中央空调系统中的冷却水系统设计
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中央空调水系统分析摘要本文对某办公楼中央空调水系统进行了分析,结合此办公楼的中央空调水系统的具体设计实践和实际运行日常维护,阐述中央空调水系统比较常见的一些弊病,以及相应的解决办法。
关键词水力不平衡;堵塞;冷凝水;水泵中图分类号:tu831.3+7 文献标识码:a 文章编号:the analysis in central air-conditioning water system yang qianbinabstractbased on the analysis of air conditioning water system of an office building in central, central air conditioning water system with the office of the specific design practice and actual operation of daily maintenance, expounds some disadvantages of common central air conditioning water system, and the corresponding solutions. key wordshydraulic imbalance; occlusion; condensate water; water pump0引言在中央空调工程中,不论采用哪种空调方式,除了有输送空气的系统,都设有冷(热)水系统,而且中央空调的水系统对中央空调系统的运行效果至关重要。
在工程实践当中,经常会由于水系统中存在某些问题严重地影响中央空调系统作用的发挥,不但影响到中央空调系统所应提供的舒适性,同时在一定程度上也造成设备投资和能源的浪费。
1 中央空调水系统水力不平衡的问题在此办公大楼中央空调水系统中较为突出问题是水力不平衡。
水力平衡是影响整个中央空调系统效果至关重要的因素。
空调系统冷却塔补水量的计算方法1、空调冷却塔补水量估算空调系统的耗水量中,冷冻水系统耗水量极少,一般忽略不计,主要指冷却塔的耗水量。
通过对建筑物所有房间逐时逐项进行计算而得到的综合最大冷负荷下冷却塔所需补充水量。
计算步骤: 估算空调系统的冷负荷→估算冷却水量→估算冷却塔补水量。
1.1 冷却塔每小时空调补水量冷却塔每小时的补水量,是供给排水专业设计管网系统的依据。
(1) 方案设计时,冷却水量 G ( t / h) 可按下式估算:G = α Q式中: Q ——制冷机制冷量,kW;α——单位制冷量的冷却水量,压缩式制冷机α = 0. 22,溴化锂吸收式制冷机α = 0. 3。
选用冷却塔时,冷却水量应考虑1. 1 ~ 1. 2安全系数。
当ρ= 1000kg / h,则α = 0. 22 m3 / (h·kW)(压缩式制冷机) ,α = 0. 3 m3 / ( h·kW)溴化锂吸收式制冷机) 。
其中还可推导出: 溴化锂吸收式制冷机的冷却水量补水量是压缩式制冷机的 0.3 /0.22 = 1. 36倍。
(2) 冷却塔补水量,包括风吹飘逸损失、蒸发损失、排污损失和泄漏损失。
一般按冷却水量的1% ~ 2% 作为补水量。
推算单位制冷量的冷却塔补水量约为:Lm = (0.01~0.02)× 0.22 =0.0022~0.0044m3/( h·kW) 。
当制冷量的单位为1RT(即USRT,1RT =3517W) 时,冷却水补水量为:Lm = 3. 517×(0.0022~0. 044) = 0.007737~0.01547 m3/(h·RT) 。
由于补水量为冷却水量的1% ~2%,此范围的上限约为下线的一倍,取值不同使补水量结果相差很大。
为了方便估算,因此想在该区域中找出一个更加合理的估算值。
在《工业循环冷却水处理设计规范》中有冷却塔补充水的相关计算公式。
