基于PLC控制的中央空調節能改造

摘要       中央空調系統是現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%。由于中央空調系統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。通常中央空調系統中冷凍主機的負荷能隨季節氣溫變化自動調節負載，而與冷凍主機相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動調節負載，幾乎長期在100%負載下運行，造成了能量的極大浪費，也惡化了中央空調的運行環境和運行質量。       隨著變頻技術的日益成熟，利用變頻器、PLC、數模轉換模塊、溫度傳感器、溫度模塊等器件的有機結合，構成溫差閉環自動控制系統，自動調節水泵的輸出流量，達到節能目的提供了可靠的技術條件。

關鍵詞：PLC 變頻器 中央空調 節能改造 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        中央空調是現代大型建筑物如賓館、商場、辦公樓、居民小區、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。中央空調是一種通過集中制冷，然后分別將冷量輸送到各空調房間的設備，以調節各個空調房間內溫度達到適合人辦公或者生活。         作為建筑內部重點耗能設備，中央空調系統的耗電一般要占整座建筑電耗的40%以上。而中央空調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，系統各部分90%以上運行在非滿載額定狀態。傳統的中央空調水、風系統均采用調節閥門或風門開度的方式來調節水量和風量，這種調節方式的缺點不僅是消耗大量能量，而且調節品質難以達到理想狀態而導致空調的舒適度不良。         中央空調變頻節能改造投資價值極高，用戶用于該產品的全部投資，可在很短的時間內通過減少能耗支出予以回收。投資收益率根據日運行時間不同，在25—40%之間。 應用交流變頻技術通過對中央空調的末端空調風機箱、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節，從而使空調各子系統風量、水流量等負荷工況參數按負荷情況得到適時調節，不但能改善系統的調節品質，達到閥門、風門節/回流調節、變極調速等落后調節方式所不能相比的調節性能，改善空調的舒適性；更能達到節約大量電能，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。         通過變頻控制調節，中央空調系統的水、風系統耗電水平可降低30%~60%，主機系統可節電10%以上，總體系統節電可達40%左右。用戶可在設備投運后幾個運行期后，即可從節省的電費支出中收回投資。因此中央空調用戶應用變頻節能控制系統不僅有著良好的直接經濟收益，還能達到節約能源消耗、有利于環境保護的社會效益。

第二章 中央空調系統介紹 ?2.1中央空調系統簡介 中央空調一般包含以下組成部分：制冷系統、冷凍水循環系統、冷卻水循環系統以及風機盤管系統，某些高級中央空調系統還有新風機，通過控制室內CO2含量適量引入室外新風，讓在室內活動的人感到舒適。 中央空調系統耗電量很大，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系統，存在很大的冗余，這也是中央空調的節能之所在。 ?2.2中央空調原理圖及各結構的作用

圖1-1 中央空調結構原理圖

 制冷主機：        制冷主機通過壓縮機讓制冷劑迅速冷凍循環水的溫度快速降低（一般經過制冷主機制冷后的水溫在7℃左右），這是中央空調冷源提供的地方，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，經過節流閥，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，再到空調系統末端（如風機盤管，空調機組）與空氣換熱，溫度升高后再回到冷水機組內帶走制冷劑冷量，這樣構成冷凍水循環系統，在這個系統上的泵稱為冷凍水泵。 冷卻水泵：        制冷劑在冷水機組里循環，經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生的熱量帶走，再經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系統，在這個系統上的泵是冷卻水泵。要清楚，空調系統通過三個循環把室內的熱量傳到室外：冷凍水循環，制冷劑循環，冷卻水循環。 冷卻塔：        冷卻塔是利用水和空氣的接觸，通過蒸發作用來散去制冷主機所產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，讓水溫降低。溫度降低后的冷卻水再次循環進入制冷主機，帶走制冷主機產生的廢熱，如此循環。 風機盤管：        風機盤管空調系統是將由風機和盤管組成的機組直接放在房間內，工作時盤管內根據需要流動熱水或冷水，風機把室內空氣吸進機組，經過過濾后再經盤管冷卻或加熱后送回室內，如此循環以達到調節室內溫度和濕度的目的。

第三章 中央空調系統節能可行性分析 ?3.1 中央空調現狀        通常在中央空調系統設計中，建筑物的中央空調系統通常按極端環境條件去計算空調負荷，即以其最大冷（熱）負荷的1.1~1.5倍去確定空調主機及外圍設備的額定容量。然而由于氣候條件、環境溫度、使用時間、空調房間內人數等因素的變化，實際出現最大冷（熱）負荷的時間，每年不超過10h~20h。空調冷凍、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，空調風機的設計供風量也比實際需要的風量大