楊 雪

YANG Xue

（遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，丹東 118000）

0 引言

中央空調(diào)是一個不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施，在很多的大型建筑物中，通過主機(jī)控制不同房間的不同溫度。給人們帶來四季如春的感覺，使人們的生活和辦公更加的舒適。中央空調(diào)作為重點(diǎn)的能耗設(shè)備，耗電量占整座建筑耗電量的一半左右，由于中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計是根據(jù)最大負(fù)荷和增加一定的余量設(shè)計，在一年的實(shí)際工作中全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)最多只有十多天，甚至10多個小時，幾乎大部分時間負(fù)載低于70%運(yùn)行。通常冷凍主機(jī)可以自動調(diào)節(jié)的季節(jié)性溫度變化。但是與它匹配的冷卻泵、冷凍泵不能自動調(diào)整負(fù)載，幾乎100%負(fù)荷下運(yùn)行了很長時間，導(dǎo)致浪費(fèi)能源，使中央空調(diào)的運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行的環(huán)境下降。

隨著變頻技術(shù)越來越成熟，使用變頻器結(jié)合PLC模塊及傳感器模塊，形成一個閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)泵的輸出流量，為系統(tǒng)節(jié)能提供了一個可靠的方法。

1 中央空調(diào)的組成及原理

中央空調(diào)的原理如圖1所示，它由五部分組成：

制冷主機(jī)：制冷主機(jī)通過制冷劑在壓縮機(jī)作用下快速使循環(huán)水的溫度凍結(jié)(通常主機(jī)制冷溫度約為7℃為中央空調(diào)冷源)，通過冷凍水泵傳入空調(diào)房間。

冷凍水泵：制冷劑冷卻的水溫度達(dá)到，通過節(jié)流閥，溫度變得更低，水將冷溫帶走稱為冷凍水。冷凍水帶走冷溫后，再到空調(diào)系統(tǒng)的末尾（如空調(diào)機(jī)組、風(fēng)機(jī)管盤等）與空氣換熱，溫度升高后在回到了冷水機(jī)組內(nèi)帶走冷溫，這樣形成一個冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)上的泵稱為冷凍水泵。

冷卻水泵：制冷劑循環(huán)的制冷，溫度上升通過壓縮機(jī)。用水降低溫度稱為冷卻水。制冷主機(jī)產(chǎn)生的熱量由冷卻水通過冷卻水泵帶走，熱量轉(zhuǎn)移到空氣通過冷卻塔，在循環(huán)形成冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。

冷卻塔：冷卻塔是利用水和空氣接觸，蒸發(fā)制冷主機(jī)余熱產(chǎn)生的裝置。把溫度較高的水，通過冷卻水泵送到冷卻塔，通過冷卻塔噴頭，讓水流從上到下，一方面，通過自然空氣帶走熱量，另一方面，加速運(yùn)動，帶走熱量通過空氣同時加快蒸發(fā)，讓水溫度降低。溫度降低冷卻水循環(huán)進(jìn)入制冷主機(jī)了，帶走主機(jī)余熱，進(jìn)行循環(huán)。

風(fēng)機(jī)盤管：風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)是由一個風(fēng)扇和盤管組成的機(jī)組直接在房間里，當(dāng)工作時盤管根據(jù)需要流動的熱水或冷水，風(fēng)機(jī)吸入室內(nèi)空氣，過濾后經(jīng)盤管冷卻或加熱后再次回到室內(nèi)，如此循環(huán)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度。

圖1 中央空調(diào)的原理圖

工作的過程就是能量轉(zhuǎn)換的過程，運(yùn)行的理想狀態(tài)是：在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)中，在凍冷凍水的作用下，在蒸發(fā)器中交換，熱吸收冷卻到7℃被發(fā)送到終端風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)風(fēng)機(jī)，由冷卻器熱吸收，室內(nèi)空氣溫度上升為12℃，通過冷凍泵形成一個封閉的循環(huán)主機(jī)蒸發(fā)器。在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，冷卻泵冷卻水流經(jīng)冷凍機(jī)，凝汽器吸熱溫度達(dá)到37℃被送到冷卻塔，在風(fēng)扇散熱到32℃由冷卻泵再次送到主機(jī)，形成一個循環(huán)。

2 系統(tǒng)的節(jié)能方案

針對中央空調(diào)的原理及問題的提出，有以下四種改造方案：

1）通過關(guān)水閥來控制流量，經(jīng)測試不能滿足節(jié)能的效果?？刂撇缓脮?dǎo)致冷卻水末端壓力低，高層的用戶造成溫度過高，往往會導(dǎo)致更少的冷卻水流量，溫度偏高，因?yàn)闆]有冷卻水冷卻。

2）根據(jù)制冷時間主機(jī)間歇停機(jī)，但當(dāng)負(fù)載較輕的時候，重新開啟主機(jī)，主機(jī)負(fù)荷較大，實(shí)際上并不省電，冷熱不均，環(huán)境不舒適。

3）使用變頻器調(diào)速，通過手動調(diào)整，根據(jù)負(fù)載進(jìn)行頻率調(diào)整，這種方法人為因素較大，雖然投資小，但不能達(dá)到最大節(jié)能效果。

