【正文】 個領(lǐng)域和人民生活的各個方面得到了廣泛應(yīng)用?？傊?，采用技術(shù)手段，創(chuàng)造和保持滿足一定要求的空氣環(huán)境，就是空氣調(diào)節(jié)的任務(wù)。包括室內(nèi)溫度，濕度和氣流的調(diào)節(jié)，除塵與污濁空氣的排除等： 溫度調(diào)節(jié)，是指增加或減少空氣具有的顯熱。 氣流調(diào)節(jié)，室內(nèi)空氣要求具有一定的流速。如精 密加工車間，精密裝配車間，計量室等。影響房間空氣條件的因素很多，歸納起來有兩個方面：一是外界條件（室外空氣溫度，濕度，太陽照射，含塵濃度等）的變化；一是房間內(nèi)人們的活動和生產(chǎn)設(shè)備，工藝過程所散發(fā)的熱，濕，灰塵等。所謂空調(diào)器就是一種反干擾的裝置。這樣就可使室內(nèi)空氣的熱量，濕量總能處于平衡狀態(tài)，保證室內(nèi)溫度，濕度，清潔度的穩(wěn)定?？諝庹{(diào)節(jié)的設(shè)備包括三個方面：首先是對空氣進(jìn)行加熱，加濕，冷卻，干燥，和凈化等處理的設(shè)備，叫空氣處理設(shè)備。這三個部分加在一起組成空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 2 由于空氣調(diào)節(jié)可以創(chuàng)造出一種人工的氣候環(huán)境， 所以其用途日益廣泛，除了為舒適而設(shè)置空調(diào)以外，某些場所則要求恒溫恒濕空調(diào)，其溫度、濕度及潔凈度等在一定的范圍內(nèi)需恒定，即有精度要求的工藝空調(diào)。一是來自空間外部太陽輻射和氣候變化所產(chǎn)生的熱作用及外氣有害物的干擾。這實(shí)質(zhì)上主要依 靠的是空氣置換而不是一種封閉的再造過程。 由于空氣調(diào)節(jié)是實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)空氣溫度，濕度，清潔度和空氣流動速度等各參數(shù)的調(diào)節(jié)和控制，因此，在工程上將只實(shí)現(xiàn)空氣溫度調(diào)節(jié)和控制的技術(shù)手段稱為供暖和降溫；將只實(shí)現(xiàn)空氣的清潔度處理和控制并保持有害物質(zhì)濃度在一定的衛(wèi)生要求范圍內(nèi)的技術(shù)手段稱為工業(yè)通風(fēng)。 制冷是空氣調(diào)節(jié)的重要方面 ,這門古老而又年輕的技術(shù) ,現(xiàn)在已滲透到人們生活和生產(chǎn)活動的各個領(lǐng)域 ,從日常的衣食住行到尖端的科學(xué)技術(shù)都離不開制冷技術(shù) . 空氣調(diào)節(jié)的冷熱源是為調(diào)節(jié)空氣的溫濕度服務(wù)的，可能是人工的，也可能是天然的。 空調(diào)工程是制冷技術(shù)應(yīng)用的一個廣闊領(lǐng)域。天然冷源的資源不是到處都有 ,而且其使用 范圍 ,場合受到限制 ,這就必須采用人工冷源，即制冷空調(diào)。 根據(jù)空氣處理設(shè)備的集中程度分類： 集中式空調(diào)系統(tǒng)： 這種系統(tǒng)的所有空氣處理設(shè)備（加熱器、冷卻器、過濾器、加濕器等）以及通風(fēng)機(jī)全都集中在空調(diào)機(jī)房。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 3 半集中式空調(diào)系統(tǒng)： 這種系統(tǒng)除有集中在空調(diào)機(jī)房的空氣處理設(shè)備可以處理一部分空氣外，還有分散在被調(diào)房間內(nèi)的空氣 處理設(shè)備，他們可以對室內(nèi)空氣進(jìn)行就地處理或?qū)碜约刑幚碓O(shè)備的空氣再進(jìn)行補(bǔ)充處理。 分散式空調(diào)系統(tǒng)： 分散式空調(diào)系統(tǒng)又稱局部空調(diào)系統(tǒng)，這里是指將空氣處理設(shè)備全部分散在被調(diào)房間內(nèi)的系統(tǒng)?？