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中央空调的PLC变频节能控制系统设计

时间:2011-11-16 14:53:47

 

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意义与目的

随着空调应用的日益普及,其能耗在社会总能耗中所占的比例越来越高。减少空调系统的能耗对全社会的节能,促进国民经济的持续发展具有重大意义。

常规中央空调系统的送风量是根据空调房间的最大热、湿负荷确定,且保持不变。空调负荷减少时,通过调节送风温度(调节再热量)来维持室温。这种方法不仅浪费了热量而且浪费制冷机组相当的冷量。在变风量空调系统中,可根据房间温湿度参数的变化,通过变频调速装置调节风机的转速,改变送风量(应大于最小送风量),送风温度保持不变。显然变风量空调系统可充分利用最大送风温差,节约再热量和与之相应的冷量,减少风机的功率消耗,提高空调系统的运行经济性[1]

在夏季室内负荷下降时,先减少送风量,当送风量减至最小送风量时可利用末端再热装置适应室内冷负荷的减少。当再热量不足以补偿室内负荷变化时,系统由夏季工况转至冬季运行工况,系统开始送热风。为节省能量,可先进行定风量变风温的调节方法,当供热负荷继续增加时,再改为变风量调节方法

文献综述:

随着我国各行业不断地发展,能源问题在我国日渐突出,而且近期内无法根本解决,节能工作相当艰巨。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,它虽然能给人们提供一个舒适的环境,但是耗电量也相当大。因此,在人们日益重视环保与节能的今天,中央空调的节能问题这是人们所期待要解决的关键技术问题。

中央空调系统除主机的耗能。冷冻、冷却水泵是第二大耗能设备,由于冷冻泵、冷却泵的配置是按夏季最大流量(在此基础上还要放大余量)来确定的,而实际使用中由于气候情况,客观流量活动内容等各种因素的变化,所需负荷的不断变化(负荷极少达到最大值)。因此为使中央空调系统温度稳定,需要按工况变化对冷冻、冷却泵进行调节,这就需要有较好的自动控制模块。

本文阐述了中央空调系统自动化控制和节能设计的一些基本思路和方法,并介绍了交流电动机变频调速的特点及节能原理,还介绍了三菱主要功能模块及应用,PID算法在变频调速系统中的应用,并对系统的主回路和控制回路的硬件部分进行了详细介绍。本文主要是对空调出口温度进行检测,采用变频器调节中央空调的转速,使其高效运行,达到节能的目的。

整个系统采用模块化设计,CPU主模块是采用CPU,模拟量扩展模块采用EM231,可根据需要灵活配置各模件数量。通过软件设计完成中央空调所需的参数设置和控制要求,系统软件由主程序、初始化程序、模拟量检测程序组成,通过调用子程序来完成系统的数据采集、模拟量检测等功能。

研究现状

现代工厂企业、办公大楼、商厦、酒店等环境,中央空调系统是不可缺少的。中央空调的耗电量是很大的,应用变频调速技术与PLC自动控制系统可以大幅度节约电能和提高系统的自动化程度, 并使系统具有运行可靠、结构简化、维护维修方便等优点。

随着人民生活水平的提高,对空调的需求越来越大,中央空调以其高精度的恒温控制,大面积集中调节,为人们提供宜人的生产和生活环境。但中央空调系统耗能很大, 其电能和热能的消耗量占整个建筑能耗量的40%左右,而在我国目前的建筑设计中很少注重节能观念,忽视设备运行费用和能源消耗,造成能源的巨大浪费,如何解决空调系统的节能问题,已成为当务之急。

创新思路

大部份建筑物一年中,只有几十天时间,中央空调处于最大负荷。中央空调冷负荷,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,因系统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,给公司造成巨额电费支出,增加经营者的成本,降低企业竞争力

中央空调系统主要由冷冻主机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统、风机和冷却塔等组成。

(1)            冷冻主机也叫致冷装置,是中央空调的致冷源,通往各个房间的循环水由冷冻主机进行内部热交换,降温为冷冻水。

(2)            冷却水循环系统由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻主机在进行热交换、使水温冷却的同时,必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收,使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔,使之在冷却塔中与大气进行热交换,然后再将降温了的冷却水,送回到冷冻机组。如此不断循环,带走了冷冻主机释放的热量。

(3)            冷冻水循环系统由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻主机流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道,通过各房间的盘管,带走房间内的热量,使房间内的温度下降。同时,房间内的热量被冷冻水吸收,使冷冻水的温度升高。温度升高了的循环水经冷冻主机后又成为冷冻水。

(4)            风机盘管系统。安装于所有需要降温的房间内,用于将由冷冻水盘管冷却了的冷空气吹入房间,加速房间内的热交换。

(5)            风机。用于降低冷却塔中的水温,加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。

(6)            冷却塔。冷冻主机在致冷过程中,必然会释放热量,使机组发热。冷却水塔用于为冷冻主机提供冷却水。冷却水在盘旋流过冷冻主机后,将带走冷冻主机所产生的热量,使冷冻主机降温。

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