4）使用變頻器結(jié)合PLC模塊及傳感器模塊，形成一個閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)水泵運(yùn)行頻率根據(jù)負(fù)載大小，人為誤差因素被消除。盡管一次投入的成本較高，但這種方法已被廣泛應(yīng)用，高效節(jié)能的方法已被證明是可行的。

通過分析我們選擇第4種方案改造冷凍泵和冷卻泵。在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計、制冷、冷卻泵能力采取最大負(fù)載容量增加10%～20%余量作為設(shè)計安全系數(shù)。據(jù)統(tǒng)計，冷凍水、冷卻水循環(huán)電力消耗約占12%到24%，冷凍主機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行，冷卻水，冷卻水循環(huán)利用率為30%～40%。冷凍水、冷卻水循環(huán)改造是節(jié)能的重要組成部分。

實(shí)現(xiàn)節(jié)能方案同時考慮控制成本，原電氣設(shè)備盡可能利用上。冷凍水泵和冷卻水泵都采用兩用一備的操作模式，由于轉(zhuǎn)換時間備用泵和空調(diào)主機(jī)在同一時間，轉(zhuǎn)換時間為一個月一次，開關(guān)頻率不高，決定主開關(guān)控制使用原來的電氣設(shè)備，通過接觸器，停止按鈕，開關(guān)切換到電氣和機(jī)械聯(lián)鎖。確保每個泵只有一個變頻器拖動，避免兩個變頻器拖動同一泵在同一時間造成短路事故;每個逆變器只能拖動一個泵在任何時候，以避免變頻器拖動兩個泵而過載。圖2和圖3為冷凍水泵一、二次接線圖。冷卻水泵接線圖與冷凍水泵接線圖同理。

圖2 冷凍水泵一次接線圖

3 系統(tǒng)的控制

3.1 冷凍水系統(tǒng)控制

圖3 冷凍水泵二次接線圖

冷凍水系統(tǒng)是一個最為關(guān)鍵的循環(huán)在中央空調(diào)控制中，我們之所以使用中央空調(diào)是為了調(diào)整室內(nèi)空氣溫度，所以一定要保證供應(yīng)冷凍水系統(tǒng)合適的冷(熱)量。根據(jù)空調(diào)專業(yè)人員多年來的研究，冷凍水出口溫度保持在7℃，冷卻水回水溫度在12℃，在最節(jié)能狀態(tài)，所以首先，我們設(shè)置了水溫度和回水溫度，并設(shè)置好回水和出水溫差為5℃，PLC主機(jī)通過FROM指令讀取實(shí)時模擬輸入模塊AD1#CH0、AD1 CH1、AD1CH2，AD1#CH3溫度，實(shí)際的回水溫度減去實(shí)際的出水溫度，進(jìn)行PID控制對他與實(shí)際的溫度差異。PID控制圖如圖4。PLC與變頻器的控制圖如圖5所示。

3.2 冷卻水系統(tǒng)控制

冷凍水系統(tǒng)是其中最關(guān)鍵的循環(huán)在中央空調(diào)控制中，必須確保正常工作的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)主機(jī)才能正常的工作，否則冷卻主機(jī)產(chǎn)生余熱不能分散，導(dǎo)致熱保護(hù)動作，從而冷卻主機(jī)停機(jī)。根據(jù)專業(yè)人員多年研究，水的溫度在37℃冷卻水，冷卻水回水溫度在32℃，是最節(jié)能狀態(tài)，所以首先，我們設(shè)置好回水和出水溫差為5℃，設(shè)置出水溫度為5℃，PLC主機(jī)通過FROM指令實(shí)時讀取模擬輸入模塊AD2 # CH0，AD2 # CH1溫度，實(shí)際的回水溫度減去實(shí)際的出水溫度，進(jìn)行PID控制對他與實(shí)際的溫度差異。

圖4 PID控制圖

圖5 PLC與變頻器控制圖

4 結(jié)論

通過PLC與變頻器控制，中央空調(diào)系統(tǒng)的水、風(fēng)系統(tǒng)功耗可以減少30%～60%，可以使主機(jī)系統(tǒng)節(jié)電10%以上，整體系統(tǒng)節(jié)能可達(dá)40%。用戶可以運(yùn)行設(shè)備幾個周期后，可以在節(jié)省的電費(fèi)中收回投資成本。所以應(yīng)用變頻節(jié)能中央空調(diào)控制系統(tǒng)不僅具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，還可以節(jié)省能源消耗，有利于環(huán)境保護(hù)。

[1]李劍.基于PLC與變頻器的風(fēng)機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)應(yīng)用探討[J].制造業(yè)自動化,2011(23).

[2]白晉萍.變頻技術(shù)在焦化廠恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2007,(06).

[3]龍章春.PLC與變頻器在自動恒壓供水教學(xué)設(shè)備中的應(yīng)用[J].科技信息,2007(03).

[4]山西,楊德印.變頻器實(shí)用技術(shù)問答(六)[N].電子報,2008.

[5]羅鋒華,房馳,程豪.PLC與變頻器在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)床電器,2011(4).

[6]鄧志君,梁松峰.基于RS485接口Modbus協(xié)議的PLC與多機(jī)通訊[J].微計算機(jī)信息,2010(08) .