照{(diào)機(jī)組把空氣處理設(shè)備、風(fēng)機(jī)以及冷熱源都集中在一個箱體內(nèi)，形成了一個非常緊湊的空調(diào)系統(tǒng)，只要接上電源就能對房間進(jìn)行空調(diào)。在工程上，把空調(diào)機(jī)組安裝在空調(diào)房間的鄰室，使用少量風(fēng)道與空調(diào)房間想連 的系統(tǒng)也成為局部空調(diào)系統(tǒng)。 現(xiàn)代大型公共建筑 (如商場、賓館、劇院、辦公樓等 )均安裝中央空調(diào)系統(tǒng)，中央空調(diào)已成為人們生活和工作環(huán)境的重要組成部分。尤其是以 IGBT、 MOSFET 等新型電力電子器件為主電路基礎(chǔ)，以矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制為控制方法，以快速微處理器和專用芯片為控制電路核心的高性能變頻器在空調(diào)器中的應(yīng)用，產(chǎn)生了新一代中央空調(diào) 系統(tǒng)。單位時間的制冷量不變，其溫度控制是由溫度傳感器感受室內(nèi)溫度變化來控制壓縮機(jī)的運(yùn)行和停止的，即所謂的“開 /關(guān)”控制方式。同時，由于定頻定速空調(diào)器的壓縮機(jī)采用交流異步電動機(jī)驅(qū)動，其起動特性決定了壓縮機(jī)停機(jī)間隔時 間，即必須在冷媒壓力基本平衡以后才能再次起動，也就是在最小負(fù)載下起動，否則可能會造成起動失敗而引起過電流保護(hù)。以這種方式控制的空調(diào)系統(tǒng)，當(dāng)室外氣象參數(shù)和室內(nèi)負(fù)荷變化較大時，它的控制效果較差，主要表現(xiàn)為所控制的室內(nèi)溫度波動較大，使人有忽冷忽熱的感覺，因而總體舒適度不盡如人意。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 4 而本設(shè)計采用 PID 控制算法的變頻中央空調(diào)控制系統(tǒng)能夠克服上述缺點(diǎn)，具有快速制冷、制熱，高效節(jié)能、噪 音低、舒適度高等特點(diǎn)。這不僅意味著受控的空氣環(huán)境對各種工業(yè)生產(chǎn)過程的穩(wěn)定運(yùn)行和保證產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量有重要作用，而且對提高勞動生產(chǎn)率、保護(hù)人體健康、創(chuàng)造舒適的工作和生活環(huán)境有重要意義。同時，在公共及民用建筑中，隨著對外開放、旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展，裝有空氣調(diào)節(jié)的大會堂、 圖書館、商店、賓館與酒店、展覽館、游樂場所比比皆是。至于空調(diào)進(jìn)入個人家庭，在國外國內(nèi)都不少見，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的提高，在國內(nèi)的應(yīng)用也將會達(dá)到普及。另外，在地下與水下、宇宙空間中也都發(fā)揮著同樣的作用。因此，可以綜括的說：現(xiàn)代化發(fā)展需要空氣調(diào)節(jié)，空氣調(diào)節(jié)技術(shù)和手段的發(fā)展依賴于現(xiàn)代 化。 由于 電力電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展，促進(jìn)了變頻器的發(fā)展和應(yīng)用，當(dāng)然也推動了變頻器在空調(diào)中的應(yīng)用。 磁場定向的矢量變換控制變頻器，是當(dāng)今控制性能最高的變頻器。眾所周知，直流電動機(jī)由于 它的磁通和電樞電流可以獨(dú)立進(jìn)行控制，是一種典型的解耦控制，因此有著很好的調(diào)速性能。這種解耦實(shí)際上是把異步電動機(jī)的物理模型通過坐標(biāo)變換等效地變換成類似于直流電動機(jī)的 模式，這樣 就可以等效 為一臺直流電機(jī)進(jìn)行控制。