【正文】 .............................................................. 30 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .................................................................................................. 32 水泵及冷卻塔的變頻控制 ........................................................................................ 34 節(jié)能原理 .......................................................................................................... 34 變頻控制原理 .................................................................................................. 35 結(jié) 束 語 ...................................................................................................................................... 37 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 38 致 謝 ...................................................................................................................................... 38 1 1 緒 論 中央空調(diào)的現(xiàn)狀及其發(fā)展 在各類建筑物中，大量采用先進(jìn)設(shè)備和相應(yīng)配套設(shè)備而成的中央空調(diào)系 統(tǒng)已成為現(xiàn)代化建筑技術(shù)的重要標(biāo)志之一，是現(xiàn)代建筑創(chuàng)造舒適高效的工作和生活環(huán)境所不可缺少的重要基礎(chǔ)設(shè)施。例如，在智能建筑中，集中空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量常常占全樓監(jiān)控點(diǎn)總數(shù)的 50％以上，其能耗常常占全樓總能耗量的 50％以上 [1]。 國內(nèi)中央空調(diào)的研究以多年的歷史，可以說是技術(shù)成熟，管理完善的行業(yè)，例如美的，海爾之類的。而在中國加入 WTO，競爭更是激烈非常。 隨著生活水平的提高 ,以及空調(diào)技術(shù)的發(fā)展 .空調(diào)市場將會(huì)越來越大。 所謂的“變頻空調(diào)”是與傳統(tǒng)的“定頻空調(diào)”相比較而產(chǎn)生的概念。由于供電頻率不能改變，傳統(tǒng)的定頻 空調(diào)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變，依靠不斷地“開、停”壓縮機(jī)來調(diào)整室內(nèi)溫度，其一開一關(guān)之間容易造成室溫忽冷忽熱，并消耗較多電能。運(yùn)用變頻控制技術(shù)的變頻空調(diào)，可根據(jù)環(huán)境溫度自動(dòng)選擇制熱、制冷和除濕運(yùn)轉(zhuǎn)方式，使居室在短時(shí)間內(nèi)迅速達(dá)到所需要溫度，并在低轉(zhuǎn)速、低能消耗狀態(tài)下以較小的溫差波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了快速、節(jié)能和舒適控溫效果。不斷提升建筑空調(diào) 能效水平是全球性的大趨勢。本工程的水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)就是小型化的中央空調(diào)，也是一種健2 康品牌 ，可以實(shí)現(xiàn)無污染效果 [3]。單片機(jī)、 plc 技術(shù)等電子方面的技術(shù)也飛速向前。如何通過變頻器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、可編程控制器 (PLC)控制單元，控制調(diào)整壓縮機(jī)、冷卻水、冷凍水、風(fēng)機(jī)等機(jī)組 拖動(dòng)單元的工作狀態(tài) ,在精確地進(jìn)行溫度控制的同時(shí) ,延長空調(diào)系統(tǒng)壽命 ,并大幅度地節(jié)約電。隨著信息高速公路因特網(wǎng)的發(fā)展，使信息資源共享，使人們的的生活 ,工作，生產(chǎn)方式發(fā)生深刻的變化。