【文章內(nèi)容簡介】 水泵入蒸汽熱交換器的盤管，通過與蒸汽的充分熱交換后再將熱水送到各樓層的風(fēng)機(jī)盤管中，即可實(shí) 現(xiàn)向用戶提供供暖熱風(fēng)。 中央空調(diào)系統(tǒng)的控制方式 常用的中央空調(diào)控制方法 其實(shí)，中央空調(diào)的能源浪費(fèi)的癥結(jié)既不在于其設(shè)計(jì)余量的大小，也不在于末端負(fù)荷的變動性。為了保障中央空調(diào)在夏季和冬季極端氣候條件下的空調(diào)效果，空調(diào)設(shè)計(jì)容量的冗余是必需的，不可缺少的。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。問題的關(guān)鍵在于中央空調(diào)缺乏先進(jìn)的控 制方式，如果中央空調(diào)的冷（熱）量供應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)末端需要的多少而自動調(diào)節(jié)，那么，不論空調(diào)設(shè)計(jì)余量如何，也不論空調(diào)負(fù)荷如何變化，都不會產(chǎn)生能量的浪費(fèi)。 目前，國內(nèi)的中央空調(diào)系統(tǒng)，由于沒有先進(jìn)的技術(shù)手段支持，基本上都采用傳統(tǒng)的定流量控制方式，即空調(diào)冷凍（溫）水流量、冷卻水流量和冷卻風(fēng)風(fēng)量都是恒定的。也就是說，只要啟動空調(diào)主機(jī)，冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)都在 50Hz 工頻狀態(tài)下運(yùn)行。 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，通過改變供水或回水溫度來匹配。定流量供水方式的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單， 不需要復(fù)雜的自控設(shè)備。但這種控制方式存在以下問題： （ 1） 無論末端負(fù)荷大小如何變化，空調(diào)系統(tǒng)均在設(shè)計(jì)的額定狀態(tài)下運(yùn)行，系統(tǒng)能耗始終處于設(shè)計(jì)的最大值，能源浪費(fèi)很大。 （ 2） 舒適性中央空調(diào)系統(tǒng)是一個多參量、非線性、時變性的復(fù)雜系統(tǒng)，由于末端負(fù)荷的頻繁波動，必然造成系統(tǒng)循環(huán)溶液（載冷劑、冷卻劑、制冷劑溶液）的運(yùn)行參量偏離空調(diào)主機(jī)的最佳工作狀態(tài)，導(dǎo)致主機(jī)熱轉(zhuǎn)換效率（ COP 值）降低，系統(tǒng)長期在低效率狀態(tài)下運(yùn)行，也會增加系統(tǒng)的能源消耗。 （ 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。 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè) 論文（ 設(shè)計(jì) ） 10 通用變頻器 PID 控制方法 中央空調(diào)系統(tǒng)定流量控制方式的這些缺陷是顯而易見的，那么，能不能找到一種更先進(jìn)的中央空調(diào)運(yùn)行控制方式，以減少其浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)的高效節(jié)能運(yùn)行呢？回答是肯定的。 長期以來，人們?yōu)榱私档涂照{(diào)的運(yùn)行成本，減少寶貴的能源浪費(fèi)，中央空調(diào)的運(yùn)行管理工作者、暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)工作者和節(jié)能科技工作者們，都進(jìn)行了艱苦不懈的努力。 一些有經(jīng)驗(yàn)的中央空調(diào)系統(tǒng)操作和維護(hù)人員，在沒有技術(shù)手段的情況下，常常采用人工控制的方法 來進(jìn)行節(jié)能。如：空調(diào)負(fù)荷減少時，減少投入運(yùn)行的主機(jī)臺數(shù)和水泵臺數(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)時性差，且受設(shè)備配置的限制和人的因素影響較大。 近年來，隨著大功率電力電子器件的出現(xiàn)，促進(jìn)了通用變頻器的小型化和實(shí)用化，為降低中央空調(diào)系統(tǒng)的能源浪費(fèi)，人們開始采用通用變頻器來控制空調(diào)系統(tǒng)的水泵和風(fēng)機(jī)，通過供、回水壓差或溫差的采集，對水泵和風(fēng)機(jī)進(jìn)行 PID（比例、積分、微分）調(diào)節(jié)，以達(dá)到節(jié)能效果。