詹慶祥

（廣州大學(xué)城能源發(fā)展有限公司，廣東 廣州510000）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，中央空調(diào)系統(tǒng)也得到了廣泛應(yīng)用。但中央空調(diào)系統(tǒng)的運行能耗也是十分驚人的，空調(diào)能耗約占建筑總能耗的30%～40%，并且存在能源浪費嚴(yán)重的現(xiàn)象，降低空調(diào)能耗刻不容緩。

1 系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

1.1 水系統(tǒng)設(shè)計流程

中央空調(diào)系統(tǒng)主要由冷卻塔、制冷機以及風(fēng)機盤管、冷凍水循環(huán)、冷卻水循環(huán)等系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)還包括了1臺冷水箱、2個冷卻塔、3臺1次冷凍泵、2臺2次冷凍泵、2臺熱水泵、2臺制冷機、3臺冷卻水泵、2臺空調(diào)機組、1套電子除垢儀、1個定壓膨脹水灌，以及少數(shù)自動排氣閥、電動閥、板式換熱器、電磁閥和空調(diào)末端裝置。

中央空調(diào)系統(tǒng)中的制冷劑，通過制冷機利用壓縮機將其壓縮為液態(tài)后，傳送至蒸發(fā)器內(nèi)，使其冷凍水實行熱交換，從而致冷冷凍水，而后冷凍水通過冷凍泵到達各個風(fēng)機風(fēng)口的冷卻盤管當(dāng)中，當(dāng)風(fēng)機開啟時，即可將其吹送出去，從而實現(xiàn)降溫。當(dāng)制冷劑蒸發(fā)之后，其通過冷凝器產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，之后再由冷卻泵將冷卻水送至冷卻塔，冷卻水在與大氣開始熱交換前，先經(jīng)水塔風(fēng)機的噴淋以達到降溫目的，而后再與大氣接觸，將熱量散發(fā)出去。

1.2 系統(tǒng)在維護和使用中的主要問題

（1）運行成本高。當(dāng)冷水箱溫度較高時，制冷主機將需要更長的工作時間才可發(fā)揮作用，而制冷主機的工作時間越長，其所耗費的電力也就越多，進而提高系統(tǒng)的運行成本。其原因主要為系統(tǒng)冷水箱通常被安置于空調(diào)機組室內(nèi)，而在氣候炎熱時，室內(nèi)溫度可達到30℃以上，溫度較高，繼而對冷水箱的溫度造成影響。（2）系統(tǒng)開放性低。在未對舊系統(tǒng)進行升級改進前，其控制器為2臺SIEMENSMEC單片機，不但不能滿足信息化應(yīng)用的需求，對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行收集、記錄、共享等操作，而且其通信性能極差，無法與自動化系統(tǒng)進行遠程通信，某些數(shù)值的收集以及參數(shù)的設(shè)置工作必須到現(xiàn)場進行手工操作才可完成。（3）維護成本高。某些系統(tǒng)在使用多年后，其性能已無法充分滿足生產(chǎn)需求，必須通過升級與改進才可繼續(xù)投入使用，然而，系統(tǒng)的升級與改進工作需要應(yīng)用到原有備件，因系統(tǒng)較舊，市場上極難找到其備件，不僅需要消耗較長的時間進行采購工作，且價格往往高于新備件。隨著時間的流逝，系統(tǒng)的維護成本將越來越高。

2 系統(tǒng)節(jié)能改造

由于該中央空調(diào)系統(tǒng)為舊有系統(tǒng)，無法進行過大的改動工作，據(jù)此，在保證正常供給的基礎(chǔ)上，對該系統(tǒng)作出下列改進。

2.1 控制系統(tǒng)升級改造

就系統(tǒng)中存在的缺陷，以SIEMENS PLC控制替代系統(tǒng)原本的SIEMENSMEC單片機，同時，為使中央空調(diào)系統(tǒng)能夠進行自動化集中控制，將整個系統(tǒng)與自動化系統(tǒng)連接起來，取消原有的SIEMENSMEC，并在自動化系統(tǒng)當(dāng)中增加2個ET200M作為從站，該從站地址分為15模塊與16模塊。