由于冷却水的浓缩比不应小于3,浓缩比大于3,冷却水补水量减少。
试论中央空调制冷实验设备的设计作者:李念军来源:《数字化用户》2013年第16期【摘要】中央空调的制冷实验设备主要包括冷却水系统和风管系统设备。
本文首先介绍了中央空调的概念及制冷原理,然后分别从冷却水系统设计、冷冻水系统设计、冷凝水系统设计和风系统设计这三个方面详细探讨了中央空调制冷实验设备的设计方法。
【关键词】中央空调制冷实验设备一、前言随着科技的不断进步和社会的逐渐发展,中央空调被越来越广泛的应用于大型商场、写字楼、宾馆等高层建筑中。
中央空调的广泛应用产生了大量的能源消耗,建筑能耗大约占据了30%的总能耗,而空调能耗则占了65%的建筑能耗,因而降低空调能耗是实现节能的重要途径。
所以,研究中央空调的性能,进行节能制冷实验设备的设计,以寻找合理的节能运行方式显得愈来愈重要。
二、中央空调概述(一)概念中央空调,是指空气处理设备集中,在中央空调室里处理过的,空气通过风管,送至各房间的空调系统。
适用于面积大房间,集中各房间热湿负荷,比较接近的场所选用,如宾馆、办公楼、船舶、工厂等。
(二)制冷原理用于中央空调中的制冷运转时,低压的制冷剂气体被吸入到压缩机加压的高温高压的制冷剂气体,在室外热交换器的高压制冷剂气体通过冷凝器(冷凝器)的温度变高压液体(循环空气通过室外热交换器相差)的液体的温度,然后通过节流后的低温低压的液体制冷剂在室内热交换器吸入到一个低的温度和压力下的液体的压力节流部件蒸发后的气体进入热低的温度和压力(室内空气通过热交换器的表面被冷却水冷却,房间的温度下降要达到的目的),再次被吸入的低压制冷剂气体由压缩机,反复循环。
三、中央空调制冷实验设备的设计(一)冷却水系统设计1.冷却水循环系统1-冷水机组;2-冷却塔;3-冷却水泵;4-过滤器冷凝器冷却水出口,温度一般可达37℃以上。
通过冷却塔的热水,将被冷却到冷水机组冷凝器的冷却水的温度,根据需要通过冷却水的泵,制冷机回收。
由于冷却水,系统是开放式系统,冷却水和外界污物污染。
中央空调系统原理图中央空调系统主要由制冷机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和冷却塔组成。
各部分的作用及工作原理如下:制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换,将冷冻水制冷,冷冻泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中,由风机吹送达到降温的目的。
经蒸发后的制冷剂在冷凝器中释放出热量成气态,冷却泵将冷却水送到冷却塔上由水塔风机对其进行喷淋冷却,与大气之间进行热交换,将热量散发到大气中去。
中央空调系统部分组成:冷冻水循环系统该部分由冷冻泵、室内风机及冷冻水管道等组成。
从主机蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道(出水),进入室内进行热交换,带走房间内的热量,最后回到主机蒸发器(回水)。
室内风机用于将空气吹过冷冻水管道,降低空气温度,加速室内热交换。
冷却水循环部分该部分由冷却泵、冷却水管道、冷却水塔及冷凝器等组成。
冷冻水循环系统进行室内热交换的同时,必将带走室内大量的热能。
该热能通过主机内的冷媒传递给冷却水,使冷却水温度升高。
冷却泵将升温后的冷却水压入冷却水塔(出水),使之与大气进行热交换,降低温度后再送回主机冷凝器(回水)。
主机主机部分由压缩机、蒸发器、冷凝器及冷媒(制冷剂)等组成,其工作循环过程如下:首先低压气态冷媒被压缩机加压进入冷凝器并逐渐冷凝成高压液体。
在冷凝过程中冷媒会释放出大量热能,这部分热能被冷凝器中的冷却水吸收并送到室外的冷却塔上,最终释放到大气中去。
随后冷凝器中的高压液态冷媒在流经蒸发器前的节流降压装置时,因为压力的突变而气化,形成气液混合物进入蒸发器。
冷媒在蒸发器中不断气化,同时会吸收冷冻水中的热量使其达到较低温度。
最后,蒸发器中气化后的冷媒又变成了低压气体,重新进入了压缩机,如此循环往复。
