì)了中央空調(diào)變頻節(jié)能控制系統(tǒng)。N ） 2， P’ =P（ N39。 由上式可見，調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速有 3種方法，改變電源頻率、改變電機(jī)磁極對數(shù)、改變轉(zhuǎn)差率。簡稱 PLC） ,其定義為一種電子裝置，主要將外部的輸入裝置如：按鍵、感應(yīng)器、開關(guān)及脈沖等的狀態(tài)讀取后，依據(jù)這些輸入信號(hào)的狀態(tài)或數(shù)值并根據(jù)內(nèi)部存儲(chǔ)預(yù)先編寫的程序，以微處理機(jī)執(zhí)行邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)及算式運(yùn)算，產(chǎn)生相對應(yīng)的輸出信號(hào)到輸出裝置如：繼電器（ Relay）的開關(guān)，電磁閥及馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，控制機(jī)械或程序的操作，達(dá)到機(jī)械控制自動(dòng)化或加工程序的目的。 1968 年，美國最大的汽車制造廠家 — 通用汽車公司 (GM)提出了研究 PLC 的基本思想，即： 編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu)可靠性高于繼電器控制柜體積小于繼電器控制柜成本可與繼電器控制柜競爭可將數(shù)據(jù)直接送入計(jì)算機(jī)可直接采用 115V 交流輸入電壓輸出采用 115V 交流電壓，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、交流接觸器等負(fù)載通用性強(qiáng)，擴(kuò)展方便能存儲(chǔ)程序，存儲(chǔ)器容量可達(dá) 4KB， 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制出了世界上第一臺(tái) PLC。 PLC 已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各種工業(yè)部門，其應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、商業(yè)、公用事業(yè)、測試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。一臺(tái) PLC 可以同時(shí)控制幾臺(tái)設(shè)備，也可以通過聯(lián)網(wǎng)信，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。 PLC 已被廣大用戶認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。PLC 的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛的用于各種機(jī)械，如金屬切削機(jī)床，機(jī)器人等。 (4) 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的 PLC 具有豐富的數(shù)據(jù)運(yùn)算（包括四則運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算等）、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。 PLC 的組成 PLC 主要有 CPU 模塊，輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。輸入模塊主要用來接受和采集輸入信號(hào)，輸入信號(hào)包括兩類：一類是從按鈕，選擇開關(guān)，接近開關(guān)，光電開關(guān)等來的開關(guān)量輸入信號(hào)；另一類就是由電位器，測速發(fā)電機(jī)等提供的連續(xù)變化的模擬量信號(hào)。 PLC 有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（ RUN）狀態(tài)與停止（ STOP）狀態(tài)。 掃描過程 內(nèi)部處理 通信服務(wù) 輸入處理 程序執(zhí)行 輸出處理 圖 32 PLC 的掃描過程 由于 PLC 采用循環(huán)掃描集中刷新的方法，導(dǎo)致輸入 /輸出時(shí)間滯后，但是一般情況下，這種響應(yīng)延遲僅幾十 MS，對于一般系統(tǒng)無關(guān)緊要，要是對時(shí)間有要話可以采用中斷進(jìn)行處理，例如高速計(jì)數(shù)。 中央空調(diào)的工作原理與家用一樣，都是利用冷媒（運(yùn)輸熱量的媒質(zhì)叫冷媒）的物理原理把室內(nèi)的熱量帶到室外去達(dá)到制冷的效果。冷卻水塔為冷凍主機(jī)提供冷卻水，冷卻水經(jīng)管道盤旋流過冷凍主機(jī)后，將帶走冷凍主機(jī)所產(chǎn)生的熱量，使冷凍主機(jī)降溫。液體制冷劑由冷凝器進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸收熱量，使冷凍水降溫，然后冷凍水進(jìn)入冷風(fēng)機(jī)盤管吸收空氣中的熱量。主要的控制要求有以下幾點(diǎn)： （ 1）測量冷凍水供回水溫度及流量，從而計(jì)算空調(diào)實(shí)際的冷負(fù)荷，根據(jù)實(shí)際的冷負(fù)荷來決定冷水機(jī)組的開啟臺(tái)數(shù)，達(dá)到最佳節(jié)能狀態(tài)。 （ 3）測量冷凍水系統(tǒng)供回水管的壓差△ P=P1 P2 控制其旁通閥（ TV）的開口度，使其維持壓差。 