這種基于精確數(shù)學(xué)模型的 PID 控制，歷史悠久，原理簡單，使用方便，價格較低。 但其不足之處在于： ——中央空調(diào)是一種多參量、非線性、時變性且參量間耦合很強(qiáng)的復(fù)雜系統(tǒng)，不易獲得較精確的數(shù)學(xué)模型，近似的或粗糙的模型難以實(shí)現(xiàn)精確控制。 —— PID 調(diào)節(jié)中最重要的工程參數(shù)比例系數(shù) KP、積分時間常數(shù) TI 和微分時間常數(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調(diào)整。也就是說，工程參數(shù)整定之后，就用同一種參數(shù)去對付各種不同的運(yùn)行工況，因此，不可能達(dá)到最佳的節(jié)能效果。 ——PID 只能實(shí)現(xiàn)單參量（溫度或壓力）的簡單控制功能，在一些單參量工業(yè)生產(chǎn)過程的控制中效果 較好，當(dāng)用于控制中央空調(diào)這樣的多參量、非線性、時變的且參量間耦合很強(qiáng)的復(fù)雜系統(tǒng)時，很容易引起中央空調(diào)系統(tǒng)振蕩，使控制溫度在較大范圍內(nèi)起伏，長時間都不能到達(dá)設(shè)定值的穩(wěn)定狀態(tài)，既影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又降低了空調(diào)效果的舒適性。 中央空調(diào)實(shí)現(xiàn)節(jié)能有兩個基本的前提條件： （ 1） 確保中央空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)和外圍設(shè)備的安全運(yùn)行，因?yàn)楣?jié)能固然重要，但安全應(yīng)是第一位的； 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） 11 （ 2） 確保空調(diào)末端用戶環(huán)境的舒適性，效益固然重要，但服務(wù)超越一切。 這兩個條件是保護(hù)用戶的根本利益所在，如果不能滿足這兩個前提條件，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）為代價的。 可以想到，如果能尋求到一種新的控制方法，使得中央空調(diào)主機(jī)的冷量（或熱量）供應(yīng)都能跟隨負(fù)荷的變化而同步變化，就能夠在保證空調(diào)舒適性的前提下，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的最大節(jié)能。 智能模糊控制方法 它與當(dāng)今普遍使用的定流量中央空調(diào)控制模式相比，具有以下技術(shù)特點(diǎn)： （ 1） 實(shí)現(xiàn)空調(diào)高效節(jié)能控制 突破了傳統(tǒng)中央空調(diào)冷媒系統(tǒng)的運(yùn)行方式，通過對中央空調(diào)能源運(yùn)行系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測和閉環(huán)控制，將空調(diào)主機(jī)的定流量運(yùn)行改為變流量運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)空調(diào)主機(jī)冷媒流量跟隨末端負(fù)荷需求而同步變化，在空調(diào) 系統(tǒng)的任何負(fù)荷條件下，都能既確保中央空調(diào)系統(tǒng)的舒適性，又實(shí)現(xiàn)最大的節(jié)能。 （ 2） 保障空調(diào)主機(jī)始終保持高的熱轉(zhuǎn)換效率 眾所周知，隨著中央空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的變化，必將導(dǎo)致整個空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)偏離空調(diào)主機(jī)的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)，導(dǎo)致主機(jī)熱轉(zhuǎn)換效率降低，這一直是傳統(tǒng)中央空調(diào)運(yùn)行方式無法解決的一大難題。 智能模糊控制的一個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，通過模糊控制器動態(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。 （ 3） 實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)全系統(tǒng)綜合性能優(yōu)化和協(xié)調(diào)運(yùn)行 中央空調(diào)系統(tǒng)是一個較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的最佳運(yùn)行和節(jié)能，從局部去解決問題（如采用通用變頻器 PID 控制）是不可能辦到的，必須針對空調(diào)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)（包括主機(jī)、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等）統(tǒng)一考慮，全面控制，使整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，才能實(shí)現(xiàn)最佳綜合節(jié)能。 為此，智能模糊控制從系統(tǒng)工程學(xué)的理念出發(fā)，不僅對中央空調(diào)各部分進(jìn)行全面控制，而且通過系統(tǒng)集 成技術(shù)將各個控制子系統(tǒng)在物理上、邏輯上和功能上互連在一起，實(shí)現(xiàn)它們之間的信息綜合、資源共享，在一個計(jì)算機(jī)平臺上進(jìn)行集中控制和統(tǒng)一管理，廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè) 論文（ 設(shè)計(jì) ） 12 實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)全系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行和綜合性能優(yōu)化。 冷卻水循環(huán)控制系統(tǒng) 冷卻水循環(huán)系統(tǒng) ：由冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。 如圖 冷凍主機(jī)在進(jìn)行熱交換、使水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換，然后再將降溫了的冷卻水，送回到冷凍機(jī)組。如此不斷循環(huán)，帶走了冷凍主機(jī)釋放的熱量。流進(jìn)冷凍主機(jī)的冷卻水簡稱為 “進(jìn)水 ”，從冷凍主機(jī)流回冷卻塔的冷卻水簡稱為 “回水 ”。同樣，回水的溫度將高于進(jìn)水的溫度形成溫差。 冷卻水溫度對冷水機(jī)組制冷量的影響 我們都知道 :從運(yùn)行費(fèi)來講，在蒸發(fā)溫度和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)一定的情況下，冷凝溫度越低，制冷系數(shù)越大，耗電量就越 小。據(jù)測算，冷凝溫度每增加 1℃ ，單位制冷量的耗功率約 增加 3%4%.所以，從這一角度來講，保持冷凝溫度穩(wěn)定對 提高冷水機(jī)組的制冷量 是有益的。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 ?；蛱岣? 冷凝器的傳熱系數(shù)，但是，對于一個空調(diào)冷卻系統(tǒng)來說，增加冷凝器的面積幾乎是不可能的。增加冷卻水的水量勢必增加水在冷凝器內(nèi)的流速，這將影響制冷機(jī)的壽命，同時還增加了冷卻水泵的耗電和管材浪費(fèi)等一系列問題，而且效果也不盡理想。增大冷卻塔的型號，考慮一定量的富余系數(shù)尚可，但如果盲目加大冷卻塔的型號，以追求降低冷卻水溫也是得不償失的，而且，冷卻水溫度還受當(dāng)?shù)貧庀髤?shù)的限制。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)為敞開式循環(huán)系統(tǒng)，它效果好，造價低，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，由于空氣中和水福化接觸，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)，會繁殖徽生物綠澡及粘泥，此時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)。目前尚無確切的資料和標(biāo)準(zhǔn)，空調(diào)冷卻水對水質(zhì)的要求幅度較寬，主要應(yīng)從冷卻水對設(shè)備腐蝕，積垢堵塞及設(shè)備清洗難易等情況考慮 。 針對以上分析，冷卻水在冷卻塔內(nèi)蒸發(fā)散熱的過程中水質(zhì)不斷發(fā)生變化，引起積垢、腐蝕和堵塞，目前，空調(diào)冷卻補(bǔ)水多采用自來水，對于大型的空調(diào)冷卻水系統(tǒng)，僅靠補(bǔ)充少量優(yōu)質(zhì)自來水是不起作用的，冷卻水必須進(jìn)行處理。 循環(huán)冷卻水處理 由于空調(diào)冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢、腐蝕和藻類滋生不是在短期內(nèi)形成的，也不會在短期內(nèi)對系統(tǒng)有破壞性的影響，所以，往往得不到 運(yùn)行管理人員足夠的重視。