基于PLC控制的中央空調(diào)節(jié)能改造

摘要       中央空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代大型建筑物不可缺少的配套設施之一，電能的消耗非常大，約占建筑物總電能消耗的50%。由于中央空調(diào)系統(tǒng)都是按最大負載并增加一定余量設計，而實際上在一年中，滿負載下運行最多只有十多天，甚至十多個小時，幾乎絕大部分時間負載都在70%以下運行。通常中央空調(diào)系統(tǒng)中冷凍主機的負荷能隨季節(jié)氣溫變化自動調(diào)節(jié)負載，而與冷凍主機相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動調(diào)節(jié)負載，幾乎長期在100%負載下運行，造成了能量的極大浪費，也惡化了中央空調(diào)的運行環(huán)境和運行質量。       隨著變頻技術的日益成熟，利用變頻器、PLC、數(shù)模轉換模塊、溫度傳感器、溫度模塊等器件的有機結合，構成溫差閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，達到節(jié)能目的提供了可靠的技術條件。

關鍵詞：PLC 變頻器 中央空調(diào) 節(jié)能改造 溫度控制

 ABSTRACT The central air-conditioning system is one of modern large-scale building essential supporting facilities, the electrical power consumption is huge, about 50% of the total power consumption of building. Because all the central air-conditioning systems is designed based on its maximum loading. In fact, the system only has to run about ten days even 10 hours under the condition of maximum loading. It runs with 70% maximum loading most of the time. Usually the frozen host of system could adjust its loading automatically according to the change of temperature. But the refrigeration pump and cooling pump couldn’t adjust automatically and almost run with maximum loading for a long term and that is a waste of energy and also worsens running environment and running quality of central air-conditioning.   With the fast maturity of Frequency Conversion Technology, using organic combination of inverter, PLC, digital analog conversion module, temperature sensor and temperature module to thermoelectric closed-loop automatic control technology which can adjust output flow rate automatically to save energy.  Key words: PLC, Inverter, Central air conditioning, Energy saving reconstruction, Temperature control

第一章 緒論        中央空調(diào)是現(xiàn)代大型建筑物如賓館、商場、辦公樓、居民小區(qū)、工廠和其它大型建筑不可缺少的基礎設施之一，它能帶給人們四季如春，溫馨舒適的每一天。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)房間的設備，以調(diào)節(jié)各個空調(diào)房間內(nèi)溫度達到適合人辦公或者生活。         作為建筑內(nèi)部重點耗能設備，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。而中央空調(diào)機組是以滿足使用場所的最大冷熱量來進行設計的，而在實際應用中絕大多數(shù)用戶在使用時，冷熱負荷是變化的，一般與最大設計供冷熱量存在著很大的差異，系統(tǒng)各部分90%以上運行在非滿載額定狀態(tài)。傳統(tǒng)的中央空調(diào)水、風系統(tǒng)均采用調(diào)節(jié)閥門或風門開度的方式來調(diào)節(jié)水量和風量，這種調(diào)節(jié)方式的缺點不僅是消耗大量能量，而且調(diào)節(jié)品質難以達到理想狀態(tài)而導致空調(diào)的舒適度不良。         中央空調(diào)變頻節(jié)能改造投資價值極高，用戶用于該產(chǎn)品的全部投資，可在很短的時間內(nèi)通過減少能耗支出予以回收。投資收益率根據(jù)日運行時間不同，在25—40%之間。 應用交流變頻技術通過對中央空調(diào)的末端空調(diào)風機箱、冷卻塔風機、冷凍水/冷卻水水泵、甚至主機驅動電機轉速等進行控制調(diào)節(jié)，從而使空調(diào)各子系統(tǒng)風量、水流量等負荷工況參數(shù)按負荷情況得到適時調(diào)節(jié)，不但能改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質，達到閥門、風門節(jié)/回流調(diào)節(jié)、變極調(diào)速等落后調(diào)節(jié)方式所不能相比的調(diào)節(jié)性能，改善空調(diào)的舒適性；更能達到節(jié)約大量電能，降低設備運行噪聲，延長設備使用壽命、減輕設備維護工作量及費用的理想運行效果。         通過變頻控制調(diào)節(jié)，中央空調(diào)系統(tǒng)的水、風系統(tǒng)耗電水平可降低30%~60%，主機系統(tǒng)可節(jié)電10%以上，總體系統(tǒng)節(jié)電可達40%左右。用戶可在設備投運后幾個運行期后，即可從節(jié)省的電費支出中收回投資。因此中央空調(diào)用戶應用變頻節(jié)能控制系統(tǒng)不僅有著良好的直接經(jīng)濟收益，還能達到節(jié)約能源消耗、有利于環(huán)境保護的社會效益。

