中央空调冷却水循环节能控制系统设计毕业设计论文word格式

中央空调冷却水循环节能控制系统设计毕业设计论文word格式内容摘要：

方式 常用的中央空调控制方法 其实，中央空调的能源浪费的症结既不在于其设计余量的大小，也不在于末端负荷的变动性。 为了保障中央空调在夏季和冬季极端气候条件下的空调效果，空调设计容量的冗余是必需的，不可缺少的。 末端使用情况的变化是十分正常的、不可避免的，不变是不现实的。 问题的关键在于中央空调缺乏先进的控制方式，如果中央空调的 冷（热）量供应，能够实现根据末端需要的多少而自动调节，那么，不论空调设计余量如何，也不论空调负荷如何变化，都不会产生能量的浪费。 目前，国内的中央空调系统，由于没有先进的技术手段支持，基本上都采用传统的定流量控制方式，即空调冷冻（温）水流量、冷却水流量和冷却风风量都是恒定的。 也就是说，只要启动空调主机，冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机都在 50Hz 工频状态下运行。 定流量控制方式的特征是系统的循环水量保持定值不变，当负荷变化时，通过改变供水或回水温度来匹配。 定流量供水方式的优点是系统简单，不需要复杂的自控设备。 但这种控制方式存在以下问题： （ 1） 无论末端负荷大小如何变化，空调系统均在设计的额定状态下运行，系统能耗始终处于设计的最大值，能源浪费很大。 （ 2） 舒适性中央空调系统是一个多参量、非线性、时变性的复杂系统，由于末端负荷的频繁波动，必然造成系统循环溶液（载冷剂、冷却剂、制冷剂溶液）的运行参量偏离空调主机的最佳工作状态，导致主机热转换效率（ COP 值）降低，系统长期在低效率状态下运行，也会增加系统的能源消耗。 （ 3） 在工频状态下启停大功率水泵，冲击电流大，不利于电网的安全运行，且水泵等机电设备长期在工频额定 状态下高速运行，机械磨损严重，导致设备故障增加和使用寿命缩短。 广东技术师范学院本科毕业 论文（ 设计 ） 10 通用变频器 PID 控制方法 中央空调系统定流量控制方式的这些缺陷是显而易见的，那么，能不能找到一种更先进的中央空调运行控制方式，以减少其浪费，实现中央空调的高效节能运行呢。 回答是肯定的。 长期以来，人们为了降低空调的运行成本，减少宝贵的能源浪费，中央空调的运行管理工作者、暖通空调的设计工作者和节能科技工作者们，都进行了艰苦不懈的努力。 一些有经验的中央空调系统操作和维护人员，在没有技术手段的情况下，常常采用人工控制的方法来进行节能。 如：空调负 荷减少时，减少投入运行的主机台数和水泵台数，或者使主机间断工作，这可以收到一定节能效果，但这种人工步进式的调节非常粗糙，实时性差，且受设备配置的限制和人的因素影响较大。 近年来，随着大功率电力电子器件的出现，促进了通用变频器的小型化和实用化，为降低中央空调系统的能源浪费，人们开始采用通用变频器来控制空调系统的水泵和风机，通过供、回水压差或温差的采集，对水泵和风机进行 PID（比例、积分、微分）调节，以达到节能效果。 这种基于精确数学模型的 PID 控制，历史悠久，原理简单，使用方便，价格较低。 但其不足之处在于： ——中央空调是一种多参量、非线性、时变性且参量间耦合很强的复杂系统，不易获得较精确的数学模型，近似的或粗糙的模型难以实现精确控制。 —— PID 调节中最重要的工程参数比例系数 KP、积分时间常数 TI 和微分时间常数Td，一旦选定之后，如果人不去调节，它是固定不变的，不可能跟随受控参量的变化而自动调整。 也就是说，工程参数整定之后，就用同一种参数去对付各种不同的运行工况，因此，不可能达到最佳的节能效果。 ——PID 只能实现单参量（温度或压力）的简单控制功能，在一些单参量工业生产过程的控制中效果较好，当用于控制中央空 调这样的多参量、非线性、时变的且参量间耦合很强的复杂系统时，很容易引起中央空调系统振荡，使控制温度在较大范围内起伏，长时间都不能到达设定值的稳定状态，既影响了系统的稳定性，又降低了空调效果的舒适性。 中央空调实现节能有两个基本的前提条件： （ 1） 确保中央空调系统主机和外围设备的安全运行，因为节能固然重要，但安全应是第一位的； 中央空调冷却水循环节能控制系统设计 （混合控制） 11 （ 2） 确保空调末端用户环境的舒适性，效益固然重要，但服务超越一切。 