基于PLC与变频技术中央空调系统节能研究.doc

基于PLC与变频技术中央空调系统节能研究 　　摘 要：本文对中央空调系统节能的现状进行了研究，分析了中央空调系统的原理结构和变频节能控制原理。结合PLC与变频技术，采用将温差与进水温度的混合控制方案对中央空调系统进行节能改造，并进行了改造后的节能分析。指出中央空调采用变频调速控制具有较好的实用价值和发展前景。 　　关键词：中央空调；变频技术；PLC；节能 　　中图分类号：TB65 文献标识码：A 　　随着科技的发展以及人民生活水平的提高，中央空调系统已经成为现代建筑物中不可缺少的基础设施之一。但是，中央空调系统也是工厂和商务楼宇中的耗能大户。因此，为使中央空调系统能够节能减排，系统温度稳定，必须对中央空调控制系统实施改造。然而，为了保证高可靠性，中央空调系统中的冷却水循环系统、制冷压缩机组、冷冻（媒）水循环系统、盘管风机系统以及冷却水塔风机系统等的最大容量在设计之初均是按照目标最大的制热、制冷负荷来进行设计的，甚至新风交换量也是按照最大量进行选型，剩余量非常充足。这样就使得传统的中央空调系统一年四季、白天或者黑夜以及用户的实用负荷等无论怎样变化都会工作在最大负荷状态，电机全速运行，能源浪费现象极为严重。随着物价的不断上涨，电费也在上浮，直接导致中央空调系统所需要的运行费用大幅增加，从而使得中央空调系统的运行成本占据了整个目标运行成本中很大的一个比例。据相关部门统计，各类采用中央空调系统机构的总用电量超过65%以上的用电消耗来自于中央空调，而其中，中央空调系统中的水泵的用电量占据了中央空调系统总用电量的15～35%，因此，研究如何节约水泵以及风机的能源消耗问题是实现中央空调节能技术的关键，具有极其重要的经济意义。世界各国都在提倡节能减排，因而，中央空调系统的节能改造便成为了必然。 　　一、中央空调工作原理与结构 　　如图1所示，中央空调系统的组成主要包括三个机组系统，两个设备，三个机组系统指的是冷冻水循环系统、冷却水循环系统以及风机盘管系统，而两个设备主要指的是冷却塔和制冷主机。 　　在中央空调系统中，热量的传???是通过流体物质来完成的，其中，在制冷系统中一般用制冷剂，而冷却水系统和冷冻水系统都是以水作为传输介质。制冷主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，由风机吹送冷风达到降温的目的。经蒸发后的制冷剂在冷凝器中释放出热量，与冷却循环水进行热交换，由冷却水泵将带来热量的冷却水送到冷却水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。 　　二、中央空调的变频节能控制原理 　　流体传输设备水泵是一种平方转矩负载，其转速n与水泵流量Q，水泵扬程H及水泵功率N的关系如下式所示： 　　（1） 　　上式表明，水泵的流量与其转速成正比，水泵的扬程与其转速的平方成正比，水泵的功率与其转速的立方成正比。而水泵的轴功率等于流量与压力的乘积， 故水泵的轴功率与其转速的三次方成正比（即与电源频率的三次方成正比） 　　根据上述原理可知： 改变水泵的转速就可改变水泵的功率。是一种能够显著节约能源的方法。 　　根据异步电动机原理： 　　（2） 　　式中：转速 　　f：频率 　　p：电机磁极对数 　　s：转差率 　　由（2）式可见，调节转速有3种方法，改变频率、改变电机磁极对数、改变转差率。在以上调速方法中，变频调速性能最好，调速范围大，静态稳定性好，运行效率高。因此，通过改变频率使风机、水泵的转速、消耗的功率迅速下降，达到节能目的。 　　三、中央空调系统节能改造方案与设计 　　中央空调系统的运行机制就是热交换的能量转换过程，能量的转换主要通过冷冻水和冷却水循环系统作为传输媒介实现，所以中央空调控制系统的主要工作内容便是控制冷却水和冷冻水循环系统，这两个循环系统是实现节能技术的关键点，也正是本文准备进行节能改造的目标。 　　1 中央空调系统节能改造方案 　　图2即为通过加装变频器实现中央空调系统节能的方案。 　　目前，在冷却水循环系统进行改造的方案最为常见，节电效果也较为显著。由于进水温度是随环境温度不断变化的，因此，把温差设置为恒定值并非上策。通过研究发现，根据进水温度来随时调整温差的大小是可取的。即：当进水温度低时，应主要着眼于节能效果，将温差的目标值可适当的设置高一点；而在进水温度高时，则必须保证冷却效果，这时，可以将温差的目标值设置低一点。 　　基于对节能改造方案的研究，在设计之初，综合考虑中央空调系统的冷却效果和节能效果，最终选择将温差与进水温度的混合控制方案作为本中央空调系统节能实施方案，温差大小的调节则直接与进水温度相关。即：进水温度T132℃时，温差的目标值设为△T=3℃，从而保证了冷