【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 往往需要人工的低溫環(huán)境。例如：為了研究高寒條件下使用的發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車、坦克、大炮的性能，需要先在相應(yīng)的環(huán)境條件下作模擬試驗(yàn)；航天儀表、火箭、導(dǎo)彈中的控制儀，也需要在地面作模擬高空環(huán)境下的性能試驗(yàn)，低溫低壓環(huán)境實(shí)驗(yàn)裝置為這類試驗(yàn)提供了條件。 氣象科學(xué)中，云霧室需要（ 45~30）℃的溫度條件。云霧室用于人工氣候?qū)嶒?yàn)，研究雨滴、冰雹的增長(zhǎng)過程、各種催化方法及擾動(dòng)對(duì)云霧的宏觀、微觀影響，模擬云的物理現(xiàn)象，等等。 （ 5）醫(yī)療衛(wèi)生 冷凍醫(yī)療是可靠、安全、有效、易行和經(jīng)濟(jì)的治療方法，特別是用于治療惡性腫瘤。 用局部冷凍配合手術(shù)有很好的治療效果，如：腫瘤、扁桃腺切除、心臟、皮膚 、眼球移值，心臟大血管瓣膜凍存和移植，手術(shù)時(shí)采用的低溫麻醉。細(xì)胞組織、疫苗、藥品的冷保存，用真空冷凍干燥法制作血干、皮干、等等?？梢哉f，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)已離不開制冷技術(shù)。 （ 6）空間技術(shù) 火箭推進(jìn)器所需的液氧和液氫是在低溫下制取的。配合人造衛(wèi)星發(fā)射和使用的紅外技術(shù)也離不開低溫環(huán)境。紅外探測(cè)器只有在低溫條件下，才能獲得優(yōu)重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 良的探測(cè)結(jié)果。這就促進(jìn)了輻射制冷器、固體制冷器、 GM 制冷機(jī)和維納米爾制冷機(jī)的發(fā)展。 用液氮、液氦組成的低溫泵可通過冷凝密閉容器內(nèi)的氣體使其達(dá)到高真空，在航天器的地面模擬試驗(yàn)中起重要作用。而以微型制冷 機(jī)與真空系統(tǒng)組成的低溫泵，廣泛應(yīng)用于高真空技術(shù)，不但在空間技術(shù)中應(yīng)用，而且在低溫物理研究中起重要作用。 （ 7）低溫物理研究 低溫技術(shù)提供的低溫獲得和低溫保存的方法，為低溫物理學(xué)的研究創(chuàng)造了條件。低溫聲學(xué)、低溫光學(xué)、低溫電子學(xué)等一系列學(xué)科得到發(fā)展。超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展也與制冷技術(shù)的發(fā)展分不開，在研究超導(dǎo)體時(shí)發(fā)現(xiàn)的約瑟夫遜效應(yīng)，促進(jìn)了超導(dǎo)技術(shù)在弱磁方面的應(yīng)用。此外， 3He 液化與 4He 超流動(dòng)性中一些物理特性的研究，均在很低的溫度下進(jìn)行。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第二章 制冷站自動(dòng)控制 空調(diào)冷源系統(tǒng)一般由多臺(tái)制冷機(jī)和冷凍水循環(huán)泵、冷卻水循環(huán)泵、冷卻塔、補(bǔ)水箱、膨脹水箱等設(shè)備組成。制冷機(jī)、循環(huán)水泵、集水器、分水器、補(bǔ)水箱等設(shè)備以及水處理裝置等輔助設(shè)備通常安裝在專用的設(shè)備間 制冷站。制冷站經(jīng)常設(shè)在建筑物的地下室。而冷源系統(tǒng)的冷卻塔安裝在室外，膨脹水箱一般安裝在建筑物最高的屋頂。為了保護(hù)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備，冷凍水在進(jìn)入系統(tǒng)之前需經(jīng)過處理，水處理設(shè)備也安裝在制冷站。 制冷系統(tǒng)的控制原理圖如圖 所示。為了分析方便，按照冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和其它輔助系統(tǒng)的次序分別進(jìn)行討論。 第一節(jié) 制冷系統(tǒng)監(jiān)控原理 空調(diào)制冷站一般有數(shù)臺(tái)冷水機(jī)組。冷水機(jī)組所制成的冷凍水進(jìn)入分水器，由分水器向各空調(diào)區(qū)域的新風(fēng)機(jī)組、空調(diào)機(jī)組或風(fēng)機(jī)盤管等空調(diào)末端裝備，冷凍水與末端設(shè)備的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行水 /氣熱交換、吸熱升溫后返回到集水器，再由冷凍水循環(huán)泵加壓后進(jìn)入冷水機(jī)組循環(huán)制冷，這樣就實(shí)現(xiàn)了冷凍水的循環(huán)過程。