中央空调冷却水循环节能控制系统设计

1、 浙江工业大学 毕业设计（论文） 题 目 中央空调冷却水循环节能控制系统学 校 金华市技师学院 姓 名 陈炜东 指导老师 盛继华 专业班级 07电气自动化技术 中央空调冷却水循环节能控制系统设计（浙江工业大学成教学院07电气自动化专业 陈炜东）指导老师 盛继华 摘要在现代工厂企业、办公大楼、商厦、酒店等环境中，中央空调系统是不可缺少的，因此，中央空调的节能也是有待解决的关键技术问题。中央空调系统除主机的耗能外风机、冷冻、冷却泵进行调节，这就需要有较好的自动控制模块。现在，随着电力电子技术、微电子技术的发展，应用变频调节技术与PLC自动控制系统可以大幅度节约电能和提高系统的自动程度，并使系统具有运行可靠、结构简化、维护维修方便等优点。本文简单阐述了中央空调系统的工作原理，并具提研究冷却水循环控制系统在节能方面的自动控制模块。主要对冷却水进出温差和进水温度进行混合控制，最终使中央空调冷却水循环节能控制系统达到节能的目的。 关键词；PLC自动控制系统；自动控制；设计、 （一）研究的课题与研究课题的意义在实际生活中，大部分建筑的中央空调在一年当中，只有几十天时间处于最大负荷。中央空调负荷，始终

2、处于动态变化之中，如每天早晚，每季交替，每年轮回，环境及人文，实时影响中央空调冷负荷。一般，冷负荷在5%-60%范围内波动，大多数建筑物每年至少70%是处于这种情况。而大多数中央空调，因系数设计多数以最大冷负荷为最大功率驱动。这样，造成实际需要冷负荷与最大功率输出之间的矛盾，实际造成巨大能源浪费，给使用方造成巨额电费支出，增加经营者的成本，降低经营竞争力。 本课题以中央空调冷却水控制系统的工作机理和工作特点为依据，实时跟踪制冷机的排热需求和冷却塔排热能力的动态变化，建立系统节能的复合控制方案。通过采集冷却水温度信息，实现跟踪制冷机排热需求变化的优化节能，最大限度地降低冷却水泵的耗能。 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60%以上。由于设计时，中央空调系统必须按天气最热、复活最大时设计，并且留10-20%设计余量，然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满复活状态下，存在较大的富余，所以节能的潜力就较大，其中，冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应调节，存在很大的浪费。因此空调系统采用变水量控制可以节约大量泵输送能

3、耗，中央空调的节能改造显得尤为重要。水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通调节来完成，因此，不可避免地存在较大载流损失和打流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调最末端达不到合理效果的情况。为了解决这些问题需使水泵随 着负载的变化调节水流量并关闭旁通。再因水泵采用Y-起动方式时，电机的起动电流均为其饿定电流的3-4倍，如一台90KW的电动机其起动电流将达到500A，在如此大的电流冲击下，接触器，电动机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时水锤现象，容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作和备晶、备件费用。综上，为了节约能源和费用，中央空调系统的节能改造是势在必行。中央空调冷却水控制系统属建筑物冷热电联产系统中的一个子系统，该控制方式已经应用于中央空调节能控制装置变频调速智能控制节能工作站中，该装置应用中实现了中央空调控制，经检测：通过各智能控制子系统，在保证向用户提供优质安全的空调服务同时，d45中央空调的转换效率、系统耗能指标进行优化，使系统设备的运行状况获得极大改善。（二）主要任务本设计课题是冷却水循环控制系统。该系统由冷冻机、冷