人們?yōu)榱烁玫木S護(hù)和操作空調(diào)系統(tǒng)，更是開發(fā)了很多界面友好的操作軟件。 網(wǎng)絡(luò)中央空 調(diào)具有優(yōu)越的性價(jià)比 , 它不僅造價(jià)低 , 還可以通過網(wǎng)絡(luò)中央空調(diào)的能量管理系統(tǒng)最大限度地減少能量消耗 , 降低運(yùn)行管理成本 , 提升空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行管理水平 [4]。以網(wǎng)絡(luò)來做遠(yuǎn)端監(jiān)控中央空調(diào)，已經(jīng)是一種趨勢。 更是以后發(fā)展的一種必要。 3 中央空調(diào)熱泵的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展 世界各國的能源消耗中 ,以熱能消耗量為最大。而這些排熱損失中 ,低于 100 ℃的熱能占很大比重 [6]。它是一種在外界能量的協(xié)助下 ,把熱能從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的設(shè)備。按熱源來分有 :空氣熱泵、水源熱泵、地 (土 ) 源熱泵、太陽能熱泵、建筑余熱熱泵、工業(yè)余熱熱泵等 。 熱泵技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)。直到 1917 年德國卡賽伊索達(dá)制造廠首次把熱泵應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)上。于是國外又積極開展熱泵研究工作 ,并有了較大的發(fā)展 ,這段時(shí)間主要發(fā)展的是蒸氣壓縮式熱泵 ,目前已在空調(diào)方面獲得廣泛應(yīng)用 ,產(chǎn)品已成系列化 [7]。 20 世紀(jì) 50 年代 ,我國對熱泵的研究尚處于起步階段。到了 20 世紀(jì)80 年代初 ,隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生 活水平的提高 ,能源問題變得突出 ,為了節(jié)約能源和有效利用能源 ,國內(nèi)部分高校、研究所掀起了對熱泵研究的熱潮。但研究的種類多限于壓縮式熱泵 ,而且只有有限的幾種應(yīng)用形式 ——— 干燥去濕熱泵、蒸發(fā)蒸餾熱泵、熱水型熱泵。一些科研院所已經(jīng)開始著眼于新型熱泵技術(shù)的研究 ,如太陽能熱泵的研究、地源熱泵、吸收壓縮復(fù) 合式熱泵等。在全部熱泵型機(jī)組中，電驅(qū)動(dòng)熱泵容量約為 1070kW，占 90%；吸收式熱泵容量約為 130 萬 kW,占 10%。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 1996 年銷售的溴化鋰吸收式制冷機(jī)約 3000 多臺(tái)，其中直燃機(jī) 1115 臺(tái)。例如，目前大約有 400 臺(tái)熱泵式木材干燥機(jī)正在運(yùn)行，年處理能力約為 200 千立方米。究其原因可認(rèn)為有以下幾點(diǎn) : 由于燃燒常規(guī)能源 (石油、煤、天燃?xì)獾?)而產(chǎn)生的煙灰、氧化物等有害物質(zhì)對環(huán)境的污染已成為嚴(yán)重的問題 ,必須著手限制。熱泵所具有的用能效率高 ,運(yùn)行的自動(dòng) 化和安全性 ,將會(huì)更多地滿足人們的節(jié)能要求。所有這些因素決定了今后熱泵技術(shù)發(fā)展總趨勢是發(fā)展高效率的供熱、供冷熱泵和超級(jí)熱泵系統(tǒng)。吸收式熱泵可利用工業(yè)余熱作為熱源 ,幾乎不消耗高品位的電能 ,應(yīng)該進(jìn)一步大力發(fā)展。吸收式熱泵與壓縮式熱泵結(jié)合起來是一種新型高效節(jié)能技術(shù) ,該循環(huán)將熱驅(qū)動(dòng)與機(jī) 械驅(qū)動(dòng)有機(jī)結(jié)合在一起 ,利用熱驅(qū)動(dòng)原理回收壓縮過程的耗散熱 ,降低了循環(huán)中最主要的耗能過程能量損失 ,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了與變溫冷熱源相匹配的勞倫茲 — 焦耳循環(huán) ,從而顯著提高了效率 ,因而它應(yīng)該是一個(gè)大發(fā)展方向。工業(yè)生產(chǎn)中 ,常需要高溫?zé)崴蚋邷卣羝?,所以今后發(fā)展高溫?zé)岜靡彩且淮筅厔?。太陽能是取之不盡的 ,用它作為人類所需能源供給可以部分解決能源危機(jī)。我國農(nóng)村人口占全國人口比重大 ,居住比較分散 ,為滿足農(nóng)民不斷提高的生活水平 ,有必要發(fā)展適合農(nóng)村家庭 ,用于供熱、洗澡等用途的小型家用熱水型熱泵 ,最好是利用太陽能和空氣作為熱泵熱源。