制冷空调自动控制

制冷空调自动控制课程设计（冷藏集装箱环境室自动控制设计）前言 (3)第一章环境室概况 (4)第二章环境室控制系统 (5)第三章环境室参数的采集和控制 (14)第四章集装箱气密性能实验 (17)第五章集装箱漏热性能实验 (18)第六章机冷式冷藏箱的制冷性能试验 (20)参考文献 (21)附录1 空调机组控制原理图 (22)附录2 系统布局图 (23)随着国际冷藏运输业的迅速发展，研究冷藏集装箱运行特性，提高制冷装置工作效率和经济性成已为世界范围内广泛重视的课题。

然而，无论是开展这些装备的设计研究，还是进行这些装备的日常维护工作，都离不开对它们实际工作时的性能进行精确而科学的界定，性能指标、测试试验规定的步骤乃至使用的测试设备都是进行这界定所必须解决的课题。

因此，为了提高冷藏集装箱热工测试的性能参数和经济指标，对其环境室的测控系统进行研究是必不可少的。

冷藏集装箱实验系统的设计与工程应用是综合了好几门学科的交叉领域，它涵盖了制冷技术、空调工程、自动控制和计算机软件以及检测与仪表技术，设计一套以冷藏集装箱内、外的温度、湿度、风速、压力、流量等测试参数准确采集为基础，以确保重要参数采用PID闭环高精度控制为手段，以冷藏集装箱气密性能检测、漏热性能检测和制冷性能检测为核心，不仅能满足ISO、ATP和GB对冷藏集装箱热工性能试验的要求，而且还能够模拟集装箱运行时室外环境的温、湿度的自动控制系统。

第一章环境室概况一、冷藏集装箱实验房的环境室要求：1.温度控制范围8℃～38℃±0.2℃；2.湿度控制范围为20％～80％±0.5％／RH；3.环境室由变频和定频两套机组来控制；4.动态模拟海上的温湿度环境的变化。

5.机组可以串联连接，实现海上较大幅度的温度变化；6.采用空调箱内放置电加热器的方式，即使在冬季室外零度以下的环境温度，也可以实现环境室中各种温湿度的模拟。

7.按ISO和ATP试验要求进行冷藏集装箱热工性能参数的测试和性能检测二、环境室热工要求我国国标GB规定的集装箱测试技术和方法与国际标准ISO 标准及ATP协议都对集装箱热工测试的内容、目的、要求及方法做了明确的规定，试验项目工况要求如表1-1所示。

表1-1 热工性能试验项目工况内容标准名称ISO1496-2 ATP GB7392-98气密性试验箱内外温度℃15-25之间选定，波动±3箱内外压差Pa 250±10150±10250±10漏验试验1测温点数目内侧12 14 12外侧12 14 12 2箱壁平均温度℃20～32 20左右20～32 3箱内外最小温差℃>204每两组数据最大时间间隔min 30 15 30 5连续测量稳定工况时间h >8 >12 >8 6同一组测量数据℃内侧<3.0各测点间最大温差外侧<3.0 <2.0 <3.0 7两次箱内平均温度的内侧<1.5 ±0.5 <1.5 最大差值℃外侧<1.5 ±0.5 <1.5 8流过箱外侧点处风速m/s <2 1～2 <29箱内加热功率的最大波动 <3% 性能试验（1） 10制冷机处增加测点点数 5 16 5 11箱外平均温度℃38 30露点25 38 12箱内平均温度℃-18-20 -1813每两组数据间最大时间间隔min 30 14连续测量稳定工况时间h>8 >8 性能实验（2） 附加热负荷Q 式中系数C 0.25 0.35 0.25 （其余与(1)同） 连续测量稳定工况时间h>4 12>4 三、确定箱内外的温度： （一）、平均壁面温度θ 2θθθei +=其中i θ——箱内平均温度，K ，为每个测试记录间隔末了测得的各个温度测值的算术平均值，温度测点布置在距箱内壁面100mm 处，至少布12点；e θ——箱外平均温度，K ，为每个测试记录间隔末了测得的各个温度测值的算术平均值，温度测点布置在距箱外壁面100mm 处，至少布12点；根据环境室的热工要求，取平均壁面温度θ=20℃，又由于箱内外温差不小于20℃，即：i θ-e θ〉20℃，由上述条件确定箱内外温度i θ=30℃，e θ=10℃即箱外处于制冷状态，箱内为制热状态。