4、却水泵、冷却水管、冷却塔和冷却塔风机组成。冷却水在通过冷冻主机后，吸收了冷冻主机释放的热量使自身温度升高。冷却泵将升了温德冷却水压入冷却塔进行热交换而降温，降了温德冷却水又流过冷冻机，如此不断循环。设计的主要任务是当中央空调冷却水出水温度高时（可事先设置），加大冷却水流量，当中央空调冷却水出水温度低时，减少冷却水流量，从而达到节能目的，当中央空调冷却水出水温度超过某一限值时（通常为37度左右），整个系统必须保护性跳闸停机。中央空调冷却水系统节能混合控制的要求是:实时跟踪制冷机的排热需求和冷却塔排热能力（即冷却水的进水温度）的动态变化。最大限度地降低冷却水泵的耗能。系统实施节能控制的策略和算法，以其工作过程的热力和动力学机理为基本依据（三）具体设计要求1、三台冷却水泵电动机，5.5KW，380V。1号水泵先单台变频运行，当频率上限信号（相对于进出水设定温差上限值）动作后转为工频运行，并起动2号水泵变频运行；当频率下限信号（相对于进出设定温差下限值）动作后，1号水泵停机，2号泵继续变频运行，当频率上限信号又动作时，2号泵转换为工频运行，起动3号泵作变频运行，不断地如此循环转换。 2、变频工

5、频运行时，为保证安全，应先让变频器约0.3秒后才断开变频接触器，再延迟时0.5秒后闭合工频接触器，再延时0.5秒后投入另一台变频器工作。 3、采用PLC或单片机+变频器的控制结构，或继电器+变频器的结构均可。 4、系统中应具有“手动”及“自动”操作功能，各种保护，确保系统的安全运行，例如，变频与工频接触器应设置电气和机械两种互锁，水泵电动机主电路应接有各种保护装置等。 （四）相关技术的发展状况 空调技术的研究发展很快，开发出了种类繁多的空调产品，下面就对几类主流的先进空调进行介绍。 1、变频空调变频空调器是通过内装的变频率，从而控制空调压缩机的转速。使压缩机转速连续变化，实现压缩机能量的无级调节。与一般空调相比，变频空调有着高性能运转、舒适静音、节能环保、能耗低的显著特点，改善了人们的生活质量，提高了人们的生活水平。随着世界科学技术的发展，尤其是网络与数字技术的飞速发展，变频空调技术将密切跟踪世界最新技术，开发出最新的变频空调技术。2、燃气空调以燃气为能源的空调设备简称燃气空调。燃气空调发展前景非常广阔。燃气空调的优势被全球能源专家和空调专家一致认同。许多国家已经或准备实施一系列燃气空

6、调推广措施。3、太阳能空调70年代后期。世界各国对太阳能利用的研究蓬勃发展。太阳能空调技术也随之出现，随着太阳能制冷空调关键技术的成熟，特别在太阳能集热器和制冷机方面取得了迅猛发展，太阳能空调也得到了快速发展。（五）空调的发展过程和现状1、世界空调的发展可分为四个阶段。首先是后风扇时代。典型特征是，功能仅限制于制冷制热，技术含量低；接下来是纯空调时代。这个时代的最显著标志是空调成为真正意义的空气调节器，随着各国政府对空调的能耗标准提出要求。空调进入了超空调时代，其显著特点是空调不仅仅是空调，还能满足节能环保的要求，在以网络信息代表的21世纪。作为家电产品的空调器也必将随之步入网络信息时代。（中央空调国内外发展状况）1、我国中央空调业的3种发展趋势回眸2004制冷年度，我国中央空调业至少有3种发展趋势让人津津乐道。趋势一：中央空调接过传统空调的“接力棒”，其行业前景令市场垂涎；趋势二：在土洋比拼中，本土品牌频频占领市场的制高点，咄咄之势实属空前；趋势三：经过市场的残酷洗礼后，中央空调业重新洗牌，竞争优势重新回归到品牌和技术，市场份额越来越集中到少数企业手中，中央空调“大鳄“腾空而出。2、中央空调的品牌竞争前几年还是约克、大金、开利等国外品牌占领国内商用市场，近几年已风生水起，海尔、美的、格力、松下、LG等企业纷纷进入这一领域，以争取更多主动权。

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