冷凍水系統(tǒng)由冷水機(jī)組、冷凍水循環(huán)泵、分水器 /集水器、差壓旁路調(diào)節(jié)和空調(diào)末端等構(gòu)成。通過冷凍水供回水溫度、流量、壓力檢測(cè)和差壓旁路調(diào)節(jié)、冷水機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)、循環(huán)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)水系統(tǒng)的控制以滿足空調(diào)末端設(shè)備對(duì)空調(diào)冷源冷凍水的需要，同時(shí) 達(dá)到節(jié)約能源的目的。 一 制冷系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)控制 樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)制冷系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容包括以下各項(xiàng)： ① 冷水機(jī)組進(jìn)水口與出水口冷凍水溫度檢測(cè)，以了解冷凍機(jī)組的制冷溫度是否在合理的范圍之內(nèi)。 ② 集水器回水與分水器分水溫度檢測(cè)，以了解末端冷負(fù)荷的變化情況。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 制冷系統(tǒng)的控制原理圖 ③ 冷凍水供 /回水流量監(jiān)測(cè)，測(cè)量流量和供回水溫度結(jié)合，可計(jì)算出空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷，以此作為能量消耗計(jì)量和系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)的依據(jù)。 ④ 分水器和集水器壓力壓差測(cè)量，用壓力傳感器分別測(cè)量分水器進(jìn)水口、集水器出水口的壓力，或用壓差傳感器測(cè)量分水器進(jìn)水口、集水器出水口的壓力差。根據(jù)供回水壓差調(diào)節(jié)壓差旁通閥的開度。 ⑤ 冷水機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)和故障檢測(cè)，取自冷水機(jī)組控制器輸出觸點(diǎn)或主接觸器觸點(diǎn)。 ⑥ 冷凍水循環(huán)泵運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)檢測(cè)，用安裝在水泵電機(jī)配電柜接觸器、熱繼電器的觸電和安裝在 水泵出水管上的水流指示器共同監(jiān)測(cè)。當(dāng)水泵處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其出口管內(nèi)即有水流，在水流作用下水流開關(guān)迅速動(dòng)作，顯示水泵進(jìn)入工作狀態(tài)。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 二 制冷站水系統(tǒng)的運(yùn)行控制 （ 1）冷水機(jī)組的連鎖控制 為了保證冷水機(jī)組的安全，冷水機(jī)組的啟、停必須與輔助系統(tǒng)的啟、停實(shí)行連鎖控制。 啟動(dòng)順序控制：冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷卻水泵、冷凍水泵、冷水機(jī)組 可以通過設(shè)備之間的電氣連鎖，對(duì)冷水機(jī)組的非正常啟動(dòng)進(jìn)行保護(hù)。另外，冷水機(jī)組本身具有自鎖保護(hù)功能，比較常見的是冷水機(jī)組通過自身配備的水流開關(guān)監(jiān)測(cè)冷卻水回路和冷凍水回路的水流狀態(tài)，只有當(dāng)冷卻水流量和 冷凍水流量狀態(tài)滿足要求時(shí)，才會(huì)解除自鎖，允許冷水機(jī)組啟動(dòng)。 停機(jī)順序控制：冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)。 為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行和設(shè)備安全，在編制控制程序時(shí)，要嚴(yán)格按照啟停順序的工藝要求設(shè)計(jì)起?？刂瞥绦?。 （ 2）設(shè)備相互備用切換與均衡運(yùn)行控制 冷凍水系統(tǒng)的各種設(shè)備基本上都是多臺(tái)配備，同類之間互為備用。如果正在運(yùn)行的設(shè)備發(fā)生故障需要停機(jī)，或由于其它原因退出正常的工作狀態(tài)時(shí)，其它同類設(shè)備應(yīng)能替代發(fā)生故障的設(shè)備投入運(yùn)行，是整個(gè)系統(tǒng)的正常工作不受影響。發(fā)生故障的設(shè)備修復(fù)或更換后恢復(fù)正常，可重新進(jìn)入系統(tǒng)并 使系統(tǒng)恢復(fù)最初的工作狀態(tài)。 為了延長(zhǎng)各設(shè)備的使用壽命，并使設(shè)備和系統(tǒng)處在高效率的工作狀態(tài)，通常要求設(shè)備累計(jì)運(yùn)行時(shí)間盡可能相同，即同類設(shè)備均衡運(yùn)行。因此，每次啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，都優(yōu)先啟動(dòng)累計(jì)運(yùn)行小時(shí)數(shù)最少的設(shè)備，并在合適的時(shí)候進(jìn)行設(shè)備切換，盡可能保持設(shè)備的均衡運(yùn)行。因此，控制系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)統(tǒng)計(jì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間和均衡運(yùn)行調(diào)度功能。 （ 3）冷凍水回路冷水機(jī)組側(cè)恒流量與空調(diào)末端設(shè)備變流量運(yùn)行 差壓旁路調(diào)節(jié) 在二管制的空調(diào)系統(tǒng)中，空調(diào)末端設(shè)備采用兩通調(diào)節(jié)閥的空調(diào)水系統(tǒng)，在兩通閥的調(diào)節(jié)過程中，系統(tǒng)末端負(fù)荷側(cè)水量常發(fā)生變化，這 些變化勢(shì)必引起冷凍水流量的改變。而對(duì)于冷水機(jī)組來說，是不宜進(jìn)行變水量運(yùn)行的。大多數(shù)冷水機(jī)組內(nèi)部都設(shè)有自動(dòng)保護(hù)元件，當(dāng)水量過小時(shí)，自動(dòng)停止運(yùn)行，保護(hù)冷水機(jī)組。通過在冷凍水供、回水總管之間設(shè)置旁路，并根據(jù)末端流量的變化來調(diào)節(jié)旁通流量以抵消末端流量的改變對(duì)冷水機(jī)組的一側(cè)冷凍水流量的影響。旁路通常由旁通電動(dòng)兩通閥及壓差控制器組成。通過測(cè)量冷凍水供水、回水之間壓力重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 差來控制冷凍水供水、回水之間旁通電動(dòng)二通閥的開度，使冷凍水供水、回水之間壓力差維持穩(wěn)定，也就達(dá)到了是冷水機(jī)組一側(cè)工作在恒水流狀態(tài)的目的。由于旁路控制用于差壓 恒定，所以被稱為差壓旁路控制。 壓差傳感器的兩端接管應(yīng)盡可能靠近旁通閥，并安裝在水系統(tǒng)中壓力較穩(wěn)定的地方，以提高控制的精度。 差壓旁路調(diào)節(jié)是二管制空調(diào)水系統(tǒng)所必需的，在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中的控制原理如圖 所示。如果建筑沒有配備樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，空調(diào)水系統(tǒng)差壓旁路調(diào)節(jié)可通過傳統(tǒng)的單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，原理圖見圖 是通用調(diào)節(jié)器，也可選用專用的差壓控制器，差壓控制器的輸出控制信號(hào)有連續(xù)輸出和位式信號(hào)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意各個(gè)裝置之間信號(hào)的匹配。 圖 差壓旁路調(diào)節(jié)控制原理 （ 4）冷凍水回路冷水機(jī)組側(cè)恒流量與空調(diào)末端設(shè)備變流量運(yùn)行 兩級(jí)冷凍水泵協(xié)調(diào)控制 在冷凍水回路采用一級(jí)循環(huán)泵的系統(tǒng)中，為了協(xié)調(diào)空調(diào)冷凍水回路冷水機(jī)組一側(cè)要求恒流量與末端一側(cè)變流量之間的矛盾，差壓旁路調(diào)節(jié)控制是最常用的方案。