广州大金空调大金空调广州正邦贸易有限公司。
中央空调水循环原理
中央空调的水循环原理是通过一系列的管道、泵和阀门来实现热量的传递和控制。
具体的水循环过程如下:
1. 冷却水循环:冷却水从中央空调机组中流出,经过冷冻水泵进入冷却塔。
2. 冷却塔:冷却塔是一个用于散热的设备,冷却水在塔内与空气进行热交换,使冷却水的温度降低。
3. 冷却水回流:冷却水从冷却塔排出后,经过冷却水回流泵,再次回到中央空调机组,继续循环使用。
4. 蒸发器:在中央空调机组内,冷却水经过蒸发器与蒸发器内的冷媒进行热交换,将空气中的热量吸收。
5. 冷媒回流:冷媒经过蒸发后变为气态,通过冷凝水泵进入冷凝器。
6. 冷凝器:冷凝器是一个热交换设备,冷媒在冷凝器内与冷却水进行热交换,将热量传递给冷却水。
7. 冷凝水回流:冷凝水从冷凝器排出后,通过冷凝水回流泵回流到中央空调机组,继续循环使用。
通过这样的水循环过程,中央空调系统能够循环利用冷却水,不断地吸收和释放热量,从而实现空调效果。
同时,通过控制冷却水的流量和温度,可以调节室内空气的温度和湿度,以满足不同的舒适需求。
科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI ON2008N O .17SC I ENCE &TEC HN OLO GY I NFO RM ATI O N能源与环境我国能源政策上禁止使用耗能过大的设备,并大力推广节能产品,提高能源的利用效率,为现代建设提供能源方面的保证。
而现实中中央空调使用时的耗能量约占整个供电部门供电量的40%左右。
例如企业建筑面积为8万平方米综合性大型厂房,中央空调系统有3516k W 特灵制冷主机4台,冷冻水泵机组110kW 电机4台,冷却水泵机组160kW 电机4台。
若通过对冷冻水泵机组和冷却水泵机组进行变频技术的改造,预计可节约电费28.3万元,为中央空调的节能,进行有益的探讨。
现将其系统组成、设计方法作一介绍。
1中央空调变频节能的原理及系统组成中央空调若改造成为变频系统,需要硬件(变频器)及相应软件配合,同时对动态过程作出补偿,其中涉及到恒转矩调压、瞬流干扰抑制的综合使用。
采用变频后的系统,通过同步跟踪、调压、调相、调频、抑制瞬流于一体,具有:①恒扭矩的条件下调节电压,限制电流,使电机负载处于最省电的电压和电流运行状态。
②瞬流干扰抑制技术,使得瞬流波动减小,从而减小了造成的损失和干扰。
③由工业P L C 实时跟踪采样,实现功率因数动态补偿。
基于以上几点,使中央空调变频节能有实施的理论依据和控制的可行性。
其主要应考虑的因素有:①设计院设计中央空调时,按天气温度最高的情况下,满足需求量的最大负荷设计,并有10%左右的富余量,而实际使用时常常达不到满负荷运行状态,所以存在较大的余量,其中制冷主机常常可以根据负载变化自动加载,卸载,而水泵的流量却不能随制冷主机负载变化作出相应调节,存在很大浪费。
②系统的流量压力必须靠电动调节阀调节完成,因此不可避免存在较大截流损失,以及低流量小温差的现象。
不但会大量浪费电能,而且还可能造成空调冷暖不均的情形,同时对系统设备的运行带来不利的影响。
空调冷冻水管道设计本次设计制冷机房独立设置,分出的冷冻水管分别送入各新风机组及各末端设备。
8.1空调冷却水系统设计8.1.1设计原则1. 空调管路系统应具备足够的输送能力;2. 合理布置管道,管道的布置要尽可能地选用同程式系统,易于保持环路的水力稳定性;3. 确定系统的管径时,应保证能输送设计流量,并使阻力损失和水流噪声小,以获得经济合理的效果。
同时设计中要杜绝大流量小温差问题;4. 设计中,应进行严格的水力计算,以确保各个环路之间符合水力平衡要求,式空调水系统在实际运行中有良好的水力工况和热力工况;5. 空调管路系统应能满足中央空调部分符合时的调节要求;6. 空调管路系统设计中要尽可能多地采用节能技术措施;7. 管路系统选用的管材、配件要符合有关的规范要求;8.管路系统设计中要注意便于维修管理,操作、调节方便。
