基于PLC控制的中央空调节能改造

摘要       中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计，而实际上在一年中，满负载下运行最多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在100%负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。       随着变频技术的日益成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，达到节能目的提供了可靠的技术条件。

关键词：PLC 变频器 中央空调 节能改造 温度控制

 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 绪论        中央空调是现代大型建筑物如宾馆、商场、办公楼、居民小区、工厂和其它大型建筑不可缺少的基础设施之一，它能带给人们四季如春，温馨舒适的每一天。中央空调是一种通过集中制冷，然后分别将冷量输送到各空调房间的设备，以调节各个空调房间内温度达到适合人办公或者生活。         作为建筑内部重点耗能设备，中央空调系统的耗电一般要占整座建筑电耗的40%以上。而中央空调机组是以满足使用场所的最大冷热量来进行设计的，而在实际应用中绝大多数用户在使用时，冷热负荷是变化的，一般与最大设计供冷热量存在着很大的差异，系统各部分90%以上运行在非满载额定状态。传统的中央空调水、风系统均采用调节阀门或风门开度的方式来调节水量和风量，这种调节方式的缺点不仅是消耗大量能量，而且调节品质难以达到理想状态而导致空调的舒适度不良。         中央空调变频节能改造投资价值极高，用户用于该产品的全部投资，可在很短的时间内通过减少能耗支出予以回收。投资收益率根据日运行时间不同，在25—40%之间。 应用交流变频技术通过对中央空调的末端空调风机箱、冷却塔风机、冷冻水/冷却水水泵、甚至主机驱动电机转速等进行控制调节，从而使空调各子系统风量、水流量等负荷工况参数按负荷情况得到适时调节，不但能改善系统的调节品质，达到阀门、风门节/回流调节、变极调速等落后调节方式所不能相比的调节性能，改善空调的舒适性；更能达到节约大量电能，降低设备运行噪声，延长设备使用寿命、减轻设备维护工作量及费用的理想运行效果。         通过变频控制调节，中央空调系统的水、风系统耗电水平可降低30%~60%，主机系统可节电10%以上，总体系统节电可达40%左右。用户可在设备投运后几个运行期后，即可从节省的电费支出中收回投资。因此中央空调用户应用变频节能控制系统不仅有着良好的直接经济收益，还能达到节约能源消耗、有利于环境保护的社会效益。

第二章 中央空调系统介绍 �2.1中央空调系统简介 中央空调一般包含以下组成部分：制冷系统、冷冻水循环系统、冷却水循环系统以及风机盘管系统，某些高级中央空调系统还有新风机，通过控制室内CO2含量适量引入室外新风，让在室内活动的人感到舒适。 中央空调系统耗电量很大，一般占整个建筑物耗电量的40%左右，尤其是早期设计的中央空调系统，存在很大的冗余，这也是中央空调的节能之所在。 �2.2中央空调原理图及各结构的作用

图1-1 中央空调结构原理图

 制冷主机：        制冷主机通过压缩机让制冷剂迅速冷冻循环水的温度快速降低（一般经过制冷主机制冷后的水温在7℃左右），这是中央空调冷源提供的地方，通过制冷主机冷冻的冷媒水由冷冻水泵送入空调房间。 冷冻水泵：        制冷主机的制冷剂被降到冷却水的温度后，经过节流阀，温度变的更低，这时用水将冷量带走，这部分水称为冷冻水，冷冻水带走制冷剂的冷量后，再到空调系统末端（如风机盘管，空调机组）与空气换热，温度升高后再回到冷水机组内带走制冷剂冷量，这样构成冷冻水循环系统，在这个系统上的泵称为冷冻水泵。 冷却水泵：        制冷剂在冷水机组里循环，经过压缩机是温度升高，这时用水将温度降下来，这部分水称为冷却水，冷却水通过冷冷却水泵把制冷主机所产生的热量带走，再经过冷却塔把热量释放到空气中，然后回到冷水机组，这样构成一个冷却水循环系统，在这个系统上的泵是冷却水泵。要清楚，空调系统通过三个循环把室内的热量传到室外：冷冻水循环，制冷剂循环，冷却水循环。 冷却塔：        冷却塔是利用水和空气的接触，通过蒸发作用来散去制冷主机所产生的废热的一种设备。通过冷却水泵将温度较高的水送上冷却塔，通过冷却塔喷头，让水自上而下流动，一方面，通过自然空气带走水中热量；另一方面，通过冷却风机带动空气加速运动，通过空气带走热量的同时加快蒸发，让水温降低。温度降低后的冷却水再次循环进入制冷主机，带走制冷主机产生的废热，如此循环。 风机盘管：        风机盘管空调系统是将由风机和盘管组成的机组直接放在房间内，工作时盘管内根据需要流动热水或冷水，风机把室内空气吸进机组，经过过滤后再经盘管冷却或加热后送回室内，如此循环以达到调节室内温度和湿度的目的。

第三章 中央空调系统节能可行性分析 �3.1 中央空调现状        通常在中央空调系统设计中，建筑物的中央空调系统通常按极端环境条件去计算空调负荷，即以其最大冷（热）负荷的1.1~1.5倍去确定空调主机及外围设备的额定容量。然而由于气候条件、环境温度、使用时间、空调房间内人数等因素的变化，实际出现最大冷（热）负荷的时间，每年不超过10h~20h。空调冷冻、冷却水泵设计扬程和流量比实际需要的扬程和流量高出很多，空调风机的设计供风量也比实际需要的风量大