但當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù) 荷很大、空調(diào)末端設(shè)備數(shù)量特別多、設(shè)備分布分散、冷凍水管路長(zhǎng)、管路阻力大的情況下，冷凍水回路必須采用二級(jí)泵才能滿足空調(diào)末端對(duì)冷凍水的壓力要求。由于冷凍水回路是二級(jí)水泵串聯(lián)運(yùn)行，簡(jiǎn)單的差壓旁路無法適應(yīng)系統(tǒng)及管路變化所帶來的問題。在這種情況下，一般采用圖 所示的管路系統(tǒng)和相應(yīng)的控制原理來解決冷水機(jī)組測(cè)量到水流量恒定與空調(diào)末端一側(cè)冷凍水流量變化之間的協(xié)調(diào)。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 在圖 中，左側(cè)的一級(jí)冷凍水泵按冷水機(jī)組配置，一級(jí)冷凍水循環(huán)泵與冷水機(jī)組一一對(duì)應(yīng)，隨冷水機(jī)組啟停而啟動(dòng)與關(guān)閉。一級(jí)冷凍水循環(huán)泵負(fù)責(zé)克服冷水機(jī)組至冷凍水旁通 管道一側(cè)的水路阻力；二級(jí)冷凍水循環(huán)泵負(fù)責(zé)克服空調(diào)末端至冷凍水旁通管道一側(cè)的水路阻力。一級(jí)冷凍水循環(huán)泵的啟停由其對(duì)應(yīng)冷水機(jī)組的啟停所決定。二級(jí)冷凍水泵則依據(jù)旁通管道兩側(cè)的溫度、流量關(guān)系調(diào)整二級(jí)泵的開啟臺(tái)數(shù)，以達(dá)到冷水機(jī)組一側(cè)恒流量、末端設(shè)備一側(cè)變流量的目的。在調(diào)整二級(jí)冷凍水泵開啟臺(tái)數(shù)時(shí)必須保證冷水機(jī)組一側(cè)的冷凍水流量大于空調(diào)一側(cè)的流量，即冷凍水供回水管路與旁通管路中的冷凍水流向應(yīng)滿足圖 中旁通管路與供回水管路內(nèi)虛線箭頭所指示的流向。 圖 兩級(jí)冷凍水泵協(xié)調(diào)控制管路系統(tǒng) （ 5）膨脹水箱與補(bǔ)水箱監(jiān)控 膨脹水箱與補(bǔ)水箱屬于輔助設(shè)備。膨脹水箱與冷凍水管路連通。當(dāng)管路中的水隨溫度改變，體積發(fā)生熱脹冷縮的變化時(shí)，增加體積可排入膨脹水箱，減少體積可由膨脹水箱中的存水予以補(bǔ)充。補(bǔ)水箱存放經(jīng)過除鹽、除氧處理的冷凍用水，當(dāng)需要時(shí)通過補(bǔ)水泵向管路補(bǔ)水 。通過水箱的高低液位開關(guān)對(duì)水箱水位進(jìn)行監(jiān)控，水位低于下限時(shí)補(bǔ)充，高于上限時(shí)停止以免溢流。 （ 6）冷水機(jī)組的節(jié)能群控運(yùn)行 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 制冷系統(tǒng)由多臺(tái)冷水機(jī)組及其輔助設(shè)備組成。一般都是按照滿足最大負(fù)荷需求設(shè)計(jì)冷水機(jī)組總冷量和冷水機(jī)組臺(tái)數(shù)。系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間有限，大部分時(shí)間系統(tǒng)不是滿負(fù)荷工作，這就為系統(tǒng)在滿足要求的情況下，選擇合適的負(fù)荷實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行提供了條件。冷水機(jī)組常用的節(jié)能群控有兩種基本方式。一種是冷凍水回水溫度控制法，一種是冷量控制法。 由于冷水機(jī)組輸出冷水的凍水溫度是一定的，一般為 7C。 左右，冷凍水在空調(diào)末端負(fù)載進(jìn)行能量交換后，水溫上升，回水溫度的高低，基本上反映了系統(tǒng)的冷負(fù)荷大小。在冷凍水回水溫度控制法中，監(jiān)控系統(tǒng)可以用回水溫度來調(diào)節(jié)冷水機(jī)組和冷凍水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，達(dá)到節(jié)能的目的。 在冷量控制法中，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)冷凍水供回水溫度與流量求出空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際冷負(fù)荷，根據(jù)所得結(jié)果重新計(jì)算，選擇匹配的制冷機(jī)臺(tái)數(shù)投入運(yùn)行。同時(shí)按照工藝規(guī)定啟動(dòng)配套的輔助設(shè)備與系統(tǒng)。 