其中，從站15模塊如下：（1）接口模塊：6ES7153－1AA02－0XB0 1個。（2）模擬量I模塊：6ES7331－7NF00－0AB0 2 個。（3）模擬量 O模塊：6ES7332－5HD01－0AB0 1個。（4）數(shù)字量I模塊：6ES7321－1BH01－0AA0 3 個。 （5） 數(shù)字量O模塊：6ES7322－1BH01－0AA0 1個。從站16模塊如下：（1）接口模塊：6ES7153－1AA02－0XB0 1個。（2）模擬量I模塊：6ES7331－7NF00－0AB0 1個。（3）模擬量O模塊：6ES7332－5HD01－0AB0 1個。（4）數(shù)字量I模塊：6ES7321－1BH01－0AA0 3個。（5）數(shù)字量O模塊：6ES7322－1BH01－0AA0 2個。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。擇Intouch9.0應(yīng)用于上位機監(jiān)控軟件，下位機則由STEP7V5.4編寫梯形圖并應(yīng)用于下位機PLC組態(tài)。上位機監(jiān)控畫面分為2個部分：（1）操作員站，操作人員可根據(jù)預(yù)定的工藝流程，使用操作員界面進行生產(chǎn)任務(wù)；（2）工程師站，對于程序而言，工程師站是其主要部分，不但向程序提供運行以及存儲的服務(wù)，而且通過工程師站可進行更改用戶權(quán)限、管理用戶權(quán)限、設(shè)置工藝參數(shù)及新增用戶等操作。運用原本存在于系統(tǒng)中的CPU414－3DP與S7－400兩個自動化系統(tǒng)，利用PROFIBUS－DP與從站15模塊及從站16模塊實現(xiàn)通信。原系統(tǒng)DP從站總數(shù)14，地址為1至14。上位機通過交換機與CPU414－3DP共同實現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)通信。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

為了使產(chǎn)品的質(zhì)量得到保障，溫度與濕度傳感器應(yīng)盡量選擇精度高的產(chǎn)品，精度以常溫下±1.5%RH為準(zhǔn)。若選擇了精度較差的傳感器，當(dāng)溫度與濕度達到設(shè)定時，可能導(dǎo)致傳感器測出結(jié)果存在較大偏差。由德國ROTRONIC公司生產(chǎn)的控制儀表HYGROLOGNT3-D與溫度和濕度傳感器HYGROCLIP不只節(jié)能效果非常好，遠遠高于其采購成本，且應(yīng)用以太網(wǎng)通信方式，非常適用于該系統(tǒng)。由圖1可看出，ROTRONIC儀表包括Meter1與Meter2，其各個溫度與濕度儀表均擁有獨立的IP地址，并可經(jīng)由以太網(wǎng)與自動化網(wǎng)絡(luò)進行連接。儀表軟件使用ROTRONICHW4-OPC，其利用OPCSERVER實現(xiàn)與上位機軟件INTOUCH的連接。

為控制泵頻率，使用變頻控制作為熱水泵與二次冷凍水泵的控制器，運用恒壓供水原理，使泵頻率可在管道壓力傳感器壓力信號的作用下實現(xiàn)控制。將半封閉螺桿冷凍機組應(yīng)用于冷水機組。冷水機組在制冷當(dāng)中，首先蒸發(fā)器將散布低壓力的工質(zhì)蒸汽，并由壓縮機將其吸入，當(dāng)工質(zhì)蒸汽的壓力在壓縮機內(nèi)提高后即送至冷凝器，工質(zhì)蒸汽在冷凝作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂休^高壓力的液體，在通過節(jié)流閥節(jié)流并轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪毫Φ囊后w之后，再次回到蒸發(fā)器，液體于蒸發(fā)器中經(jīng)過吸熱與蒸發(fā)的過程后變回低壓力蒸汽，如此完成一次制冷循環(huán)。將系統(tǒng)中的除濕機改為熱蒸汽除濕機，同時按照其在除濕工作中對于溫度的要求，對溫度傳感器所測溫度值（PV值）與設(shè)置溫度值（SV值）間的偏差ΔT（ΔT＝SV－PV）實行控制。利用PLC程序進行PID運算，若ΔT＜0，為使實際溫度移向設(shè)置溫度值，應(yīng)減小閥門開度，以達到降低氣流量的目的；若ΔT＞0，則為使實際溫度移向設(shè)置溫度值，應(yīng)增加閥門開度，以達到提升氣流量的目的；若ΔT＝0，則實際溫度與設(shè)置溫度值一致，為保證恒定溫度，此時閥門開度應(yīng)保持原狀。