这两个条件是保护用户的根本利益所在，如果不能满足这两个前提条件，所实现的“节能 ”，则是以牺牲用户的利益（即系统的 安全性及空调效果）为代价的。 可以想到，如果能寻求到一种新的控制方法，使得中央空调主机的冷量（或热量）供应都能跟随负荷的变化而同步变化，就能够在保证空调舒适性的前提下，实现空调系统的最大节能。 智能模糊控制方法 它与当今普遍使用的定流量中央空调控制模式相比，具有以下技术特点： （ 1） 实现空调高效节能控制 突破了传统中央空调冷媒系统的运行方式，通过对中央空调能源运行系统的动态监测和闭环控制，将空调主机的定流量运行改为变流量运行，实现空调主机冷媒流量跟随末端负荷需求而同步变化，在空调系统的任何负荷条件下， 都能既确保中央空调系统的舒适性，又实现最大的节能。 （ 2） 保障空调主机始终保持高的热转换效率 众所周知，随着中央空调系统负荷的变化，必将导致整个空调系统运行参数偏离空调主机的最佳设计参数，导致主机热转换效率降低，这一直是传统中央空调运行方式无法解决的一大难题。 智能模糊控制的一个基本思想就是按照中央空调主机所要求的最佳运行参数去控制中央空调系统的运行，根据系统的运行工况及制冷工质参数的变化，通过模糊控制器动态调整空调系统运行参数，确保空调主机始终处于优化的最佳工作点上，使主机始终保持具有高的热转换效率，有 效地解决了传统中央空调系统在低负荷状态下热转换效率下降的难题，提高了系统的能源利用率。 （ 3） 实现中央空调全系统综合性能优化和协调运行 中央空调系统是一个较复杂的系统工程，要实现中央空调系统的最佳运行和节能，从局部去解决问题（如采用通用变频器 PID 控制）是不可能办到的，必须针对空调系统的各个环节（包括主机、冷冻水系统、冷却水系统等）统一考虑，全面控制，使整个系统协调运行，才能实现最佳综合节能。 为此，智能模糊控制从系统工程学的理念出发，不仅对中央空调各部分进行全面控制，而且通过系统集成技术将各个控制子系统 在物理上、逻辑上和功能上互连在一起，实现它们之间的信息综合、资源共享，在一个计算机平台上进行集中控制和统一管理，广东技术师范学院本科毕业 论文（ 设计 ） 12 实现中央空调全系统的协调运行和综合性能优化。 冷却水循环控制系统 冷却水循环系统 ：由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。 如图 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。 流进冷冻主机的冷却水简 称为 “进水 ”，从冷冻主机流回冷却塔的冷却水简称为 “回水 ”。 同样，回水的温度将高于进水的温度形成温差。 冷却水温度对冷水机组制冷量的影响 我们都知道 :从运行费来讲，在蒸发温度和压缩机转数一定的情况下，冷凝温度越低，制冷系数越大，耗电量就越 小。 据测算，冷凝温度每增加 1℃ ，单位制冷量的耗功率约 增加 3%4%.所以，从这一角度来讲，保持冷凝温度稳定对 提高冷水机组的制冷量是有益的。 但为达到此目 的，需采 图 冷却水循环控制系统 取以下措施 :增加冷凝器的换热面积和冷却水的水量。 或提高 冷凝器的传热系数，但是，对于一个空调冷却系统来说，增加冷凝器的面积几乎是不可能的。 增加冷却水的水量势必增加水在冷凝器内的流速，这将影响制冷机的寿命，同时还增加了冷却水泵的耗电和管材浪费等一系列问题，而且效果也不尽理想。 增大冷却塔的型号，考虑一定量的富余系数尚可，但如果盲目加大冷却塔的型号，以追求降低冷却水温也是得不偿失的，而且，冷却水温度还受当地气象参数的限制。 提高冷凝器冷却水侧的放热系数，是实际和有效的，而 提高放热系的有效途径是减小水侧的污垢热阻，对冷却水补水进行有效的处理 . 冷却水的水质 目前，由于空调冷却系统大多数为敞开式循环系统，它效果好，造价低，在工程中得到广泛应用，但是经蒸发冷却后浓缩，水中的 C,Mg,Cl,Si 等离子，溶解固体，悬浮物中央空调冷却水循环节能控制系统设计 （混合控制） 13 相应增加，由于空气中和水福化接触，溶氧量增加， CO 大量散失，游离的 CO 含量降低，碳酸钙浓度降低，如不加强管理，空气中污染物如灰尘、杂物进人系统，会繁殖徽生物绿澡及粘泥，此时污垢和粘泥可引起垢下腐蚀，而腐蚀产品又形成污垢，最后造成设备及管道演蚀穿孔而被停 机，冷却水的水指标。 目前尚无确切的资料和标准，空调冷却水对水质的要求幅度较宽，主要应从冷却水对设备腐蚀，积垢堵塞及设备清洗难易等情况考虑。 