第二章 环境室控制系统一、试验系统原理：本冷藏集装箱实验室主要是对20英尺冷藏集装箱进行热工性能试验及环境模拟试验。

系统原理如图2-1所示。

膨胀阀送风冷藏集装箱环境室冷凝器空调机组送风口回风口集装箱集装箱吊顶送风孔板图2-1 系统原理图本系统主要由制冷空调系统和测控系统组成。

空调和制冷系统将空气处理到特定的温湿度送入环境室内，测控系统实现集装箱和环境室内每个测点的数据采集和参数的自动调节。

二、环境室空调系统及其设备 （一）、气流组织形式本空调系统采用全面孔板送风，其特点为在直接控制的区域内，能够形成比较均匀的速度场和温度场，在工业空调中（如环境室、洁净室及某些试验环境室）应用较多。

空气依次经表冷器、加热器、离心风机后，送入静压室，在此处滞止沉积后通过孔板纵向流过冷藏集装箱，经回风口送回空调箱。

这样，气流在进入下部环境室之前，已经在风道、气流转弯处和竖井静压室里混合完全，温湿度特性统一，再加上出风一致，有效地保证了环境室空间温度场的均匀性。

实际试验时的温度梯度一般不超过2℃。

环境室的气流组织形式如图2-2所示。

（a ）后视图 （b ）侧视图图2-2环境室气流组织形式示意图三、空调系统的主要装置1、蒸发器本系统采用直接蒸发式空气冷却器（肋片管），并采用空气强迫对流的形式，即在排风机的作用下使空气流过传热管的表面。

用厚度为0.2~0.6mm 的铜片或铝片做成，片距为2~4mm ，因其不需冷却水，使整个系统结构简单化。

2、空调电加热器[2]电加热器是让电流通过电阻丝发热而加热空气的设备。

它有结构紧凑，加热均匀，热量稳定，控制方便等优点，在恒温精度要求较高的实验室空调系统中常用来做末级加热器。

电加热器一般有两种基本形式，裸线式电加热器由裸露在气流中的电阻丝构成，它的主要优点是热惰性小，加热迅速且结构简单，可自行设计加工。

其缺点在于电阻丝容易烧断，安全性差，所以在设计中必须有可靠的接地装置，并且与送风机联锁运行，才能有效地避免发生安全事故。

另一种是管状电热元件，其优点是加热均匀，热量稳定，使用安全，缺点是热惰性大，结构复杂。

此处选用的环境加热器为管状电热元件，自行设计定制，共计3组，每组加热功率为5KW，总加热功率为15kW，盘管上焊接肋片制成，水平装在风道迎风面上。

3、空调加湿器[2]空气加湿方法按实现途径分有喷水加湿、喷蒸汽加湿、电加湿、超声波加湿、远红外加湿等。

若按空气处理的理论过程又可分为等温加湿和等焓加湿两类。

前者利用外界热源使水变成蒸汽与空气混合，后者则是由水吸收气体本身的热量变成蒸汽而加湿，亦称为绝热加湿。

此处选择等温加湿方式。

采用等温加湿，可控制外界热源的输入功率（电能的方式），从而达到较高精度地稳定湿度的目的，因而在试验室空调系统中使用广泛。

其中又可分为蒸汽喷管、干蒸汽喷管、干蒸汽加湿器、电热式加湿器和电极式加湿器等方式。

在此采用的是电极式蒸汽加湿器。

本加湿器安装于空调箱外侧，其工作的基本原理是：使用电极板埋入加湿桶水面下，导入电压后，藉水中离子移动磨擦产热将水汽化为水蒸汽，加湿量（蒸汽产生量）大小则取决于加湿桶液位的高低或水中离子浓度而定，即电极棒埋入水中的深度或面积，而水蒸汽则经由加湿分布管分布于空调箱或风管中，经空气吸收而达到加湿的目的。