8.1.2系统水力计算过程水系统计算步骤如下:1.布置制冷机房,确定冷冻水走向及水路附件。
并画出水系统轴测图。
2.根据推荐流速和流量确定各管路管径,并计算实际流速。
3.计算水管路沿程阻力和局部阻力,最后选择冷水泵。
阻力的计算1.流量计算)-(h g p t t c QW =kg/s (8—1)式中 W ——水流量,kg/s ;Q ——设备所需提供的冷量,kW ; t g ——供水温度,℃; T h ——回水温度,℃;c p ——水定压比热,kJ/(kg ·℃),常温时c =4.1868;kJ/(kg ·℃)。
2.管径的确定实际管径可由下式计算:πυ4Wd =m (8—2) 式中 d ——水管管径,m ;W ——水流量,m 3/s ; υ——水流速,m/s ;一般水系统中管内水流速按表8-1中的推荐值选取。
表8—1管径及相应的流速管径/mm 15 20 25 32 40 50 65 80 100 125闭式系统 0.3-0.5 0.5-0.6 0.6-0.7 0.7-0.9 0.8-1.0 0.9-1.2 1.1-1.4 1.2-1.6 1.3-1.8 1.5-2.0 开式系统0.3-0.4 0.4-0.6 0.5-0.6 0.6-0.8 0.7-0.9 0.8-1.0 0.9-1.2 1.1-1.4 1.2-1.6 1.4-1.8 由式8-2算出实际管径后,可按文献[1]表10-2选取与算出的实际管径相近的标准管径,之后可算出实际流速。
本科生毕业论文( 2012 届)学生姓名张公平院(系)武汉理工大学独立本科段专业机电一体化学号014210110813导师祁小波王生软论文题目 PLC、变频器在中央空调冷却水泵节能循环控制中的应用摘要在传统的中央空调系统中,冷冻水、冷却水循环用电约占系统用电的12%~14%,并且在冷冻主机低负荷运行中,其耗电更为明显,冷冻水、冷却水循环用电约达30%~40%。
因此对冷冻水、冷却水循环系统的能量自动控制是中央空调节能改造的重要组成部分。
本文着重介绍PLC、变频器在冷却水泵节能循环方面的应用。
中央空调采用变频调速技术,使电机在很宽范围内平滑调速,可将所有节流阀去掉,使管道畅通,可免去节流损耗。
通过改变电机转速而改变水的流速,从而改变水的流量,达到制冷机的正常工作要求和平衡热负荷所需冷量要求,从而达到节能的目的,电机的变频调速系统是由PLC控制器进行切换和控制的。
关键词:PLC 变频器冷却水泵节能ABSTRCTIn the traditional central air conditioning system, freezing water, cooling water circulation electricity accounts for about 12% ~ 14% of the ele ctricity system, and in the frozen host low-load running, the power consumption is more apparent, freezing water, cooling water circulation electricity about to reach30% ~ 40%.So to freezing water, cooling water circulation system of energy automatic control is central air conditioning is an important part of the energy saving transformation. This paper introduces the P L C, inverter in cooling water pump energy saving circulation applications. The central air conditioning by inverter technology, make motor in