第二章 中央空調(diào)系統(tǒng)介紹 ?2.1中央空調(diào)系統(tǒng)簡介 中央空調(diào)一般包含以下組成部分：制冷系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)以及風機盤管系統(tǒng)，某些高級中央空調(diào)系統(tǒng)還有新風機，通過控制室內(nèi)CO2含量適量引入室外新風，讓在室內(nèi)活動的人感到舒適。 中央空調(diào)系統(tǒng)耗電量很大，一般占整個建筑物耗電量的40%左右，尤其是早期設計的中央空調(diào)系統(tǒng)，存在很大的冗余，這也是中央空調(diào)的節(jié)能之所在。 ?2.2中央空調(diào)原理圖及各結構的作用

圖1-1 中央空調(diào)結構原理圖

 制冷主機：        制冷主機通過壓縮機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，通過制冷主機冷凍的冷媒水由冷凍水泵送入空調(diào)房間。 冷凍水泵：        制冷主機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（如風機盤管，空調(diào)機組）與空氣換熱，溫度升高后再回到冷水機組內(nèi)帶走制冷劑冷量，這樣構成冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)上的泵稱為冷凍水泵。 冷卻水泵：        制冷劑在冷水機組里循環(huán)，經(jīng)過壓縮機是溫度升高，這時用水將溫度降下來，這部分水稱為冷卻水，冷卻水通過冷冷卻水泵把制冷主機所產(chǎn)生的熱量帶走，再經(jīng)過冷卻塔把熱量釋放到空氣中，然后回到冷水機組，這樣構成一個冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)上的泵是冷卻水泵。要清楚，空調(diào)系統(tǒng)通過三個循環(huán)把室內(nèi)的熱量傳到室外：冷凍水循環(huán)，制冷劑循環(huán)，冷卻水循環(huán)。 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所產(chǎn)生的廢熱的一種設備。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，一方面，通過自然空氣帶走水中熱量；另一方面，通過冷卻風機帶動空氣加速運動，通過空氣帶走熱量的同時加快蒸發(fā)，讓水溫降低。溫度降低后的冷卻水再次循環(huán)進入制冷主機，帶走制冷主機產(chǎn)生的廢熱，如此循環(huán)。 風機盤管：        風機盤管空調(diào)系統(tǒng)是將由風機和盤管組成的機組直接放在房間內(nèi)，工作時盤管內(nèi)根據(jù)需要流動熱水或冷水，風機把室內(nèi)空氣吸進機組，經(jīng)過過濾后再經(jīng)盤管冷卻或加熱后送回室內(nèi)，如此循環(huán)以達到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度的目的。

第三章 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能可行性分析 ?3.1 中央空調(diào)現(xiàn)狀        通常在中央空調(diào)系統(tǒng)設計中，建筑物的中央空調(diào)系統(tǒng)通常按極端環(huán)境條件去計算空調(diào)負荷，即以其最大冷（熱）負荷的1.1~1.5倍去確定空調(diào)主機及外圍設備的額定容量。然而由于氣候條件、環(huán)境溫度、使用時間、空調(diào)房間內(nèi)人數(shù)等因素的變化，實際出現(xiàn)最大冷（熱）負荷的時間，每年不超過10h~20h?？照{(diào)冷凍、冷卻水泵設計揚程和流量比實際需要的揚程和流量高出很多，空調(diào)風機的設計供風量也比實際需要的風量大