酒店空调水系统变频节能技术的工程应用(编辑修改稿)

酒店空调水系统变频节能技术的工程应用(编辑修改稿)内容摘要：

,制冷剂释放出热量 ,被冷却循环水带走。 冷冻水泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中 ,由风机吹 送冷风达到冷却空气的目的。 冷却水泵将吸收热量后的冷却水送到冷却塔上由冷却塔风机对其进行喷淋冷却 ,与大气进行热交换冷却后的冷却水被送到冷凝器去吸收制冷剂放出的热量。 中央空调主控制器 中央空调控制系统主控制器采用 PLC 控制，由于 PLC 编程简单，扩展能力强，并且程序容易修改，所以越来越多的被应用在中央空调系统中，取代原来的 DDC控制器，并且可通过 PLC 的通讯接口接入上位监控系统，便于在主控室查看各节点运行状态，并且很容易进行电能消耗、运行时间统计以及故障监视及分析。 下 11 面对 PLC 的发展及功能特点进行阐述： PLC 的组成 PLC 主要有 CPU 模块，输入模块、输出模块和编程器组成，如图 可编过程控制器CP U模块输出模块输入模块编程器输入信号执行机构 图 PLC的结构组成 CPU 模块： CPU 模块主要由微处理器（ CPU 芯片）和存储器组成。 在 PLC 控制系统中，CPU 模块相当于人的大脑和心脏，它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。 I/O 模块： 输入 (Input)模块和输出（ Output）模块统称 I/O 模块，是联系外部现场和CPU 模块的桥梁。 输入模块主要用来接受和采集输入 信号，输入信号包括两类：一类是从按钮，选择开关，接近开关，光电开关等来的开关量输入信号；另一类就是由电位器，测速发电机等提供的连续变化的模拟量信号。 PLC 通过输出模块控制接触器、电磁阀等执行机构，另外也可以驱动指示灯、数字显示装置等 CPU 模块的工作电压一般是 5V，而其输入 /输出信号电压一般较高，如 DC24V和 AC220V。 为防止外部引入的尖峰电压和干扰噪声损坏 CPU 模块，影响其正常工作，在 I/O 模块中，用光电耦合器、可控硅，小型继电器等器件来隔离外部输入电路和负载。 I/O 模块除了传递信号外，还有电平转换 与隔离的作用。 PLC 有两种基本的工作状态，即运行（ RUN）状态与停止（ STOP）状态。 在 12 运行状态， PLC 通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。 为了使 PLC的输出及时响应随时变化的输入信号，用户程序不是执行了一次，而是反复不断地重复执行，直至 PLC 停机或切换到 STOP 工作状态。 除了执行用户程序之外，在每次循环中， PLC还要完成内部处理，通讯处理等工作，一次循环可分为 5 个阶段，如图 内部处理 通信服务 输入处理 程序执行 输出处理S T O PR U N 图 PLC 的扫描过程 由于 PLC 采用循环扫描集中刷新的方法，导致输入 /输出时间滞后，但是一般情况下， 这种响应延迟仅几十 ms，对于一般系统无关紧要，要是对时间有要求的话可以采用中断进行处理，例如高速计数。 西门子 S7200系列 PLC SIMATIC S7200 系列 PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。 S7200 系的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。 因此 S7200 系列具有极高的性能 /价格比。 S7200 系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、强劲的通讯能力、丰 富的扩展模块。 S7200 系列 PLC在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。 使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。 应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。 如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统，可提供 4 个不同的基本型号的 8 种 CPU，如表 13 表 各种类型的 CPU 四种型号的 PLC 具有下列特点： （ 1）集成的 24V 电源 可直接连接到传感 器和变送器执行器， CPU 221 和 CPU222 具有 180mA 输出。 