根據(jù)冷負(fù)荷情況自動(dòng)控制冷水機(jī)組。冷凍水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。冷水機(jī)組節(jié)能的群控要與設(shè)備的均衡運(yùn)行控制互相協(xié)調(diào) ，以達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用與設(shè)備維護(hù)費(fèi)用總體降低的目標(biāo)。 （ 7）冷卻塔的節(jié)能運(yùn)行控制 冷水機(jī)組對(duì)冷卻水進(jìn)水溫度也有一定的要求，并不是越低越好。因此，為保證冷水機(jī)組正常工作，必須滿足冷卻水進(jìn)水的設(shè)計(jì)溫度。 從冷卻塔來的低溫度冷卻水，經(jīng)冷卻泵加壓后送入冷水機(jī)組，帶走冷凝器的熱量。高溫的冷卻水重新送至冷卻塔上部噴淋。由于冷卻塔風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)，使冷卻水在噴淋下落過程中，不斷與室外空氣發(fā)生熱交換而冷卻，又重新送入冷水機(jī)組完成冷卻水循環(huán)。 冷卻水進(jìn)水溫度的高低基本反映了冷卻塔的冷卻效果，用冷卻水進(jìn)水溫度來控制冷卻塔風(fēng)機(jī)以及控制冷 卻水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)就可以達(dá)到節(jié)能的效果。 利用冷卻水溫度來控制冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，不受冷水機(jī)組運(yùn)行運(yùn)行情況的限制，可以進(jìn)行獨(dú)立的控制。如室外溫度較低時(shí)，僅靠水從冷卻塔流出后的自然冷卻，而不用風(fēng)機(jī)強(qiáng)制冷卻即可滿足水溫要求，關(guān)閉冷卻塔的風(fēng)機(jī)，就可達(dá)到節(jié)能的效果。 第二節(jié) 制冷系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控 一 設(shè)備、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)監(jiān)控點(diǎn) /位及常用傳感器 冷水機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)：取自冷水機(jī)組控制器對(duì)應(yīng)運(yùn)行狀態(tài)輸出觸點(diǎn)（或主重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 接觸器輔助觸點(diǎn)）。 冷水機(jī)組故障報(bào)警：取自冷水機(jī)組控制器對(duì)應(yīng)故障報(bào)警輸出觸點(diǎn)（或主接觸器輔助觸點(diǎn)）。 冷凍水泵啟停狀態(tài)：取自冷凍水循環(huán)泵配電箱接觸器輔助觸點(diǎn)。 冷凍水泵故障報(bào)警：取自冷凍水循環(huán)泵配電箱熱繼電器觸點(diǎn)。 冷卻水泵啟停狀態(tài)：取自冷凍水循環(huán)泵配電箱接觸器輔助觸點(diǎn)。 冷卻水泵故障報(bào)警：取自冷凍水循環(huán)泵配電箱熱繼電器觸點(diǎn)。 冷卻水塔風(fēng)機(jī)啟停狀態(tài)：取自冷卻塔風(fēng)機(jī)配電箱接觸器輔助觸點(diǎn)。 冷卻水塔風(fēng)機(jī)故障報(bào)警：取自冷卻塔風(fēng)機(jī)配電箱熱繼電器觸點(diǎn)。 膨脹水箱高低水位監(jiān)測(cè)：取自膨脹水箱高低水位監(jiān)測(cè)（傳感器）輸出點(diǎn)，一般選用液位開關(guān)、水位高限、底限、溢流位各一 。 補(bǔ)水箱高低水位監(jiān)測(cè)：取自補(bǔ)水箱高低水位監(jiān)測(cè)（傳感器）輸出點(diǎn)，一般選用液位開關(guān)、水位高限、底限、溢流位各一。 冷卻塔高低水位監(jiān)測(cè)：取自冷卻塔高低水位監(jiān)測(cè)（傳感器）輸出點(diǎn)，一般選用液位開關(guān)、水位高限、底限、溢流位各一。 水流開關(guān)狀態(tài)：取自水流開關(guān)狀態(tài)輸出點(diǎn)，選用普通流量開關(guān)。 冷凍水供 /回水溫度檢測(cè) :取自安裝在冷凍水管路上的供 /回水溫度傳感器輸出，采用管水式溫度傳感器，供 /回水各一；兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的冷凍水流量應(yīng)相同。 取自安裝在冷凍水管路上的流量傳感器輸出，采用電磁 流量計(jì)，安裝在與冷凍水回水溫度檢測(cè)點(diǎn)流量相同的位置，以