因此 ，蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 5 需尋求一種其控制性能既可以滿足高指標(biāo)中央空調(diào)系統(tǒng)的要求，又不需要速度傳感器的控制技術(shù)，這就是由磁場定向矢量變換控制演變而來的無速度傳感器矢量控制技術(shù)。該 中央變頻空調(diào)系統(tǒng)中使用的變頻器就是采用了這種控制技術(shù)，這樣的變頻器完全能夠滿足高性能中央變頻空調(diào)控制系統(tǒng)對交流調(diào)速器的要求?？照{(diào) 器的發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)定速到現(xiàn)代調(diào)速的過程，傳統(tǒng)空調(diào)器中壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速及供電頻率是不可調(diào)的，稱為定頻定速空調(diào)器。眾所周知，由于 電網(wǎng)頻率 是固定的 ， 因此 傳統(tǒng)的定頻空調(diào)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變， 只能 依靠不斷 “開、停 ”壓縮機(jī)來調(diào)整室內(nèi)溫度， 這樣被控環(huán)境溫度是波動的，舒適性差。這樣就可以通過對壓縮機(jī)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對溫度 的自動控制。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 空調(diào)器的發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)定速到現(xiàn)代調(diào)速的過程。 90 年代以前空調(diào)器都為此類裝置，與此相應(yīng)的控制方式當(dāng)然也為“開/關(guān)”式。如日本三菱重工推出的 PMV 型變頻系列空調(diào)、 夏普的 AYC40F 型、日電的 RCV8B/V25B 型、富士通的 AS28TPR 型等都運(yùn)用了變頻調(diào)速技術(shù)和先進(jìn)的控制技術(shù)。但是大型中央變頻空調(diào)系統(tǒng)仍然較少，而且其控制方式仍以傳統(tǒng) PID 控制為主，新型控制技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用仍處于研究階段。 目前一些發(fā)達(dá)國家使用空氣調(diào)節(jié)手段維持 內(nèi)部環(huán)境已很普遍。初步研究表明，在所謂“令人疲倦和致病”的建筑物內(nèi)，由于空調(diào)系統(tǒng)方蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 6 面引起的污染占很大比重?？照{(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時，對空間內(nèi)空氣負(fù)離子的衰減已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)所證明。 可以預(yù)料，空氣調(diào)節(jié)將由目前主要解決空間環(huán)境的溫度與濕度控制，即所謂的溫濕環(huán)境工程，發(fā)展到對空間環(huán)境的質(zhì)量全面調(diào)節(jié)和控制，即所謂人工環(huán)境工程。空氣調(diào)節(jié)的發(fā)展前景是廣闊的，有一些新的領(lǐng)域還需要從事這一事業(yè)的人們?nèi)ラ_拓。 研究的主要內(nèi)容及主要技術(shù)參數(shù) (1) 本此畢業(yè)設(shè)計的主要研究可概括如下： 1） 分析控制規(guī)律對控制系統(tǒng)的影響，提出適合本系統(tǒng)的控制方法。 3） 中央空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。 