针对以上分析，冷却水在冷却塔内蒸发散热的过程中水质不断发生变化，引起积垢、腐蚀和堵塞，目前，空调冷却补水多采用自来水，对于大型的空调冷却水系统，仅靠补充少量优质自来水是不起作用的，冷却水必须进行处理。 循环冷却水处理 由于空调冷却水系统的结垢、腐蚀和藻类滋生不是在短期内形成的，也不会在短期内对系统有破坏性的影响，所以，往往得不到运行管理人员足够的重视。 另外，由于空调冷却水系统比较简单，设计人员对其重视不够，并且，冷却水的处理是给排水专业和暖通专业均相关的专业，而冷却水系统多是由暖通专业人员搞，所以，难免造成先天设计不尽合理 .在设计过程中针对空调冷却水系统易结垢腐蚀和菌藻滋生的特点，其处理方法也与冷冻水系统有所不同。 冷却水的处理方法可分为化学法和物理法。 冷却水系统的管道布置 冷却水系统的管道布置虽然比较简单， 但如果考虑不周，也会出现一些问题。 由于循环冷却水系统是开式系统，如果冷却塔集水盘容积小或冷却塔距水泵距离太远及并联运行的冷却塔出水管阻力平衡严重失调，就会使空气混入水中，进入水泵并压入管道中，引起严重的水锤致使水泵出水管及其管件损坏。 所以，冷却水系统应注意下列几个问题 : A. 冷却塔并联使用时管道阻力平衡，冷却塔与泵的距离不能太远； B. 选择冷却塔时首先应注意产品样本给出的性能参数与该产品实际性能的差距； C. 冷却塔一般安装在高层建筑的裙房屋面； D. 选择冷却水泵时要根据冷却水系统的循环阻力，输水高差及自由水头决定，不宜富裕 过多； E. 关于冷却水系统的集水池，以往在设计冷却水设备时，其集水池的容积大多按冷却水量的 10%设置 (见空调制冷手册 )； 冷却水系统变频控制的必要性 大型中央空调系统，通常按最大负荷来设计，但是，系统大部分时间是在部分负荷广东技术师范学院本科毕业 论文（ 设计 ） 14 下工作。 空调冷却水系统一般是定流量系统，部分负荷下动力输送能耗不变，使制冷系统综合能效比大大下降。 常规控制方式是对冷却塔出水温度进行调节。 冷却水温度的调节，一般可采用冷却塔出水温度控制风机的启闭，或者在冷却塔进水管上安装两通电动调节阀，旁通部分水量，保证供制冷机的冷却水混合温度，同时又控制 风机的启闭。 在实际设计选择水泵时，我们常常将流量、扬程计算值分别附加 10％－ 20％，如果再考虑上计算过程的保守，就导致经常发生系统流量扬程高于系统需求值，需要用阀门来调节，造成很大浪费。 冷却水系统变频控制的可行性 对冷却水泵采用变频调速控制，辅以冷却塔风机的通断控制或变频调速控制，将大幅度减少冷却水系统的能耗。 对于电制冷机组，冷却水系统的下限流量可定为额定流量的 70％。 对于蒸汽双效溴化锂吸收式制冷机组，下限流量可以更低，国产双良的机组下限流量可为 60％，远大的机组下限流量可为 30％，远大机组中还为 冷却水泵和冷却塔风机提供了变频信号输出和控制软件。 中央空调冷却水循环节能控制系统设计 （混合控制） 15 3 变频调速系统 概述 （ frequency changer / frequency converter） 是一种用来改变交流电频率的电气设备。 此外，它还具有改变交流电电压的辅助功能。 过去，变频器一般被包含在电动发电机、旋转转换器等电气设备中。 随着半导体电子设备的出现，人们已经可以生产完全独立的变频器。 变频器通常包含 3 个组成部分 ： 整流器 （ rectifier）和 逆变器 （ Inverter） ,还有直流部分 (DC )。 其中，整流器将输入的交流电转换为直流电，逆变器将直流电再转换成所需频率的交流电。 除了这 2 个部分之外，变频器还有可能包含变压器和电池。 其中，变压器用来改变电压并可以隔离输入 /输出的电路，电池用来补偿变频器内部线路上的能量损失。 不同的变频器能够处理的电源功率是不一样的，从几瓦到几兆瓦 都有。 变频器主要是由主电路、控制电路组成。 图 主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类 :电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。 电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的 “整流器 ”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的平波回路。