中央空调自动控制改造.docx

中央空调自动控制改造目录:题目内容摘要 关键词 前言一. 中央空调系统概述二. 中央空调水系统的节能分析 1.变水量系统的基本原理 2.水泵变 频调速节能原理三. 改造控制要求四. 改造措施五. 节能改造控制系统的功能结构图六. 节能改造控制系统的设计1 设计方案⑴：冷冻 /冷却泵主回路及控制线路设计与控制方法 ⑵：机组阀门控制线路设计⑶：冷却塔风机控制线路设计⑷：新风机控制线路设计⑸：主机起 /停控制2. 控制系统的 I/O 分配及系统接线3. 触摸屏画面制作及参数设定4. 变频器参数设定 5.编制程序⑴：冷冻 /冷却水进出水温度检测及温差计算⑵：冷冻 /冷却 D/A 转换程序⑶：冷冻 /冷却泵手动调速程序⑷：冷冻 /冷却泵自动调速程序⑸：1 号机组一键启动 /停止程序⑹：2 号机组一键启动 /停止程序⑺：手动控制程序⑻：冷却塔风机温度控制程序⑼：时间调整程序内容摘要 : 对图书馆原中央空调水系统进行改造，由原来传统的控制方式改 为 PLC+ 变频器控制，对原水系统进行变流量改造， 采用温度控制， 使其送回水温差保持不变，而使冷水流量根据所需负荷成线性变 化以提高制冷机的运行效率，降低水系统的能耗，在满足供冷 需求的情况下，最大限度的节省能量，以达到降低开支，节能环 保的效果。

同时，对原系统的开关机模式进行改造，以采用触摸屏人机界面 和 PLC 程序运行控制，减少工作量，降低人为操作失误率，解决 人为关机带来的不必要能量损耗，提升服务质量关键词：PLC ，触摸屏，温度传感器， 变频控制，变水量， 前言：随着经济实力的不断发展，和人们生活水平的不断提高，以及现 代建筑的实际需求，中央空调已经完全走进了都市人的生活它 以大的覆盖率和良好的效果受到欢迎，很大程度的提高了人们的 工作和休闲环境但它同样也以大的耗能受到关注主机可随负 载的变化加载和卸载，但与之相配套的冷却水泵和冷冻水泵却始 终在高负荷状态下运行，没有随负荷的变化相应调节，而冷水系 统占据了整个空调系统 28%的耗能，如何将这些电能节约下来？ 同时，原来的操作比较烦琐，启动和停止的程序较多能否将操 作简单化呢？结合工作中中央空调的运行情况， 进行一系列对系统操作和节约 电能有利的改造，愿能在减少空调操作人员工作量，增加系统操 作的可靠性上有所进步， 在节约电能方面， 尽自己的一点点力量 一﹑中央空调系统概述： 中央空调系统主要由冷冻机组﹑冷却水塔﹑风机盘管及循环水系 统（包括冷却水和冷冻水系统）﹑新风机等组成。

在冷冻水循环 系统中，冷冻水在冷冻机组中进行热交换，在冷冻泵的作用下， 将温度降低了的冷冻水（出水）加压后送入末端设备，是房间的 温度下降，然后流回冷冻机组（回水） ，如此反复循环在冷却水 循环系统中，冷却水吸收冷冻机组释放的热量，在冷却泵的作用 下，将温度升高了的冷却水（出水）压入冷却塔，在冷却塔中与 大气进行热交换，然后温度降低了的冷却水又流进冷冻机组（回 水），如此不断循环系统的（开机）操作按① 开启管道阀门② 启动冷冻 / 冷却水泵③ 开冷却塔风机④ 开新风机⑤ 开主机关机程序相反，操作较烦琐 图书馆中央空调为一次泵系统，冷 冻泵和冷却泵电机全年恒速运行，冷冻水和冷却水进出水温差较 小，夏季气温高时温差在 2.5℃，冬季约为 1.8℃ 冷水机组 :开 利水冷冷水机组两台 （一备一用 ）,单机制冷量为 440USRT,电动机功 率为 330KW 冷冻水泵 :冷冻水泵两台 （一备一用 ）, 电动机功率 55KW, 启动方 式:Y-△冷却水泵 :冷却水泵两台 （ 一备一用 ）, 电动机功率 75KW 启动方 式:Y-△冷却风机 :两台,每台 5.5KW，额定电流 13A，直接启动 新风机 :七 台 该系统的负载能力是按气温最高，负载最大的条件来设计，系统 设计足够大，至使系统大部分时间在负荷以下运行，最大负荷出 现的时间非常少。