制冷機(jī)是中央空調(diào)的“制冷源”、 “心 臟 ”，通往各個房間 的 循環(huán)水由制冷機(jī)組進(jìn)行 “內(nèi)部交換 ”， 在 蒸發(fā)器中吸熱后的制冷劑（ R22）通過壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓氣體，送至冷凝器與冷卻水熱交換后 變成常溫高壓液體，經(jīng)節(jié)流閥 (膨脹閥 )進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸收冷媒水的熱量，然后又回到壓縮機(jī)，如此形成制冷劑（ R22）循環(huán)過程 。 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，由冷卻泵及冷卻水管道及冷卻塔組成，冷水機(jī)組進(jìn)行熱交換，在水溫冷卻的同時，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，然后再將降了溫的冷卻水，送 回到冷水機(jī)組 ,如此不斷循環(huán)，帶走冷水機(jī)組釋放的熱量 。 將制冷劑系統(tǒng)分成四部分來討論制冷劑在系統(tǒng)中的狀態(tài)變化： 節(jié)流閥 壓縮機(jī) 冷凝器 蒸發(fā)器 節(jié)流閥 冷卻風(fēng)機(jī) 水箱 冷卻塔 冷媒水泵 節(jié)流閥 冷卻水泵 圖 21 中央空調(diào)系統(tǒng)原理圖 制冷機(jī) 電氣控制裝置 冷媒水循環(huán) 冷卻水循環(huán) 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 8 (1) 制冷劑在低壓側(cè)的變化 從膨脹伐（即節(jié)流閥）出口經(jīng)過蒸發(fā)器到壓縮機(jī)吸入口之間為低壓側(cè)。制冷劑在低壓側(cè)的變化特點(diǎn)是：制冷劑壓力保持一定的低壓，制冷劑從周圍取得了熱量，其主要變化是汽化，汽化結(jié)束后出現(xiàn)過熱狀態(tài)，制冷劑在低壓側(cè)從 濕蒸汽狀態(tài)到過熱蒸汽狀態(tài)。 (2) 制冷劑在高壓側(cè)的變化。高壓側(cè)制冷劑狀態(tài)的特點(diǎn)是：保持一定的高壓 PK，向周圍環(huán)境放出熱量，氣態(tài)制冷劑被冷凝成液體，也進(jìn)行過熱蒸汽的冷卻和冷凝液的過冷卻。 (3) 制冷劑在壓縮機(jī)中的壓縮 制冷劑由于壓縮而體積縮小，壓力由 P0 上升到 PK，隨著壓力和比容的變化，制冷劑溫度升高，一般呈過熱蒸汽?？照{(diào)機(jī)的理論中，壓縮機(jī)的壓縮過程是按絕熱壓縮來處理的。 (4) 制冷劑在節(jié)流伐中的節(jié)流 具有高 壓 PK 的制冷劑過冷液，通過膨脹伐（或毛細(xì)管），因?yàn)槭茏枇Φ挠绊?，由高?PK 降至低壓 P0 這個變化是在瞬間進(jìn)行的，所以制冷劑經(jīng)過節(jié)流過程，其熱量沒有和外界交換， 也沒有做功或消耗功，故制冷劑的焓值保持不便。 中央空調(diào)水系統(tǒng)簡介 中央空調(diào)的水系統(tǒng)分為冷媒水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)兩個部分 , 空調(diào)冷媒水是用來傳輸能量（冷量）的介質(zhì)，從冷水機(jī)組出來的空調(diào)冷媒水（一般是 7 度），通過管道，傳遞給空調(diào)末端（如風(fēng)機(jī)盤管、組合式空調(diào)機(jī)組），在末端 ，通過換熱設(shè)備，將冷媒水所攜帶的能量和空氣進(jìn)行熱量交換，空氣溫度降低，而空調(diào)冷蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 9 媒水溫度升高（一般是 12 度），然后空調(diào)冷媒水又進(jìn)入冷水機(jī)組，在冷水機(jī)組的蒸發(fā)器通過與制冷劑熱交換，再次溫度降低（ 7 度），完成一個循環(huán) 由于冷水機(jī)組在制冷的時候，制冷劑被壓縮，溫度、壓力均增加，為了實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)，必須要把高溫高壓的制冷劑溫度降下來，這時候就需要冷卻水把他冷卻，冷卻水進(jìn)水溫度（ 32 度），進(jìn)入冷水機(jī)組的冷凝器，經(jīng)過熱交換，溫度升高（ 37 度），這部分水通過管道傳輸?shù)嚼鋮s塔，通過冷卻塔的作用，把熱量散到大氣中，溫度降低（ 32 度），然后再回到冷水機(jī)組 根據(jù)不同的情況可以設(shè)計成不同的型式。