中央空调系统构成及原理

.中央空调水系统构成及原理

中央空调循环水系统构成如图2一1所示:

空调水系统主要是由制冷机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等组成的一个系统。该系统的工作原理是制冷剂在制冷机组的蒸发器中汽化吸收冷冻水的热量，从而使载冷剂一冷冻水的温度降低，然后，在蒸发器内被汽化的制冷剂经制冷机组的压缩机时被压缩成高压高温的气体，当高温高压的制冷剂流经冷凝器时被来自冷却塔的冷却水冷却变成低温高压的气体，低温高压的制冷剂通过膨胀阀后重新变成了低温低压的液体，而后再在蒸发器内气化，完成一次循环。通过不断的循环，载冷剂不断地输送冷量到空气处理单元，同时，制冷机组产生的热量不断的被冷却水所带走，在流经冷却塔时散发到空气中，冷却塔上装有风机，对流经冷却塔的水进行降温。中央空调制热时，冷却水系统停止运行，空调机组直接对冷冻水进行加热，目前主要有电加热和燃气燃烧加热。经过加热后的水通过管道流至各个房间，风机把进风口吸进的凉空气通过热管加热在通过出风口排出，此时一吹出的便是热风，达到了制热的目的。同时变冷的水流进机组，再一次被加热，然后采暖泵迫使热水再一次流入房间管道，如此形成循环。

实际中央空调应用中，由于其冷冻水和热水用一套水循环管道，所以在设计水泵时，有些设计只有两种水循环系统，即冷却水循环和冷冻水循环，此时水泵也就只有冷冻水泵和冷却水泵，夏季两种水泵均工作，而到了冬季，关闭冷却水泵，只有冷冻水泵工作。但是由于夏季的制冷量很大，所以冷冻水的流量同时也很大，因此冷冻水泵的功率设计比较大，是按最大制冷量加余量而设计。冬季时，制热量相对较小，不需要很大的制热量，自然需要的热水循环量也就较小，如果还用冷冻水泵就会造成很大的浪费。因此有些中央空调设计时，会单独设计一个热水循环系统，它通过节流阀连接到冷冻水管道上，夏季时，关闭节流阀，使冷冻水使用循环管道，冬季时，关闭冷冻水的节流阀，打开热水节流阀，使热水使用循环管道。这样的话，热水的水泵功率就可以根据制热量加余量来设计，不会造成很大的浪费。考虑到第二种现象在目前的中央空调应用中比较常见，因此本水系统控制系统针对第二种情况设计。对于冷冻/热水系统，其出水温度取决于蒸发器的设定值，回水温度取决于大厦的热负荷。现采用蒸发器的出水管和回水管路上装有检测其温度的变送器，通过冷冻水的温差控制，即可使冷冻水泵的转速相应于热负载的变化而变化。参考目前中央空调机组设计和运行的实际情况，冷冻温差为5一7℃时最为合理。冬季的时候，由于进水温度低，出水温度高，所以温差为负值。对于冷却水系统，由于低温冷却水(冷凝器进水)温度取决于环境温度与冷却塔的工况，只需控制高温冷却水(冷凝器出水)的温度，即可控制温差。’采用在冷

却水出水管安装温度变送器，通过控制冷凝器出水温度，便可使冷却水泵的转速相应于热负载的变化而变化，参考目前中央空调机组设计和运行的实际情况，冷却水出水温度为37℃左右时最为合理。中央空调机组在设计时，对于冷冻和冷却水的流量有一个最小值，即机组在运行时，流量不能小于这个值，这是因为如果流量过小，可能会发生机组冻管，损坏中央空调机组。因此，我们在根据温度和温差对水泵转速进行调节时，必须要保证空调机组正常运行所需要的最小流量。如果我们要检测冷冻水和冷却水的流量，应该安装流量传感器，但是流量传感器一般采用法兰安装，串接在水管上，安装复杂并且价格昂贵。考虑到水的流量和其压力有一定的线性关系，在实

际检测流量中，一般安装压力传感器，通过测量压力值来计算出流量值。压力传感器安装方便，一般为螺纹安装，并且价格适中。控制策略如图2一2所示:

控制计算机根据温度和温差反馈，结合温度和温差设定，并考虑空调机组的最小流量，给出冷冻水泵和冷却水泵电机的最佳控制量，控制其转速，达到最佳节能效果。

.控制系统的整体方案

中央空调水系统控制系统的总体框图如图2一3所示。系统工作过程为:控制计算机通过将SRM控制节点和信号采集节点上传的电机转速、温度、压力以及工频机启停信息与工作人员在控制计算机上设定的控制量相比较，经过优化处理后，得到最佳的控制量，通过以N网络，下传给各个节点，各节点接收到这些指令后，对自身的运行状态和运行参数进行调节，达到最佳的节能效果。

中父空调水系统是一个复杂的大惯性环节，水循环周期长，可以达到20一30分钟。实际应用中，空调中央机组和水泵的现场安装距离很近，一般机组在而水泵集中安装在楼下，机组操作控制室在机组的同一层的附近。现场电力布线复杂，有很多的强电走线。机组运行后，一台水泵发生故障不应该影响到其它水

泵，应立即从水系统中切除。同时我们在增加或者减少对一台水泵的控制时，应该方便快捷，不应该影响到整体水系统和其它水泵。这些实际情况决定了我们在设计现场网络通信时要重点考虑的几个问题:

(1)因为是大惯性环节，所以信息传输速率不需要很快。

(2)因为现场强电走线多，所以现场通信可靠性要高，抗干扰能力要强。

(3)因为安装距离短，所以现场通信的信息传输距离不需要很远。

(4)水泵发生故障不能影响其它水泵，因此现场网络通信控制各电机的节点不能相互影响。

考虑到最终产品成本等因素，并结合上面几个因素，比较表中的几种现场总线方式，最终CAN总线最符合做控制系统的现场通信。CAN总线是B。SCh公司在1986年为解决汽车中众多的测量元件与执行器之间的数据交换而开发的一种现场总线。它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。由于其高性能、高可靠性及其独特的设计，CAN越来越受到人们的重视，其应用范围也不再局限于汽车行业，而向过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械及传感器等领域发展，并被公认为最有前途的现场总线之一。CAN总线局域网采用了工50/051模型的七层结构中的物理层和数据链路层，具有较高的可靠性、实时性和灵活性。同时由于采用的JS011898标准中只定义了物理层和数据链路层，本身并不完整，这样就需要用户在CAN协议的基础上自行开发自己的高层应用协议，这也是CAN网络协议相对于其他现场总线网络协议更为灵活之处。

2.网络拓扑选择

网络拓扑指网络中节点的互连结构行使，主要有星型、总线型、树型、环型、网型几种。在水系统控制系统的网络拓扑选择时，结合控制系统自身特点主要要考虑的因素有:硬件布线容易、工作可靠性高、增加和减少站点方便、数据速率不需要很快和距离不需要很远。结合各种拓扑结构的特点，选用总线型拓扑最为总线型拓扑采用单一信道作为传输介质，所有站点通过相应硬件接口接至这个公共信道上，任何一个站点发送的信息，所有其它站都能收到。信息按组发送，达到各站点后，经地址识别后，符合的站点将信息复制下来。总线拓扑的优点是

所需电缆长度短，布线容易。总线仅仅是一个传输信道，没有任何处理功能，从硬件的角度看，它属于无源器件，工作可靠性高，增加和减少站点都很方便。缺点是系统范围受到限制(由于数据速率和传输距离的相互制约关系)。故障的检测需要在各站点进行，比较困难。