中央空调智能化节能改造设计方案书二○○四年三月目录一、中央空调节能自动控制系统1．1 系统设计背景1．2系统设计目标1．3系统设计依据1．4系统设计原则二、系统设备说明三、系统设计方案四、系统点数表五、系统报价一、中央空调节能自动控制系统1．1系统设计背景在工农业生产和人们的日常生活中，经常需要对一些物理量进行控制，如空调系统的温度、供水系统的水压、通风系统的风量等，这些系统绝大多数是用交流电机驱动的。
以前由于电机的转速无法方便调节，为了达到对上述物理量的控制，人们只好采用一些简单的方法，如用档板调节风量，用阀门来调节流量压力等，致使这些系统不仅达不到很好的调节效果，而且大量的电能被档板和阀门白白浪费。
据统计，我国目前使用的风机、水泵大约有25%的能量是无谓消耗。
因此，国家经贸委于1994年下发了763号文件《关于加强风机、水泵节能改造的意见》，鼓励支持变频节能技术在各行各业推广使用。
应用变频器节电率一般在20%～60%，另外，根据交流电机的特性，要实现连续平滑的速度调节，最佳的方法就是采用变频调速器，变频器是将标准的交流电转成频率、电压可变的交流电，供给电机并能对电机转速进行调节的装置。
采用变频器进行风机、水泵的节能改造，不仅避免了由于采用挡板或阀门造成的电能浪费，而且还会极大提高控制和调节的精度，我们可以真正方便地实现恒温空凋系统和恒压供水系统。
1．2系统设计目标本系统应达到根据大楼实际用冷负荷量自动控制主机启动、自动控制冷冻水泵转速、根据主机负荷量自动控制冷却水泵转速、冷却塔风机转速和启动数量的目的，本系统可根据用户要求自动控制房间温度，自动调节各楼层风机的盘管阀门开度，在满足大楼制冷和通风要求前提下依据科学的计算降低能耗25%-40%。
1．3 系统设计依据《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92《采暖通风与空调调节设计规范》GBJ19-921．4 系统设计原则可靠性采用集散控制系统，即将任务分配给系统中每个现场处理器，避免因单个设备损坏而影响系统整体运行。
扩展性及灵活性系统具有可扩充性，以便将来系统的增加减少和更改。
系统在任何地方加插现场控制器及操作终端而不影响系统运作。
实用性及方便性系统可容纳大厦内空气调节的不同需要，实现对能源的管理和环境的控制，以实用为目标。
开放性系统采用开放性结构，除分站和子站之间的通信采用自己的通信协议外，各个控制器均有智能接口，工作站采用开放式的国际标准通信协议以利于将来与其他系统的集成系统的通用性系统所采用的器材要能应付多种多样、日新月异的设备的控制要求。
现代建筑物为了提高人们工作和生活的水平，安装的设备越来越多，功能越来越复杂，系统要求能实现更多的控制功能，要能提供更多的软硬件接口来容纳各种类型的设备。
系统的易用性系统的使用要求配备经过培训的人员。
系统的人机界面好，操作简单、易懂易学可以减少培训开销，提高系统应用水平。
二，系统设备说明中央工作站：系统中央工作站采用PC计算机作工作站，采用WINDOWS 98/WINDOWS NT操作系统，可以组成局域网。
监控软件可以有多种选择，本系统选用ForceControl 组态软件监控软件采用窗口式图形化的用户界面，方便了用户的学习及使用。
中央工作站可完成如下工作：●用模拟画面动态实时地显示系统的工作情况。
●设定和修改设备的工作程序。
●直接操作设备的启停。
●收集和分析各种数据，并可以图形、表格形式显示。
●管理系统内报警信息，处理操作者信息。
●产生和打印工作报表。