前者適用源水量特別重組的地區(qū)，例如以江，河，湖，海的水源作為冷卻水。循環(huán)式供水系統(tǒng)將來自冷凝器的冷卻水通過冷卻塔或者冷卻水池冷卻后循環(huán)使用。供水系統(tǒng)比較復(fù)雜，常在水源水量比較小，水溫比較高時采用，它在目前空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用最多。由于冷卻水使用后的溫升不大，一般在 3— 8℃因此這種系統(tǒng)的蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 10 耗水量很大，適宜用在有充足水源的地方，如江河附近 、湖畔、海濱等。 2) 混合式冷卻水系統(tǒng)： 混合式冷卻水系統(tǒng)經(jīng)冷凝器使用后的冷卻水部分排掉，部分與供水混合后循環(huán)使用。采用這種系統(tǒng)后，可提高冷凝器的出水溫度，增大冷卻水的溫升，從而減少冷卻水的耗量，但不減少冷凝器中冷卻水的流量（或者流速），以不使冷凝器傳熱系數(shù)下降。這樣既不減少通入冷凝器的水量，又提高了冷卻水的溫升，從而大大節(jié)省深井水量 。因此，即使這種系統(tǒng)可減少冷卻水的耗量，也不宜在大型系統(tǒng)中采用。循環(huán)式冷卻水系統(tǒng)的特點(diǎn)是：冷卻水循環(huán)使用。冷卻水經(jīng)冷凝器等設(shè)備后吸熱而升溫，再利用水蒸發(fā)吸熱的原理對它進(jìn)行冷卻。在水池上部將水噴入空中，增大水與空氣的接觸面積，使少量的水蒸發(fā)而把自身冷卻下來。噴水池宜用在氣候比較干燥地區(qū)的小型制冷系統(tǒng)中。 (1) 冷凍水系統(tǒng)概述 制冷的目的在于供給用戶使用，向用戶 供冷的方式由兩種，即直接供冷和間接供冷。間接供冷是首先利用蒸發(fā)器冷卻某種載冷劑，然后再將此載冷劑輸送到各個用戶，使需冷卻對象降低溫度，這種供冷方式使用靈活，控制方便，特別適合于區(qū)域性供冷?；驹韴D如下頁所示： 開式系統(tǒng)需要設(shè)置冷凍水箱和回水箱，系統(tǒng)水容量大，運(yùn)行穩(wěn)定，控制簡便。凡采用淋水室處理空氣或回水直接進(jìn)入水箱，再經(jīng)冷卻處理后經(jīng)泵送到系統(tǒng)中的水系統(tǒng)都屬于開式。再者，閉式系統(tǒng)必須采用殼管式蒸發(fā)器，用戶側(cè)則應(yīng)采用表面式換熱設(shè)備，而開式系統(tǒng)則不受此限制，當(dāng)采用水箱式蒸發(fā)器時，可以用它代替冷凍水箱或回水箱。 2) 從調(diào)節(jié)特征上，冷凍水系統(tǒng)可以分為定水量系統(tǒng)和變水量系統(tǒng)兩種形式： a）水量系統(tǒng)中的水流量始終不變，通過改變冷凍水供回水溫度來適應(yīng)空調(diào)房間的冷負(fù)荷變化。當(dāng)負(fù)荷減小時，一部分水流量與負(fù)荷成比例地流經(jīng)空調(diào)機(jī)或風(fēng)機(jī)盤管，另一部分蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 12 從三通閥旁通，以保證供冷量與負(fù)荷相適應(yīng)。 b）變水量系統(tǒng)則通過改變水流量來適應(yīng)冷負(fù)荷改變，而冷凍水供回水溫差基本不變?？照{(diào)系統(tǒng)通常設(shè)置集中冷凍站制備冷凍水，靠冷凍水系統(tǒng)輸送冷量。常用的一級泵系統(tǒng)是在供回水集管之間設(shè)置一根旁通管，以保持冷水機(jī)組側(cè)為定流量運(yùn)行，而用戶側(cè)處于變流量運(yùn)行。一級泵系統(tǒng)組成簡單，控制容易，