a wide range smooth speed, can remove the entire throttle, make the pipeline flow, can free throttling loss. Through the change the motor speed and change in water velocity to change the flow of water to the normal work of the chiller requirements and heat load balance required cold quantity requirements, so as to achieve the purpose of saving energy. The motor is variable frequency speed regulation system by PLC controller and the control of the switch.Keywords:PLC converter cooling wa t er pump energy saving引言经济的发展和人民生活水平的日益提高,中央空调系统已广泛应用于工业与民用建筑域,如宾馆、酒店、写字楼、商场、厂房等场所,用于保持整栋大厦温度恒定。
中央空调水系统节能设计探讨作者:佚名阅读:1374次上传时间:2006-07-24推荐人:knx123 (已传论文49套)简介:水泵是空调系统的重要的组成部分,其耗电量非常大,占空调系统耗电量15%-30%,这也意味着水泵节电的潜力巨大。
变频技术的应用是水泵节能运行的趋势之一,但某些局限性使其实际应用甚少。
本文探讨在给定管网特性情况下,多台水泵并联设计,其运行中节能的可能性和实用性。
在冷冻机房的设计中,通常是选用多台相同型号的水泵并联运行,其中一台备用,为了达到水泵运行时节能的目的。
提出大小泵匹配的方案。
关键字:中央空调水系统节能空调工程的电能耗量(采用电制冷方案)约占该建筑总耗电量的40%-50%,而空调水泵的耗电量又占空调耗电量的18%左右。
对于空调水泵的设计选配,虽然也有一些节电措施,但从现状看其工程实施和重要程度还远远不够,电能的浪费还十分严重,因此水泵的节电还存在着很大的潜力。
在目前空调水系统设计中,一般是选用多台相同的水泵并联,管网的性能按最大流量设计。
1 给定管路的流量与阻力分析对于给定的管路系统,在流量变化时其阻力与流量的平方成正比,如下式:H1/H2=Q21/Q22 (1)在空调工程设计中,空调水泵扬程H一般按下式选取:H=Ha+Hb+Hc+Hd(2)式中 Ha表示冷水机组的阻力;Hb表示制冷站内分支管路的阻力;Hc表示制冷站内干管和制冷站以外管网的阻力;Hd表示空调末端设备的阻力;在实际工程中我们所接触的水系统多为并联回路,水系统的水力平衡是保证其运行良好的前提,在设计中甚至有部分设计师采用加大流量的办法来抵消水力不平衡的影响。
其实,加大流量并不是一个好办法,它只不过是掩盖了水力不平衡的矛盾,在提高原来流量偏小的环路流量的同时也提高了原本偏大的环路流量,造成电能的浪费,是不可取的。
真正解决水力不平衡的问题还得通过在设计中水力平衡和运行中的调节。
2 水泵节能的设计的探讨采用变频技术对水泵进行无级调速是一种行之有效的节电方法,也是水泵运行节能的发展趋势,但在实际工程工程中,由于价格较高、变速水泵工作点的变化及水泵的效率、水量变化与冷水机组匹配运行等问题,在实际中还运用不多。
中央空调冷却塔循环水量计算中央空调是现代建筑中常见的一种空调系统,它可以为整个建筑提供制冷、供暖、通风等服务。
而中央空调系统中的冷却塔,则是其中一个重要的组成部分。
冷却塔的作用是将热水通过喷淋装置喷淋到填料层上,使水与空气进行充分接触,使水中的热量散发到空气中,从而达到降温的目的。
而冷却塔的循环水量则是决定其冷却效果的一个重要参数。
循环水量指的是冷却塔内循环水的流量,它与冷却塔的冷却能力、填料层的高度、水温、湿球温度等因素都有关系。