●产生和维护数据库，供建筑物管理系统使用。
前端设备包括：●传感器：用于检测系统温度、压力、流量、压差、液位等状态。
●执行器：用于各种阀门，及阀门驱动。
●电控箱：与电气工程配合，提供被控设备开关状态、故障状态节点。
传感器将检测到的开关量状态和模拟量的大小送至设于现场的分站，分站又根据中央指令或程序运行要求把开关输出量或模拟输出量送往设备的执行机构，完成对设备的监控。
现场控制器：现场控制器内部运行现场控制程序并与中央工作站实时通信，它们负责根据现场反馈的各种数据对前端设备进行控制变频器变频器由现场控制器控制其输出频率，根据系统负载量调节电机速度以达到节能的目的三、系统设计方案系统结构用下图简单示意所有控制器合理分布于楼层中，以尽量少的控制器控制所有设备，控制器间以一根总线串联，并接到计算机终端，在中心控制室进行统一控制，这种分布式控制将控制权下移，不但减少了数据通信量，而且避免了中央控制故障导致全系统崩溃的后果。
下面分述各子系统。
1、冷冻系统控制（包括制冷机组、冷冻水泵）大厦共有三台制冷机组，八台冷冻/冷却泵，三台冷却塔，在本系统中,我们配置水管温度、压力、流量传感器采集数据，实现机组和水泵、水塔的群控。
制冷系统是大型建筑中的重要部分，我们的控制系统可根据时间，节假日每日自动的按顺序起停制冷机、冷冻泵、冷却泵、冷塔风机, 随时监测各制冷机冷冻水、冷却水的进出口温度和压力, 以保护机组长期正常工作。
同时，系统随时监测各制冷机的负荷,在保证负荷的前提下控制机组的启动数量，另外系统将根据各主机运行累计时间调换主机的主备角色，平衡各主机使用时间。
由于该系统制冷机等设备较多，其控制过程相对要复杂一些，本着设备运行合理分配，安全可靠，节约投资及节能的原则，我们提供的控制方案如下：首先各制冷机、水泵的运行情况主要有以下几个：1、按时序运行，如每天的开机关机（包括季节）。
2、按用冷负荷的变化自动并节能运行。
3、特殊情况下的运行。
针对制冷系统的控制与管理能做到：1、制冷机、泵等全部设备可根据条件或时序自起停。
2、各运行设备的状态监测及故障报警。
3、根据负荷的变化，使系统处于最佳节能运行状态。
4、累计各机运行时间，自动调整各机的运行时数使其平衡。
5、运行程序可修改以适应运行工况的变化。
A. 基本监控内容如下表监控设备监控内容冷冻机组程序开关控制，运行数量控制冷冻水温度监测冷冻水回水温度监测，冷冻水流状态监测冷冻水泵程序开关控制，运行状态，速度变频控制，故障报警冷冻水压差监控冷冻出回水压差测量，压差控制B. 监控中心设备及程序控制内容螺杆式制冷主机三台，其中两台125冷吨，一台100冷吨，产生的冷冻水由两台冷冻泵泵往各楼层，进入制冷循环，从制冷机出去的是冷水，返回的是带着大楼热量的热水。
如图所示：在本方案中，我们根据冷冻水进/回水温度来调节冷冻机组的运行台数，当某一机组满负荷且冷冻水出回水温度差大于设定温度时, 自动投入其它机组。
而当两台以上机组运行时, 若负荷较小(两台机组运行小于55%)时, 自动跳脱一台机组及相应的冷冻泵、冷却泵, 以保证其它的机组满付荷运行。
此为一种较理想的节能运行模式, 节能效果可达15% 左右, 并可减少机组的磨损, 延长使用寿命。
负荷计算根据Q=C*M*(T1--T2)，T1＝回水总管温度，T2＝供水总管温度，M是回水流量。
此外程序根据大楼的日程安排自动开关冷冻机组，根据大楼的要求自动切换机组的运行时间，累计每台冷冻机组运行时间，使几台制冷机交替做为主机，从而保证机组运行时间平衡，以便于机组的维修保养和机组折旧。