另外，由于空調(diào)冷卻水系統(tǒng)比較簡單，設(shè)計(jì)人員對其重視不夠，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)過程中針對空調(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。冷卻水的處理方法可分為化學(xué)法和物理法。 冷卻水系統(tǒng)的管道布置 冷卻水系統(tǒng)的管道布置雖然比較簡單，但如果考慮不周，也會出現(xiàn)一些問題。由于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是開式系統(tǒng)，如果冷卻塔集水盤容積小或冷卻塔距水泵距離太遠(yuǎn)及并 聯(lián)運(yùn)行的冷卻塔出水管阻力平衡嚴(yán)重失調(diào)，就會使空氣混入水中，進(jìn)入水泵并壓入管道中，引起嚴(yán)重的水錘致使水泵出水管及其管件損壞。所以，冷卻水系統(tǒng)應(yīng)注意下列幾個問題 : A. 冷卻塔并聯(lián)使用時管道阻力平衡，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，其集水池的容積大多按冷卻水量的 10%設(shè)置 (見空調(diào)制冷手冊 )； 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)荷來設(shè)計(jì)，但是，系統(tǒng)大部分時間是在部分負(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。空調(diào)冷卻水系統(tǒng)一般是定流量系統(tǒng)，部分負(fù)荷下動力輸送能耗不變，使制冷系統(tǒng)綜合能效比大大下降。常規(guī)控制方式是對冷卻塔出水溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。冷卻水溫度的調(diào)節(jié)，一般可采用冷卻塔出水溫度控制風(fēng)機(jī)的啟閉，或者在冷卻塔進(jìn)水管上安裝兩通電動調(diào)節(jié)閥，旁通部分水量，保證供制冷機(jī)的冷卻水混合溫度，同時又控制風(fēng)機(jī)的啟閉。 在實(shí)際設(shè)計(jì)選擇水泵時，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，需要用閥門來調(diào)節(jié)，造成很大浪費(fèi)。 冷卻水系統(tǒng)變頻控制的可行性 對冷卻水泵采用變頻調(diào)速控制，輔以冷卻塔風(fēng)機(jī)的通斷控制或變頻調(diào)速控制，將大幅度減少冷卻水系統(tǒng)的能耗。 對于電制冷機(jī)組，冷卻水系統(tǒng)的下限流量可定為額定流量的 70％。對于蒸汽雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)組，下限流量可以更低，國產(chǎn)雙良的機(jī)組下限流量可為 60％，遠(yuǎn)大的機(jī)組下限流量可為 30％，遠(yuǎn)大機(jī)組中還為冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)提供了變頻信號輸出和控制軟件。 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） 是一種用來改變交流電頻率的電氣設(shè)備。此外，它還具有改變交流電電壓的輔助功能。 過去，變頻器一般被包含在電動發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器等電氣設(shè)備中。隨著半導(dǎo)體電子設(shè)備的出現(xiàn)，人們已經(jīng)可以生產(chǎn)完全獨(dú)立的變頻器。 變頻器通常包含 3 個組成部分 ： 整流器 （ rectifier）和 逆變器 （ Inverter） ,還有直流部分 (DC )。其中，整流器將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，逆變器將直流電再轉(zhuǎn)換成所需頻率的交流電。除了這 2 個部分之外，變頻器還有可能包含變壓器和電池。其中，變壓器用來改變電壓并可以隔離輸入 /輸出的電路，電池用來補(bǔ)償變頻器內(nèi)部線路上的能量損失。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。 變頻器主要是由主電路、控制電路組成。 圖 主電路是給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換 部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類 :電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的