因此,正确地计算冷却塔的循环水量对于确保中央空调系统的正常运行和节能减排具有重要意义。
那么,如何计算中央空调冷却塔的循环水量呢?首先,我们需要明确一些基本参数:1. 冷却塔设计流量:即设计时规定的循环水流量,通常以吨/小时为单位。
2. 冷却塔实际流量:即实际运行时的循环水流量,通常以吨/小时为单位。
3. 冷却塔进口水温:即循环水进入冷却塔前的温度,通常以摄氏度为单位。
4. 冷却塔出口水温:即循环水从冷却塔出口流出时的温度,通常以摄氏度为单位。
5. 冷却塔进口湿球温度:即循环水进入冷却塔前的湿球温度,通常以摄氏度为单位。
6. 冷却塔出口湿球温度:即循环水从冷却塔出口流出时的湿球温度,通常以摄氏度为单位。
在明确了这些参数后,我们可以按照以下公式来计算冷却塔的循环水量:Q= G × (T1-T2) ÷ (T3-T4) × (1+0.00024×(T3-T5))其中,Q表示循环水量,单位为吨/小时;G表示冷却塔实际流量,单位为吨/小时;T1表示冷却塔进口水温,单位为摄氏度;T2表示冷却塔出口水温,单位为摄氏度;T3表示冷却塔进口湿球温度,单位为摄氏度;T4表示冷却塔出口湿球温度,单位为摄氏度;T5表示标准大气压下的湿球温度,通常取28℃。
需要注意的是,在实际计算中,还需要考虑到一些修正系数。
比如,在计算过程中需要考虑到填料层高度、风速、空气湿度等因素对循环水量的影响,并进行相应修正。
水系统中央空调工作原理
中央空调系统是一种通过冷却和循环水来调节室温的空调系统。
其工作原理包括以下几个步骤:
1. 循环水供应:中央空调系统通过水泵将冷水和热水循环供应到各个室内设备,如冷却器、加热器等。
2. 冷却水循环:在夏季,中央空调系统使用冷却水来降低室温。
冷却水从冷却塔或冷却器中流过,吸收室内热量后变热,然后通过水泵重新输送到冷却塔或冷却器,以便进一步冷却。
3. 加热水循环:在冬季,中央空调系统使用加热水来提供室内暖气。
加热水从热水锅炉中流过,吸收热量后变热,然后通过水泵输送到换热器或暖气设备,将热能传递给室内空气。
4. 控制系统:中央空调系统通过控制系统监测室内温度,并根据设定的温度范围自动调节冷却水和加热水的供应量,以保持室内温度在合适的范围内。
总的来说,中央空调系统利用冷却水和加热水循环输送热量,通过控制供水量和供应温度来调节室内温度,从而实现空调降温和加热的功能。
中央空调系统常见的冷热源配置( 1 ) 水冷冷水机组+锅炉这种配置,夏季用水冷冷水机组制冷,冬季用锅炉供热。
用水冷冷水机组制冷时消耗电能。
在设计工况的能效比( 制冷量/耗电量) 较高。
水冷冷水机组要有一个冷却水系统,包括冷却塔和水泵等,机组运行时有一定的耗水量,在水源比较充足的地区使用水冷冷水机组比较合适。
国内外均有使用冷却塔造成“军团菌”感染的情况,冷却塔不能置于新风进口和临近窗处,以免成为“军团菌”的感染源。
冬季的供热锅炉有燃煤、燃油、燃气锅炉和电锅炉,其中燃煤锅炉为多。
我国虽然煤的储量较大,但燃煤锅炉运行产生的SO X等有害气体对环境有较为严重的影响,且大量排放的CO2气体对地球会产生“温室效应”。
与燃煤相比,燃油、燃气对环境的影响较小。
但使用燃油锅炉要考虑储油罐安放处的安全问题。
对于天然气丰富的地区可适当使用燃气锅炉。
根据我国目前的电力供应状况,不应提倡使用电锅炉。
( 2 )热泵型机组的使用可以大大降低能耗,其中风冷热泵冷热水机组在中央空调中使用的较多。
这种机组一机两用。
夏季制冷,冬季供热。
夏季制冷时采用风冷冷却制冷系统的冷凝器,省去了水冷机组的水系统,特别适用于缺水地区。
( 3 ) 另一种冷热源为溴化锂吸收式机组,这类机组分为外燃式和直燃式机组,外燃式机组制冷动力为热能,可利用废热或余热。
对于有废余热的地方,使用外燃式漠化锉机组,既利用了废热、余热,又达到了制冷的目的,是非常合适的;对于缺电而无废热或余热的地区可考虑使用直燃式机组。