原空调水系统除了存在很大的能量损耗 ,同时还 带来以下问题 : 1:水流量过大使循环水系统的温差降低 ,恶化了主机的工作条件 ,使 主机热交换率下降 ,造成电能损失2:水泵采用 Y-△启动 ,电机启动电流大 ,对供电系统带来一定冲击 3:由于水泵流量过大 ,通常通过调整管道上的阀门开启度来控制冷 冻水和冷却水的水流量 ,因此阀门上存在能量损失 4:传统水泵不能实现软启软停 ,在水泵启动和停止时会出现水锤现 象,对管网造成较大冲击 ,容易对机器零件 ,轴承,阀门 ,管道造成破坏 , 增加维修费用和时间5:图书馆并不是 24 小时营运 ,人工控制基本上不能做到按时停机 , 常常让系统白白运行几十分钟甚至更久 ,造成不必要的人为浪费 由于 :水系统运行效率底 ,能量损耗大 ,存在很多弊端 ,并且属于长期 运行因此有必要进行节能改造 为使循环水量与负荷变换相适应 ,采用成熟的变频调速技术对循环 系统进行改造，是降低水循环系统能耗的较好解决方案 一方面能控制冷冻（却）水泵的转速，即改变冷冻（却）水的流 量，来跟踪冷冻（却）水的需求量，随着负载的变化调节水流量， 从而节约能源另一方面，变频器是软启动方式，电机在启动是及运转过程中均 无冲击电流，可有效延长电机﹑接触器及机器零件﹑轴承﹑阀门 ﹑管道的使用寿命。

二﹑中央空调水系统的节能分析 : 目前很多建筑中央空调水系统为定流量系统，水系统的能耗一般 占空调系统总能耗的 28%左右现行定水量系统都是按设计工况 进行设计，它以最不利工况为设计标准，空调负荷大都采用估算 法，因此冷水机组和水泵容量往往过大可空调系统最大负荷出 现的时间很少，绝大部分时间在部分负荷下运行 主机能在一定 范围内根据负载的变化加载和卸载， 但冷却水泵和冷冻水泵却仍 在高负荷状态下运行，由于采用传统的控制方式，不能实现空调 冷媒流量跟随末端负荷的变化而动态调节在部分负荷运行时不 仅浪费水泵的能量，制冷机的效率也大大降低而由于变水量系 统中的水泵能够按实际所需的流量和压力运行，成为一种有效的 节能手段所以，要降低空调系统的运行能耗，对现有中央空调 水系统进行节能改造是十分有必要⒈变水量系统的基本原理： 根据热力学第一定律ｑ＝ＱＣ△ｔ可见在冷水系统中，可以根 据实际冷负荷的大小调整冷水流量或冷水系统的送回水温差 在冷水系统盘管或负荷末端进行冷水系统设计时，ｑ﹑Ｃ﹑△ｔ 已经确定，ｑ为系统设计工况下的冷负荷，△ｔ为按规范确定的 温差，C 为水的比热，也是固定的，因此流量 Q 也被确定，系统 按这些值设计选择设备。

当系统设计完成并投入运行后，ｑ与室 外的气象条件和室内散热量等诸多因素有关当系统冷负荷ｑ变 化时，为保证ｑ＝ＱＣ△ｔ的平衡，系统必须相应改变冷水流量 Q 或温差△ｔ的大小当某一时刻冷负荷小于设计值，并且送水 温度不变，如果改变△ｔ而保持 Q，则形成定流量系统如保持 △ｔ而改变 Q 则形成变水量系统理想的变水量系统，其送回水 温差保持不变而使冷水流量与负荷成线性关系这需要使用变速 水泵⒉水泵变频调速节能原理： 中央空调的水系统是完成外部热交换的两个循环系统以前水流 量的控制是通过阀门来调节，许多电能浪费在阀门上如果换成 交流调速系统，把浪费在阀门上的能量节省下来，每台水泵的节 能效果就很可观对于设计冷负荷大于实际冷负荷的常用冷水机 组，节能效果就很可观故采用交流变频技术控制水泵的运行， 特别是控制常时间运行且冷负荷小于设计负荷的水系统节能改造 的有效途径图 1 为阀门调节和变频调速控制两种状态的扬程 --- 流量的关系图，① ：泵在转速 n1下的扬程 -流量特性② ：泵在转速 n2下的扬程 -流量特性③ ：阀门关小时的管阻特性曲线④ ：阀门正常时的管阻特性A 点效率最高，输出流量 Q=100%，轴功率 P1 与面积 AH1OQ1 成正比 当流量需从 Q1减小到 Q2时，如果采用调节阀门的方法， 使管阻特性从曲线④变到曲线③，轴功率 P３与面积 BH3OQ2 成 正比。