當(dāng)然 ,隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn) ,為充分回收工業(yè)生產(chǎn)和城市居民生活中的低溫余熱資源 ,可以學(xué)習(xí)一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家 ,考5 慮把熱管技術(shù)等納入總體的供能系統(tǒng)工程中 ,從而形成“熱電站 ——— 熱泵站 ——— 熱管網(wǎng)”的綜合系統(tǒng) ,整個(gè)系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)控 制。 6 2 空調(diào)的原理及設(shè)備 空調(diào)系統(tǒng)的分類 空氣處理設(shè)備的設(shè)置情況 集中空調(diào)系統(tǒng)：即空氣處理設(shè)備（包括風(fēng)機(jī)，冷卻器，加濕器，過濾器等）設(shè)在一個(gè)集中的空調(diào)機(jī)房內(nèi)?？照{(diào)機(jī)可直接裝在房間或鄰室里，就地處理空氣。 半集中式空調(diào)：有中央空調(diào)機(jī)和有各室處理空氣的末端裝置組合成的空調(diào)系統(tǒng)。 空調(diào)系統(tǒng)按負(fù)擔(dān)室內(nèi)熱溫負(fù)荷所用介質(zhì)可分為全空氣系統(tǒng)、空氣 水系統(tǒng)、全水系統(tǒng)和制冷劑直接蒸發(fā)系統(tǒng)。 熱泵空調(diào)系統(tǒng)原理 熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向局位熱源的節(jié)能裝置，顧名思義：熱泵也就是像泵一樣，可以把個(gè)能直接利用的低位熱能 (如空氣、土坡、水中所含的熱能、太陽能、工業(yè)廢熱等 )轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能，從而達(dá)到節(jié)約部分高位能 (如煤、燃?xì)?、油、電能?)的目的。 圖 給出簡單 的熱泵空調(diào)的典型圖爾 (冬季熱系工況 )[9]。 夏季按制冷工況運(yùn)行，即制冷沖劑 /水換熱器作為蒸發(fā)器，制冷劑 ／空氣換熱器作為冷凝器，向用戶提供 7℃的冷凍水，作為空調(diào)的冷源。這種由空氣源熱泵冷熱水機(jī)組、管網(wǎng)循環(huán)水泵、管網(wǎng)、空調(diào)用戶系統(tǒng)、定壓裝置、補(bǔ)水裝置等 組成 。該系統(tǒng) 20 世紀(jì)在美國加利福尼亞州出現(xiàn)并很快發(fā)展應(yīng)用 ,70 年代進(jìn)入日本，我國 80 年代開始有工程應(yīng)用，在 90年代以后發(fā)展起來 [10]。水循環(huán)環(huán)路 ； 輔助設(shè)備 (冷卻塔、加熱設(shè)備、蓄熱裝置等 )； 新風(fēng)與排風(fēng)系統(tǒng)。以建筑物內(nèi)部余熱為低位熱源的熱泵系統(tǒng)，在制熱時(shí)，以水為加熱源，在制冷時(shí)以水為排熱源。機(jī)組供熱運(yùn)行時(shí)，一者作用恰好相反，若空調(diào)房間達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，熱泵中的壓縮機(jī)就停止工作，機(jī)組既不供冷也不供熱。只有當(dāng)水源熱泵空調(diào)機(jī)組制冷運(yùn)行的放熱量和制熱運(yùn)行的吸熱量基木相同時(shí)，環(huán)路中的水溫才能維持在一定范圍，此時(shí)，既不開啟冷卻塔，也不啟動(dòng)加熱裝置，系統(tǒng)高效運(yùn)行。 水環(huán)熱泵的運(yùn)行特點(diǎn) :根據(jù)空調(diào)場所的需要，水環(huán)熱泵可能按供熱工況運(yùn)行，也可能按供冷工況運(yùn)行。當(dāng)大部分熱泵機(jī)組制冷使循環(huán)水溫上升并達(dá)到 32 度時(shí)，部分循環(huán)水流經(jīng)冷卻塔。當(dāng)大部分機(jī)組制熱使循環(huán)水溫度下降并達(dá)到 13 度時(shí)，投入部分輔助加熱器。 具有回收建筑內(nèi)余熱的功能，降低能耗，減少環(huán)境污染。 設(shè)計(jì)方案簡單，安裝方便，工程期較短。 小型的水 /空氣熱泵機(jī)組的性能系數(shù)低于大型的冷水機(jī)組。而螺桿式冷水機(jī)組制冷系數(shù)一般為 ，有 的可高達(dá) 。 .水環(huán)熱泵的運(yùn)行噪聲較高。 水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)在夏熱冬暖地區(qū)的可行性：在夏熱冬暖地區(qū)，空調(diào)季節(jié)一般為夏季，空調(diào)區(qū)域只需供冷不需供熱，因此在水環(huán)熱泵系統(tǒng)中不需設(shè)置加熱設(shè)備 ， 如圖 。 1－密閉式冷卻塔； 2－水源熱泵機(jī)組； 3－冷卻水循環(huán)水泵； 4－膨脹水箱。