CPU224 输出 280mA， CPU 22 CPU 226XM 输出 400mA 可用作负载电源。 （ 2）高速脉冲输出 具有 2 路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达 20KHz，用于控制步进电机或伺服电机，实现定位任务。 （ 3）通信口 CPU 22 CPU222 和 CPU224 具有 1个 RS485通信口。 CPU 22 CPU 226XM具有 2个 RS485通信口。 支持 PPI、 MPI 通信协议，有自由口通信能力。 （ 4）模拟电位器 CPU221/222 有 1个模拟电位器， CPU224/226/226XM 有 2 个模拟电位器。 模拟电位器用来改变特殊寄存器（ SMB28， SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数。 如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。 （ 5）中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。 （ 6） EEPROM 存储器模块（选件） 可作为修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。 （ 7）电池模块 用户数据（如标志位状态、数据块、定时器、 计数器）可通过内部的超级电容存储大约 5 天。 选用电池模块能延长存储时间到 200 天（ 10年寿命）。 电池模块插在存储器模块的卡槽中。 （ 8）不同的设备类型 CPU 221~226 各有 2种类型 CPU，具有不同的电源电压和控制电压。 （ 9）数字量输入 /输出点 CPU 221 具有 6个输入点和 4个输出点； CPU 222 具有 8 个输入点和 6 个输出点； CPU 224 具有 14 个输入点和 10 个输出点； CPU226/226XM 具有 24个输入点和 16 个输出点。 CPU22X 主机的输入点为 24V 直流 双向光电耦合输入电路，输 14 出有继电器和直流（ MOS 型）两种类型。 （ 10）高速计数器 CPU 221/222 有 4个 30KHz 高速计数器， CPU224/226/226XM 有 6个 30KHz 的高速计数器，用于捕捉比 CPU 扫描频率更快的脉冲信号。 扩展功能模块： 扩展单元没有 CPU，作为基本单元输入 /输出点数的扩充，只能与基本单元连接使用。 不能单独使用。 S7200 的扩展单元包括数字量扩展单元，模拟量扩展单元，热电偶、热电阻扩展模块， PROFIBUSDP通信模块。 用户选用具有不同功能的扩展模块，可以满足 不同的控制需要，节约投资费用。 连接时 CPU 模块放在最左侧，扩展模块用扁平电缆与左侧的模块相连。 电源模块： 外部提供给 PLC 的电源，有 24VDC、 220VAC 两种，根据型号不同有所变化。 S7200 的 CPU 单元有一个内部电源模块， S7200 小型 PLC的电源模块与 CPU封装在一起，通过连接总线为 CPU 模块、扩展模块提供 5V 的直流电源，如果容量许可，还可提供给外部 24V 直流的电源，供本机输入点和扩展模块继电器线圈使用。 应根据下面的原则来确定 I/O 电源的配置。 （ 1）有扩展模块连接时，如果扩展模块对 5VDC电源的需求超过 CPU 的 5V 电源模块的容量，则必须减少扩展模块的数量。 （ 2）当 +24V 直流电源的容量不满足要求时，可以增加一个外部 24V 直流电源给扩展模块供电。 此时外部电源不能与 S7200 的传感器电源并联使用，但两个电源的公共端（ M）应连接在一起。 冷水机组的介绍及工作原理 当天然的冷源不能满足空调需要时，便采用人工制冷的方式，主要有以下几种 : 蒸汽压缩式制冷系统的组成及工作过程 :蒸汽压缩式制冷系统主要有制冷压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器四个主要设备组成，并用管道相连接，构 成一个封闭的循环系统，如图 25 所示。 系统工作时，来自蒸发器的低温低压的制冷剂蒸汽被压缩机吸入，压缩成高温高压的制冷剂蒸汽后，进入冷凝器。 