( 4 )蓄冷空调系统:随着电力供应的紧张,夏季电力供需矛盾突出,空调用电负荷呈现“爆发性”增长,供需矛盾表现为用电总量和高峰用电负荷两个方面,特别是高峰用电的供需矛盾。
蓄冷空调在电网负荷很低的夜间用电低谷期,采用电动制冷机制冷,采用水蓄冷或相变材料蓄冷,在电力负荷较高的白天,把储存的冷量释放出来,以满足建筑物空调或生产工艺的需要。
可见,蓄冷空调能起到“移峰填谷”平衡电网负荷的作用。
中央空调系统中的冷却水系统设计
【摘要】
在经济快速发展的今天,人们也越来越会享受生活,因此在办公楼、商业大厦、以及各
种酒店和工厂等环境中,中央空调系统就变得必不可少了。而中央空调系统除去主机耗能外,
风机、冷冻水泵、冷冻也是主要的耗能设备,所以,为稳定中央空调系统温度,就需要自动
控制模块。随着科技的发展,变频调速技术和PLC控制系统既可以节约电能,又可以提高
系统的自动化程度,具有结构简单、方便操作、维修简单等优点。本文主要研究冷却水在节
能方面的自动控制,通过对冷却水进出水温度和对他们温差的控制,达到使中央空调系统中
的冷却水控制系统具有节能效果的目的。
【关键词】冷却水系统 变频器 PLC控制系统
一、冷却水系统闭环控制
冷却水的水温取决于蒸发器的所设定值,而回水的温度又取决于蒸发器所接收的热量,
中央空调系统中设计的冷冻水的出水温度和回水温度的温差最大为5℃。在蒸发器的回水管
以及出水管上都安装检验温度的变送器,再配合使用变频器和PLC自动控制系统组成一个
闭环控制系统,通过对冷冻水温差的控制,使得冷冻泵机组的转速随着热负荷的变化而变化。
由于变频节能系统采用的是闭环控制,电机需设定好温度,使设备的容量随季节的变化而变
化,并在满足要求的前提下,热负荷通过调节转速来最大限度的减少能耗,并减小对电网的
冲击。
在中央空调系统中,对冷却水系统的改造也是比较普遍的,它行而有效。同样的,冷却
水系统闭合控制也是如此,就是在保证冷却塔里面有冷却水流出来的情况下,通过控制变频
器的频率来调节冷却水的流量。当冷却水的出水温度较低时,减缓了冷却水是流量;当冷却
水的出水温度较高时,加快冷却水的流量。对于冷却水系统控制的闭环回路,具体的控制方
式有:
1、温度控制
回水温度比较低时,冷却泵以下的机组限速运转;而当回水温度较高时,冷却泵的转速
也相应的提高。当回水温度达到设定值时,增加冷却泵的运行台数或者是增加冷却塔内风机
的运行台数。
2、温差控制
在冷却水循环系统中,进水温度和出水温度之间存在着一个温度差,温差大说明冷却塔
内需要交换的热量多,反之温差小,就说明冷却塔内需要交换的热量就少。如果使用传感器,
采集冷却水进出水时的温度,使用温差控制器将温差变成模拟的量反馈给中央处理器,再由
中央处理器来控制变频器的频率。温差相差不大的时候就可以将冷却水的流量适当的减小,
减缓转速,减小能耗;反之,温差较大时,提高变频器的输出频率,加快转速及水流量。这
样系统就可以根据不同时期的不同需要,适当地进行调节,提供合适的水流量,避免能耗的
浪费。
3、进水温度与温差的混合控制
受外界温度的影响,进水的温度也不是恒定不变的,这时,把温差固定在一个值上就
显得不明智了。因为使用变频系统时不仅仅要考虑冷却效果,还要考虑能效问题。具体点也
就是说,温差值如果定低了,水泵的平均转动速度就会上升,这就会影响系统的节能效果,
如果定高了,进水温度较高时又会影响冷却效果。所以,当进水温度较低时,要着重于节能
效果,把温差值定高点;而当进水温度较高时,为保证冷却效果,就要把温差的目标值定低
一点。
二、变频器
1、变频器的原理
变频器是一种输出的频率可以改变的交流电力设备。变频调速技术就是:三相交流工频
电经过大功率电整流后变成直流,再将直流电经过正弦波脉技术变成幅度可变、频率可调的
三相交流电。根据水泵的工作原理,我们可以知道,调节电动机的电源频率就相当于调节电
动机的转速,而调节电动机的转速就可调节电动机的负载转速。根据风机和水泵特性知,调
节水泵的转速既具有调节风流量的作用,又可调节轴功率。再通过在水泵上添加变压器,使
系统工作稳定,又可通过变频节能减少开支。此外,变频器还可以通过调节冷冻水泵的负载,