四、制冷系统及其设备1、系统介绍整个制冷系统由两套独立同规格的压缩冷凝机组组成，为室外机风冷冷凝方式，整个制冷系统原理示意图如图2-3所示。

图2-3制冷系统示意图定频系统制冷流程：定频压缩机→截止阀→冷凝器（室外）→截止阀→干燥过滤器→热力膨胀阀→截止阀→蒸发器（室内、蒸发）→截止阀→气液分离器→定频压缩机 变频系统制冷流程：变频压缩机→截止阀→冷凝器（室外）→截止阀→干燥过滤器→电子膨胀阀→截止阀→蒸发器（室内、蒸发）→截止阀→气液分离器→变频压缩机2、制冷系统的主要装置表1性能参数表项目 系统 定频系统变频系统 制冷量 kW 1612-20电源 V/Ph/Hz 380-3-50压缩机形式 全封活塞式涡旋式 输入功率kW 5.1 3.75-7.1 冷冻机油SUNISO 4GS160P制冷剂种类R22充注量 kg 5 3.8 控制方式热力膨胀阀电子膨胀阀蒸发器形式 亲水铝箔、内螺纹铜管冷却方式低噪音离心式管接头截止阀气液分离器低压开关 针阀 高压开关 针阀定频压缩机截止阀P P θθ管接头管接头截止阀截止阀热力膨胀阀干燥过滤器管接头干燥过滤器电子膨胀阀管接头截止阀截止阀管接头θθP P 管接头截止阀机缩压频变低压开关 针阀 高压开关 针阀器离分液气截止阀管接头冷凝器蒸发器风量m3/h7200冷凝器形式光箔、内螺纹铜管冷却方式低噪音轴流式风量m3/h15400保护装置高压、低压、过电流、高频、逆缺相、线圈过热保护等机组重量主机 kg 105 冷凝风机 kg 90 室内机 kg 210注：（1）额定工况：制冷时，室外干球温度35℃、湿球温度24℃，室内干球温度27℃、湿球温度19℃；（2）实际使用过程中，应考虑机组安装后系统管路，风道等损失5%左右的冷量。

3、制冷系统能量调节方式最常见的能量调节方式就是，在压缩机的运转过程中，当温度达到预定温度时要求压缩机停止运转，中断制冷。

反之，当温度回升到某一温度时，又要求压缩机起动，制冷继续进行。

这种调节方法是根据调节对象的负荷变化，将负荷分成几个台阶，在每个台阶上，制冷系统是一个能力不可调的系统，蒸发温度和调节对象温度均随负荷降低而降低，调节对象温度在一个范围内变化。

因此，调节精度视负荷台阶划分情况而变，台阶越多，控制精度越高。

这种调节方式不适合负荷变化频繁的系统。

根据本系统的负荷变化特点，采用变频压缩机实现变频制冷系统的能量的调节。

由于压缩机能力与其转速成正比，当压缩机的转速提高时，系统输气量加大，反之输气量减少，因而可以通过改变压缩机的转速使压缩机的制冷能力与蒸发器相匹配。

特别是近几年变频器的应用，使得压缩机的性能得到极大改善。

这种调节方法不仅使系统变得节能，而且使精度大大提高，并易于实现自动化，适用于能量变化大且频繁的系统。

由于变频调速有对负荷变化的快速跟踪特性，使其与反映速度快的电子膨胀阀相匹配，其优越性能更能得到充分发挥。

同时，考虑定频压缩机制冷系统的运行状况，采用了变速电机来控制通过蒸发器的风量，达到调节制冷量的。

环境模拟室负荷波动大且变化频繁，因此采用变频调速调节方法最为理想。