在冷凝器中，高温高压的制冷剂被冷却水冷却，冷凝成高压的液体，同时放热 QK，然后经膨胀阀截流后变成低压低温液体进入蒸发器。 在蒸发器中，低压的制冷剂液体吸取被冷却介质 (如冷媒水 )的热 15 量 Q。 ，蒸发成为低温低压的蒸汽再次进入压缩机，开始下一个循环。 被冷却的介质 (如冷媒水 )失去热量 Q。 后被送往空调系统对空气进行降温去湿处理。 吸收式制冷与蒸汽式制冷一样，都是利用液 体在汽化时需吸收热量这一物理特性来实现制冷的，不同的是蒸汽压缩式制冷是以消耗机械能为补偿，而吸收式制冷则是以消耗热能为补偿的，使热量从低温热原转移到高温热源。 蒸汽喷射式是以水为制冷剂，以喷射器代替压缩机，以消耗蒸汽的热能作为补偿来实现制冷的。 蒸汽喷射式制冷机的主要设备有加热器、喷射器、冷凝器、蒸发器以及膨胀阀等。 来自加热器的高温高压工作蒸汽在喷射器管中绝热膨胀，形成一股低压高速气流，从而将蒸发器里的低压水蒸气抽吸到喷射器中，并与之混合增压后进入冷凝器，被冷却水冷凝成液体。 一部分凝结水通 过循环水泵提高压力后送回加热器加热汽化，用作高温高压工作蒸汽开始下一个循环。 另一部分凝结水经膨胀阀节流降压后进入蒸发器，在蒸发器内吸收冷媒水的热量汽化为低压水蒸气后又被喷射器中的低压高速流所抽走。 蒸发器盘管中的冷媒水因失去热量而温度下降，被送入空调系统作为冷源使用。 膨胀阀冷凝器蒸发器压缩机冷却水冷媒水Q KQ 0 图 25 蒸汽压缩式制冷机工作原理图 风机盘管水系统 风机盘管的组成和工作原理 16 、盘管 (换热器 )以及空气过滤器、电动机、室温控制装置等组成，如图 26 所示。 风机常采用前向多翼离心式风机或贯流式风 机盘管则为带肋片的盘管式换热器。 ，就是借助风机不断的循环室内空气，使之通过盘管而被冷却或加热，以保持房间所需要到温度和一定的相对湿度。 风机盘管制冷时，由冷源为盘管提供 7℃左右的低温水，室外空气由低噪声风机吸入，通过滤尘网去掉灰尘，吹向盘管进行换热。 空气通过换热器降温去湿后，冷空气从出风口格栅吹向室内。 空气中的水蒸气在盘管肋片上析出的凝结水汇集至凝水盘，然后通过泄水管排出。 换热器风机凝水盘回风口出风口 图 26 风机盘管的构造 ，使空气通过加热器表面时被加热，因而强化了散热 器与空气间的对流换热器，能够迅速加热房间的空气。 风机盘管是空调系统的末端装置，其工作原理是机组内不断的再循环所在房间的空气，使空气通过冷水（热水）盘管后被冷却（加热），以保持房间温度的恒定。 通常，通过新风机组处理后送入室内，以满足空调房间新风量的需要。 但是，由于这种采暖方式只基于对流换热，而致使室内达不到最佳的舒适水平，故只适用于人停留时间较短的场所，如：办公室及宾馆，而不用于普通住宅。 由于增加了风机，提高了造价和运行费用，设备的维护和管理也较为复杂。 风机盘管控制多采用就地控制的方案，分简单控制 和温度控制两种。 简单 17 控制：使用三速开关直接手动控制风机的三速转换与启停。 温度控制： STC 系列温控器根据设定温度与实际检测温度的比较、运算，自动控制 STV 系列电动 两 / 三通阀的开闭；风机的三速转换。 或直接控制风机的三速转换与启停，从而通过控制系统水流或风量达到恒温的目的。 风机盘管做为中央空调的末端设备，其质量的好坏决定了室内的空调效果。 性能主要是送冷（热）量的保障、送风量的保障，噪音的数值比、冷凝水不泄漏及电器、钣金件设计的合理性等等。 风机盘管的水系统 风机盘管的水系统的主 要功能是输配冷 (热 )流体，以满足末端设备或机组的负荷要求。 其配置则应具备足够的输送能力，经济合理的选定水泵、管材和管径，具有良好的水力工况稳定性，应便于空调系统负荷变化时的运行调节，实现空调系统节能运行要求、并便于管理、检修和养护。 空调水系统可分为开式和闭式两种。 由于开式系统与大气相通，水质容易受到污染，设备易被腐蚀，近些年的空调工程中大多采用闭式系统。 与开式相比，闭式系统的水泵能耗小、管路和设备的腐蚀性小。 节能分析 以一台水泵为例，它的出口压头为 H0（出口压头即泵入口和管路出口的静压力差），额定转 速为 N0,阀门全开时的管阻特性为 1,额定工况下与之对应的压力为 H1,出口流量为 Q1。 流量 转速 压力关系曲线如图 所示。 Q1 减小 50%至 Q2时，阀门开度减小使管网阻力特性由 2 变为 3，系统工作点沿方向 1由原来的 A点移至 B点；受其节流作用压力 H1 变为 H2。 水泵轴功率实际值（ kW）可由公式： P =Q H／（η cη b） 103 得出。 其中， P、 Q、 H、η。