然后以此为依据来调节水泵电机的转动速度,在中央空调系统能正常工作的条件下,使冷冻
水泵也作出相应的调节,达到节能的目的。而随着水泵电机转速的下降,电机从电网中吸收
的电能也会减小。
2、变频器的应用
一般情况下,在装有中央空调系统的环境中会有一些大型的电子敏感设备,比如说计算
机系统、电信网络系统等。这就会对变频传动设备提出新的特殊要求——电子兼容问题。以
变频器为主要构成的中央控制系统,可以实现湿度、温度、流量等多种参数的集中控制,以
三晶SAJ8000G为例,它在医院、地铁、机场等地得到广泛的应用。此系统集双PID控制、
控制执行和数据传感于一体,使用单位可直接设定反馈值和给定值;内设有RS485通信协
议,并留有选件接口,可以接收Mod-bus协议并实现春夏秋冬四种模式的转换,有着远程
控制、一机多控等功能。另外,变频器由于兼容性好,可以减少对周边仪器的干扰,同时还
可以减少噪音,变频器内设有直流电抗器,可以有效的抑制谐波,提高功率因数。
在中央空调系统中,使用变频器对风量进行控制时,可以节约电能。中央空调系统的设
计是需要按现场最大的冷量需求来设计的,它的冷冻泵和冷却泵也要根据它最大的工况考
虑。在实际的使用过程中,90%的情况下,冷冻泵和冷却泵都是处于非满载的工作状态下,
如果使用自动阀调节,不仅会加大系统的节流损失,而且调节也是阶段性的,会对空调系统
造成一定的波动。而如果在冷冻泵和冷却泵上安装变频器,就可以达到一劳永逸的效果。它
可以实现自动控制,又可以节能减少开支,同时变频器的软启动功能可对系统进行平稳的调
节,逐渐使系统工作趋于稳定,并延长机组的使用寿命。
三、PLC控制系统
1、PLC控制器的优点
PLC是以微处理为核心的控制器,它综合了半导体存储技术、计算机技术和自动控制
技术,与传统的电器控制相比,PLC具有以下优点:(1)通用性好,通过选配相应的模块,
简单接线后,可适应与各种控制系统。(2)可靠性高,没有机械触点,消除了接触不良、电
弧损坏等缺陷,使用寿命长。(3)功能性强,通过编程可以实现任意的控制功能,如顺序控
制、模拟量控制、位置控制和网络通信等功能。(4)体积小,耗电少。(5)定时范围宽且定
时准确。
2、PLC对冷冻泵的变频改造
PLC控制器可以通过温度传感器或者是温度模块将冷冻机里的出水温度和回水温度读
入控制器的内并保存,同时计算出温差;然后根据冷冻机中出水和回水的温差来控制变频器
的转速,通过调节水的流量热交换的速度。如果温差小,说明系统的负荷小,可减缓冷冻泵
的转动速度,再适当的降低冷冻水的循环速度,减少冷冻水的流量,减少热交换的次数以减
少能耗;反之,如果温差大,则说明室内温度较高,系统所需承受负荷就大,需加快冷冻泵
的转动速度,增加冷冻水的循环速度,加大冷冻水的流量,提高热交换的速度。
3、PLC对冷却泵的改造
冷冻机组运行时,冷疑器的热交换过程是由冷却水带到冷却塔进行散热降温,再由冷却
塔到冷疑器,这样不断的进行循环。冷却水的进出水温差小,则说明冷冻机负荷小,冷却水
需要带走的热量也就小,可减缓冷却泵的转速,减少冷却水的循环量,节约能耗;温差大,
则说明冷冻机负荷大,冷却水需要带走的热量也就多,所以就需要加快冷却泵的转速,增大
冷却水的循环量。
结语
此设计使用对进出水温差的控制和进水温度的控制,二者结合,混合控制的方法,应用
变频器和PLC自动控制技术实现中央空调中冷却水的系统设计,达到冷却水循环节能的目
的。此系统的特点是跟踪制冷主机的散热需求与冷却水的进水温度的变化,最大化的减少冷
却泵的能耗。采用变频器同时控制三台电机,进行顺序轮流运转,实现软件启动,并在启动
和运行时无冲击波,延长了电机的使用寿命,采用PLC控制系统,使得系统控制起来功能
齐全、灵活多变。此控制系统相对于以往有着明显的改进,并且能在现实生活中加以推广和
普及。
参考文献
【1】王铁军;空调器变频调能技术[J];安徽工学院学报,1994
【2】于庆广;可编程控制器原理及系统设计;北京:清华大学出版社,2004