当冷冻机组发生故障时，根据指定顺序，自动切换冷冻机，保证大楼内的空调系统的正常运行。
为保证机组不频繁启动，设定一时间，在该时间内，禁止再启动/停止冷冻机组。
系统密切监测冷冻机组流量，如低于设定值，立即关闭冷冻机组及相关设备空调系统开启/关闭将严格依照以下顺序：开启顺序：1.开冷却塔风机2.开冷却水泵3.开冷冻水泵4.水流开关信号指示5.冷冻机组开启关闭顺序：1.冷冻机组停机2.冷冻水泵关闭3.冷却塔风机关闭4.冷却水泵关闭冷冻水泵变频调速方案是另一个节能的重要手段，我们提出压差为主温度为辅的控制算法，冷冻水流经各楼层风机带走空气中的热量，如图，我们在冷冻水管道安装调节阀控制冷冻水流量，达到控制空气温度的目的，这样就会在管道两端产生压差，以此压力差为反馈信号，进行恒压差控制，调节冷冻泵输出功率保持压差恒定，同时以冷冻回水温度为压差目标值的调节信号，就是说当回水温度教低时，反映负荷较小，这时调低压差目标值，使冷冻水泵转速降低以减小能耗，反之则调高压差目标值，提高水泵转速。
水泵的启动由变频器控制，以达到软启动之目的，软启动是指电机避免突然启动，降低启动高峰电流，软化机械冲击作用。
一台水泵功率不够时当前水泵切换到工频电源，变频器自动软启动另一台水泵，调节其转速，使总输出功率符合压差目标值。
现场的四台水泵中，两台工作两台备用，当工作的冷冻泵发生故障时，自动切换备用泵，保证冷冻水系统的正常工作。
依据中心提供的设备表我们设想在所有空气处理机和新风机的冷冻水管道上安装调节阀，共21个2、冷却系统控制（包括冷却塔、冷却水泵）A. 基本监控内容如下表监控设备监控内容冷却塔程序开关控制，风机变频运行控制运行状态，故障状态监测冷却水泵冷却水供回水温度监测程序开关控制，运行状态，故障状态B. 程序控制内容中心有冷却泵四台，两台主用，两台备用，冷却塔三台，如图所示冷却水系统的作用是为制冷机组散热，保证机组正常工作，冷却水流经机组，把热量带到楼顶的冷却塔，由冷却塔的风扇把水吹冷重新循环，所以当机组出水温度高于指定值时，反映机组过热，必须进行保护性跳闸避免主机损坏。
本方案把冷却水进出水温差作为冷却塔和冷却泵的运行指示，温差大时，说明主机产生热量大，这时应该加快冷却塔风机转速，同时加快冷却泵的转速，而且设备投入运行的数量也在控制之列，首台运行设备达到满负荷时如果温差仍然偏高才投入更多设备。
反之则降低，把主机冷却进水温度作为温差目标值的调节指示，进水温度低时，温差值可调高些，以提高节能效果，否则就调低些以保证主机冷却效果系统自动累计冷却塔的运行时间，交替选择各冷却塔作为主运行设备，保证各台冷却塔运行时间基本相同3、空气处理机组控制（包括新风机组）监控中心由新风机组和空调处理机组调节内部温度，该部分的良好控制是实现大楼内优良工作生活环境的保证。
作为高级的办公场所应为使用者提供舒适的环境，本系统专门为满足用户的这种需要制作了控制方案，同时还可为用户节约能耗，提高设备的使用效率，延长使用寿命。
在系统中，我们使用计算机对各风机盘管的电动阀开度进行控制，达到控制冷冻水流量进而控制出风温度的目的，水流量会直接反馈到机房的压差控制部分，计算机根据此信息调节水泵、主机的运行状况，既满足制冷需要又把能耗降到最低。
a.启停控制在中心控制室控制空气处理机的远程起停，温度监测，计算机自动调节阀门开度，也可改为手动调节。
b.温度控制风管送风温度(AI)安装于送风管的风管温度传感器，测量送风温度，利用调节阀调节流量，根据设定温度与送风温度的比较，调节阀开度(PID调节)，保证区域内的舒适的环境，同时节约能源。
