中央空调冷却水循环节能控制系统设计1

浙江工业大学

毕业设计（论文）

题目中央空调冷却水循环节能控制系统学校金华市技师学院

姓名陈炜东

指导老师盛继华

专业班级07电气自动化技术

中央空调冷却水循环节能控制系统设计

（浙江工业大学成教学院07电气自动化专业陈炜东）

指导老师盛继华

摘要

在现代工厂企业、办公大楼、商厦、酒店等环境中，中央空调系统是不可缺少的，因此，中央空调的节能也是有待解决的关键技术问题。中央空调系统除主机的耗能外风机、冷冻、冷却泵进行调节，这就需要有较好的自动控制模块。现在，随着电力电子技术、微电子技术的发展，应用变频调节技术与PLC自动控制系统可以大幅度节约电能和提高系统的自动程度，并使系统具有运行可靠、结构简化、维护维修方便等优点。

本文简单阐述了中央空调系统的工作原理，并具提研究冷却水循环控制系统在节能方面的自动控制模块。主要对冷却水进出温差和进水温度进行混合控制，最终使中央空调冷却水循环节能控制系统达到节能的目的。

关键词；PLC自动控制系统；自动控制；设计、

（一）研究的课题与研究课题的意义

在实际生活中，大部分建筑的中央空调在一年当中，只有几十天时间处于最大负荷。中央空调负荷，始终处于动态变化之中，如每天早晚，每季交替，每年轮回，环境及人文，实时影响中央空调冷负荷。一般，冷负荷在5%-60%范围内波动，大多数建筑物每年至少70%是处于这种情况。而大多数中央空调，因系数设计多数以最大冷负荷为最大功率驱动。这样，造成实际需要冷负荷与最大功率输出之间的矛盾，实际造成巨大能源浪费，给使用方造成巨额电费支出，增加经营者的成本，降低经营竞争力。

本课题以中央空调冷却水控制系统的工作机理和工作特点为依据，实时跟踪制冷机的排热需求和冷却塔排热能力的动态变化，建立系统节能的复合控制方案。通过采集冷却水温度信息，实现跟踪制冷机排热需求变化的优化节能，最大限度地降低冷却水泵的耗能。

作为建筑内部重点耗能设备，中央空调系统的耗电一般要占整座建筑电耗的60%以上。由于设计时，中央空调系统必须按天气最热、复活最大时设计，并且留10-20%设计余量，然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满复活状态下，存在较大的富余，所以节能的潜力就较大，其中，冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应调节，存在很大的浪费。因此空调系统采用变水量控制可以节约大量泵输送能耗，中央空调的节能改造显得尤为重要。

水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通调节来完成，因此，不可避免地存在较大载流损失和打流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调最末端达不到合理效果的情况。为了解决这些问题需使水泵随着负载的变化调节水流量并关闭旁通。再因水

泵采用Y-△起动方式时，电机的起动电流均为其饿定电流的3-4倍，如一台90KW的电动机其起动电流将达到500A，在如此大的电流冲击下，接触器，电动机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时水锤现象，容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作和备晶、备件费用。综上，为了节约能源和费用，中央空调系统的节能改造是势在必行。

中央空调冷却水控制系统属建筑物冷热电联产系统中的一个子系统，该控制方式已经应用于中央空调节能控制装置——变频调速智能控制节能工作站中，该装置应用中实现了中央空调控制，经检测：通过各智能控制子系统，在保证向用户提供优质安全的空调服务同时，d45中央空调的转换效率、系统耗能指标进行优化，使系统设备的运行状况获得极大改善。（二）主要任务

本设计课题是冷却水循环控制系统。该系统由冷冻机、冷却水泵、冷却水管、冷却塔和冷却塔风机组成。冷却水在通过冷冻主机后，吸收了冷冻主机释放的热量使自身温度升高。冷却泵将升了温德冷却水压入冷却塔进行热交换而降温，降了温德冷却水又流过冷冻机，如此不断循环。

设计的主要任务是当中央空调冷却水出水温度高时（可事先设置），加大冷却水流量，当中央空调冷却水出水温度低时，减少冷却水流量，从而达到节能目的，当中央空调冷却水出水温度超过某一限值时（通常为37度左右），整个系统必须保护性跳闸停机。

中央空调冷却水系统节能混合控制的要求是:实时跟踪制冷机的排热需求和冷却塔排热能力（即冷却水的进水温度）的动态变化。最大限度地降低冷却水泵的耗能。系统实施节能控制的策略和算法，以其工作过程的热力和动力学机理为基本依据

（三）具体设计要求

1、三台冷却水泵电动机，5.5KW，380V。1号水泵先单台变频运行，当频率上限信号（相对于进出水设定温差上限值）动作后转为工频运行，并起动2号水泵变频运行；当频率下限信号（相对于进出设定温差下限值）动作后，1号水泵停机，2号泵继续变频运行，当频率上限信号又动作时，2号泵转换为工频运行，起动3号泵作变频运行，不断地如此循环转换。

2、变频工频运行时，为保证安全，应先让变频器约0.3秒后才断开变频接触器，再延迟时0.5秒后闭合工频接触器，再延时0.5秒后投入另一台变频器工作。

3、采用PLC或单片机+变频器的控制结构，或继电器+变频器的结构均可。

4、系统中应具有“手动”及“自动”操作功能，各种保护，确保系统的安全运行，例如，变频与工频接触器应设置电气和机械两种互锁，水泵电动机主电路应接有各种保护装置等。

（四）相关技术的发展状况

空调技术的研究发展很快，开发出了种类繁多的空调产品，下面就对几类主流的先进空调进行介绍。

1、变频空调

变频空调器是通过内装的变频率，从而控制空调压缩机的转速。使压缩机转速连续变化，实现压缩机能量的无级调节。与一般空调相比，变频空调有着高性能运转、舒适静音、节能环保、能耗低的显著特点，改善了人们的生活质量，提高了人们的生活水平。随着世界科学技术的发展，尤其是网络与数字技术的飞速发展，变频空调技术将密切跟踪世界最新技术，开发出最新的变频空调技术。

2、燃气空调

以燃气为能源的空调设备简称燃气空调。燃气空调发展前景非常广阔。燃气空调的优势被全球能源专家和空调专家一致认同。许多国家已经或准备实施一系列燃气空调推广措施。

3、太阳能空调