一般而言，加濕器所產(chǎn)生的蒸汽來源于自來水，通常情況下，加濕桶中盛放自來水，水中插入電極，其利用水可導(dǎo)電的特點，將電極通電，使電流導(dǎo)入水中，進而產(chǎn)生熱量，加熱自來水，當(dāng)水溫升至沸點時即會產(chǎn)生水蒸汽。加濕器運用微機控制器，在其控制下，加濕器具有自動調(diào)整排水與供水功能。將模擬信號控制替代加濕器原本的開關(guān)量控制方式，該控制器具有較好的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，加濕器還可根據(jù)控制信號對蒸汽輸出進行調(diào)節(jié)，進一步省去手工操作，控制信號使用0～10 V信號，加濕量經(jīng)由PLC所輸出0～10 V信號的程度進行控制，若輸出信號為10 V，則加濕量可達到30 kg／h，為最大值。

制冷機組控制分為2個部分：（1）自動控制，其由PLC通過數(shù)字量輸出（DO）信號進行控制，冷水箱出口的溫度直接影響冷水機組的啟動與停止，根據(jù)冷水箱出口溫度，PLC自動進行2臺冷水機組的啟動工作，同時自動進行能級轉(zhuǎn)換，當(dāng)設(shè)置水箱溫度為9℃以上，1＃制冷機啟動，直至溫度達到8℃以下時停止，若設(shè)置水箱溫度為9.5℃以上，則2＃制冷機啟動，直至溫度達到9℃以下時停止，系統(tǒng)溫度設(shè)定通常分為2個模式，即冬季模式與夏季模式，2種模式可應(yīng)需求隨時更改設(shè)定值。（2）手動控制，系統(tǒng)分為4個能級，分別為25%、50%、75%和100%，需至本地控制箱液晶顯示屏進行能級手動控制。通過3個電磁閥開閉組合實現(xiàn)能級控制，以實現(xiàn)能量調(diào)節(jié)，電磁閥工作狀態(tài)如表1所示。

表1 電磁閥工作狀態(tài)表

2.2 冷水箱系統(tǒng)改造

基于水箱溫度易受外界因素影響，進而提高運行成本，因而將其從原本的空調(diào)機組室移至地下室，并增加其容積，提升其蓄水能力。試驗表明，通過轉(zhuǎn)移位置及增加容積可有效將水箱溫度維持在低溫狀態(tài)，即使夏季也可將溫度維持在15℃以下，大大縮短制冷機工作時間，節(jié)能效果較好，運行成本降低。

2.3 除濕系統(tǒng)改造

除濕機通過利用轉(zhuǎn)輪吸收水分，再由系統(tǒng)電加熱將水分蒸發(fā)并排出室外，繼而實現(xiàn)除濕目的。然而利用系統(tǒng)電加熱的方法對電量的消耗極大，占除濕機總體電量的85%左右。為降低耗電量，通過管道，將車間焚燒爐熱氣導(dǎo)入除濕機，充當(dāng)其主要除濕熱源。安設(shè)電動執(zhí)行機構(gòu)、壓力、溫度傳感器于管道上，電動執(zhí)行機構(gòu)在溫度信號控制下更改開度，從而達到調(diào)節(jié)管道溫度的目的。此外，焚燒爐熱氣狀態(tài)還可通過壓力信號得知。在經(jīng)過升級與改進后，除濕機電量消耗大幅降低，且使廢氣得到再次利用，節(jié)能效果顯著。

3 PLC I／O地址分配

在原本的PLC自動化系統(tǒng)當(dāng)中，空調(diào)系統(tǒng)增加2個ET200M從站。其I／O點數(shù)如表2所示。

表2 系統(tǒng)輸入、輸出點數(shù)匯總

4 結(jié)語

總之，通過節(jié)能改造，不僅節(jié)約了能源，還有效改善了空調(diào)系統(tǒng)的運行質(zhì)量，提高了空調(diào)的使用品質(zhì)。實踐證明，中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能潛力是很大的，節(jié)能改造后的效益也是非常明顯的，關(guān)鍵是如何挖掘，本文的一些經(jīng)驗值得推廣借鑒。

［1］揭兵有，劉建平.中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造［J］.銅業(yè)工程，2012（2）

［2］周洪煜，陳孜虎，高鵬飛.中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運行改造的控制策略與方法［J］.計算機測量與控制，2009（10）