如果阀门开度不变， 降低转速， 泵转速从 n1 降到 n2，在满足同关 阀门同样的流量下， 扬程 H2 大幅度降低， 此时比较轴功率， 节省 的功率损耗△ P 与面积 BH3H2C 成正比对于变频调速来说，转速基本上与电源频率成正比，而对于水泵 来说，根据离心水泵相似定律，可知 :水泵流量与频率成正比， 水泵扬程与频率的平方成正比 ,水泵 消耗的功率与频率的三次方成正比如水泵转速下降到额定转速 的 60%,即 f=30HZ 时 ,其电机轴功率下降了 78.4%,即节电率为 78.4%因此，用变频调速的方法来改变水泵流量是可行的 三﹑改造控制要求 :1. 使循环水量与负荷变化相适应， 能根据温差来控制泵的转速， 从 而调节泵的水流量，控制热交换的速度温差大 ,提高泵的转速， 增加水流量 ,加快热交换的速度温差小，降低泵的转速，减缓水 的循环速减缓热交换的速度以节约电能2. 改变原先传统的开关机方式， 使用人机界面以能更方便的对系统 进行控制和监控 ,并简化操作步骤3. 能自动控制系统的按时关机，并将办公区域和公共区域分开控 制，以提高服务质量，和减少人为不必要的能源浪费4 系统能够实现手动和自动的切换，以适应不同的控制需求。

5.将一备一用的两套并行系统分成两套单独系统以适应自动控制 （手动控制时可任意选择运行对象） 四﹑改造措施 :结合大楼原中央空调水系统的实际情况，确定大楼空调系统改造 措施如下：1. 由于冷却水泵和冷冻水泵功率分别占主机功率的 23﹪和 17﹪， 故对冷却水系统和冷冻水系统动都进行变流量改造，在保证机组 安全可靠运行的基础上，取得最大化的节能效果2. 冷冻水系统的控制采用定温差控制方法， 且施工较容易， 将冷冻 水送回水温差控制在 4.5-5℃．PLC 通过温度传感器及温度模块将冷冻水的出水温度和回水温度 读入内存，根据进水和出水的温差值来控制变频器的转速，从而 调节冷冻水的流量，控制热交换的速度温差大说明室内温度高， 应提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度以增加流量，加快 热交换的速度，反之温差小，则说明室内温度底，可降低冷冻泵 的转速，减缓冷冻水的循环速度以降低流量，减缓热交换的速度， 达到节能的目的3. 冷却水系统的控制结合以前系统运行情况，回水温度一般在 29.5℃出水温度一般在 32.5℃，还稍小于主机要求的进水 32℃， 所以也采用定温差控制方法将温度控制在 4.5-5℃，控制过程与 冷冻水相似。

4. 由于冷却塔风机的功率较小，故不考虑对风机进行变频调速，5. 两台冷冻水泵 M1 ﹒M2 和两台冷却水泵 M3﹒M4 采用变频节能 改造正常情况下，系统运行在变频节能状态，其上限运行频率 为 49.5HZ 下限运行频率在 30HZ 当节能系统出现故障时，可以 使用原水泵的控制回路使电动机投入工频运行，6. 水泵启动时，以 50HZ 频率启动水泵， 30Ｓ后转入温差自动控制， 根据资料显示水泵在频率 20－25HZ 会出现震荡现象，变频器应避 免在此段运行7. 水泵运行频率能实现手动和自动切换， 自动时系统根据相应的温 差来控制，手动时能通过触摸屏使运行频率在 30-50HZ 范围内调8. 可使主机的停止，新风机的起停根据实际需求按设定的时间自动 控制 9.可实现对整个系统的一键启动和停止 五﹑节能改造控制系统的功能结构图 : 为了直观方便地使用，需要给予人机界面，故采用触摸屏＋ PLC+ 变频器的控制系统结构控制系统的功能结构图及主设备连接图 见图 2六﹑节能改造控制系统的设计：⒈设计方案⑴．冷冻泵。