故水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)與一般的空調(diào)系統(tǒng)相比是否節(jié)能是人們一直關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。當(dāng)采用高效水環(huán)熱泵機(jī)組 (機(jī)組額定 EER 為 )時(shí)，對于夏熱冬暖地區(qū)，水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng) (機(jī)組額定 EER 為 相比，年平均能耗系數(shù) AECT}偏低，說明水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)相比，節(jié)能效果顯著，節(jié)能率在 17%以上。對于賓館，負(fù)荷波動(dòng)比較大，使用水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)，節(jié)能效果最為顯著，節(jié)能率為 %； 對于辦公樓，建筑物空調(diào)負(fù)荷大都集中在 40%－ 80%之間，傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)在此負(fù) 荷率段系統(tǒng)能效比較高，12 使用水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果沒有賓館那樣顯著。 低效率的水環(huán)熱泵機(jī)組不如傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能。如果水環(huán)熱泵空調(diào)機(jī)組的能效比 EER 能達(dá)到 ，則與傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)相比，水環(huán)熱泵機(jī)組節(jié)能率高達(dá)％。針對用開式冷卻塔加板式換熱器為排熱設(shè)備的水環(huán)熱泵系統(tǒng)，對于地源水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)，系統(tǒng)效率會(huì)進(jìn)一步提高 。 13 3．方案 設(shè)計(jì) 項(xiàng)目需求分析 本辦公樓位于廣州市花都區(qū)，共三層，總建筑面積為 4794m2，空調(diào)面積為 3491m2，設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為 675kw。考慮節(jié)約辦公用地，該樓不設(shè)置主機(jī)房，在運(yùn)行控制方面則要求管理方便，獨(dú)立運(yùn)行，單獨(dú)控制等。 辦公樓跟人群多的公共場所不一樣，它有很多的獨(dú)立辦公室，相對而言獨(dú)立性比較強(qiáng)，所以該系統(tǒng)采用集散控制，可以集中控制也可以單獨(dú)控制。 C 夏季空調(diào)室外計(jì)算濕球溫度 t =176。 c 新風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)（ m3/h178。 2 ≤ 65 ≥ 30 會(huì)議室 25177。 K外墻的傳熱系數(shù)， W/(m2*℃ ) tn室內(nèi)計(jì)算溫度，℃； tl外墻的冷負(fù)荷溫度逐時(shí)值，℃，查《空調(diào)制冷課程設(shè)計(jì)》表 3 td外墻冷負(fù)荷計(jì)算溫度地點(diǎn)修正值，℃，查《 空氣調(diào)節(jié)》 附錄 .計(jì)算結(jié)果：見計(jì)算表 外玻璃瞬變傳熱引起的冷負(fù)荷 在室內(nèi)外溫差作用下，玻璃窗瞬變傳熱引起的逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算 LQ=k*F*K*(tltdtn) 式中 F外墻的計(jì)算面積， m3。 td外窗冷負(fù)荷計(jì)算溫度地點(diǎn)修正值，℃，查《空調(diào)制冷課程設(shè)計(jì)》表 37. 計(jì)算結(jié)果：見計(jì)算表 透 過玻璃窗的日射得熱引起的冷負(fù)荷 15 LQ=Ca*Cs*Cn*F*Djmax*ClQ 式中 Ca窗有效面積系數(shù)， W。 Cs窗玻璃遮擋系數(shù)，查《空調(diào)制冷課程設(shè)計(jì)》表 39； Cn窗內(nèi)遮陽系數(shù)，查《空調(diào)制冷課程設(shè)計(jì)》表 310； Djmax日射得熱因數(shù)最大值， W,查《空調(diào)制冷課程設(shè)計(jì)》表 311； Clq窗外冷負(fù)荷系數(shù)，查《空調(diào)制冷課程設(shè)計(jì)》表 312。 Clq設(shè)備和用具顯熱散熱冷負(fù)荷系數(shù)，機(jī)組不連續(xù)運(yùn)行是取 . 照明散熱形成的冷負(fù)荷照明散熱形成的冷負(fù)荷 白芷燈 LQ=1000*N*CLQ W 熒光燈 LQ=1000*n*n39。 n鎮(zhèn)流器消耗功率系數(shù) n39。 n室內(nèi)全部人