基于PLC与变频技术的中央空调系统节能研究
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刘腊梅 。
（ １ ． 江南大学物联 网工程 学院，江苏 无锡 ２ １ ４ １ ２ ２ ；２ ． 江 阴市华姿 等专业 学校 ，江苏 无锡 ２ １ ４ ０ ０ １ ）
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 Ｐ Ｌ Ｃ 与变额技 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 ；Ｐ Ｌ Ｃ；节能 中 图分 类号 ：Ｔ Ｂ ６ ５ 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 户豹 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 ６ ５ ％ 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 １ ５ ３ ５ ％， 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 。
高 新 技 术
— Ｎ ２ ０ １ ３ — Ｎ Ｏ ． ０ ９ （ － Ｖ ） ｅ ｗ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ 日匪翟圈圈 ● ■ ■ ■ ■ ■ 圆 ■ ＿ ■ ■ ■ 誓
基于 Ｐ Ｌ Ｃ 与变频 技术 的中央空调 系统节 能研 究
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，
Ｎ２
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 ：
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
甲
冷 却 塔
风机
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 递 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 ｒ ｌ 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 ． 江南大学物联 网工程 学院，江苏 无锡 ２ １ ４ １ ２ ２ ；２ ． 江 阴市华姿 等专业 学校 ，江苏 无锡 ２ １ ４ ０ ０ １ ）
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 Ｐ Ｌ Ｃ 与变额技 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 ；Ｐ Ｌ Ｃ；节能 中 图分 类号 ：Ｔ Ｂ ６ ５ 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 户豹 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 ６ ５ ％ 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 １ ５ ３ ５ ％， 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 。
高 新 技 术
— Ｎ ２ ０ １ ３ — Ｎ Ｏ ． ０ ９ （ － Ｖ ） ｅ ｗ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ 日匪翟圈圈 ● ■ ■ ■ ■ ■ 圆 ■ ＿ ■ ■ ■ 誓
基于 Ｐ Ｌ Ｃ 与变频 技术 的中央空调 系统节 能研 究
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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 ：
一
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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
甲
冷 却 塔
风机
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 递 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 ｒ ｌ 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 ：