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 信號(hào)采集 VVVF 工控機(jī) 控制量輸入 PLC （ 2）保證 PLC 控制系統(tǒng)安全可靠 保證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求在選擇 PLC、輸入 /輸出模塊、 I/O 點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時(shí)，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。但是由于空調(diào)對能源的消耗很大，所以設(shè)計(jì)一個(gè)既能滿足人們的要求又能以最小的能耗運(yùn)行的空調(diào)是當(dāng)今制造業(yè)的設(shè)計(jì)理念。 《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》對舒適性空調(diào)的室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)的規(guī)定是： （ 1）室內(nèi)溫度。高級民用建筑或人員停留時(shí)間較長的建筑可取高值；一般建筑或人員停留時(shí)間較短的建筑應(yīng)取低值。 （ 3）室內(nèi)風(fēng)速。 對于民用建筑中不同用途房間的舒適性空調(diào)參數(shù)，可參見有關(guān)設(shè)計(jì)手冊。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，仍然需要兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)人員不斷地交流設(shè)計(jì)思想，只有充分了解對方的設(shè)計(jì)思想和過程之后，才能最大程度地避免產(chǎn)生錯(cuò)誤。二次回風(fēng)系統(tǒng)是指將回風(fēng)分為兩個(gè)部分，一部分在空氣處理設(shè)備前與新風(fēng)混合，另外一部分則是在空氣處理設(shè)備后與混合空氣再次進(jìn)行混合的系統(tǒng)。 常用的空調(diào)根據(jù)系統(tǒng)的組合情況分為整體式和分體式兩種，整體式空調(diào)將空氣處理設(shè)備（風(fēng)機(jī)、空氣過濾器、加熱器和加濕器等）、制冷設(shè)備（壓縮機(jī)、冷凝器和蒸發(fā)器等）和電氣控制系統(tǒng)都安裝在一個(gè)整體框架中，構(gòu)成一個(gè)整體式的設(shè)備；分體式空調(diào)則是將空 氣處理設(shè)備和制冷系統(tǒng)分成兩個(gè)部分，空氣處理設(shè)備置于室內(nèi)成為室內(nèi)機(jī)，制冷系統(tǒng)則基本上全部設(shè)置在室外機(jī)中。 ① 送風(fēng) /回風(fēng)結(jié)構(gòu)。采用側(cè)送風(fēng)方式送入的氣流是以貼附射流的形式出現(xiàn)，這類型氣流具有射程長、射流衰減充分等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)側(cè)送風(fēng)的管道結(jié)構(gòu)簡單，易于施工，因此被廣泛應(yīng)用于各種場合。 風(fēng)管系統(tǒng)。風(fēng)機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)中輸送空氣的主要設(shè)備，常采用的風(fēng)機(jī)有離心式、軸流式和貫流式三種。在空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水系統(tǒng)的功能就是利用水作為介質(zhì)，將冷 /熱源的能量和分配到各個(gè)房間或目的地。冷卻水系統(tǒng)主要包括冷卻塔及相關(guān)設(shè)備，其功能是利用水作為介質(zhì)，對冷 /熱源進(jìn)行降溫處理。煤氣輸送鋼管用碳素軟鋼制造，俗稱熟鐵鋼。水泵是空調(diào)系統(tǒng)中不可缺少的動(dòng)力設(shè)備，通過水泵的工作，可以控河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 制水系統(tǒng)中的流量大小，以間接達(dá)到控制室內(nèi)溫度、濕度及清潔度等空氣指標(biāo)。 ①常規(guī)冷 /熱源。天然冷 /熱源主要包括蒸發(fā)冷卻、室外空氣供冷和太陽能供熱等幾個(gè)方面。 S7200 系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。 S7200 系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1） 極高的可靠性 。 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 （ 5） 豐富的內(nèi)置集成功能 。 因此本設(shè)計(jì)根據(jù)中央空調(diào)控制系統(tǒng)的功能要求，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面考慮，選擇西門子 S7200 系列 PLC 作為此中央空調(diào)控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。 （ 4） 6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器， 2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID控制器?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控