中央空调制冷机组控制系统设计论文论文论文.docx

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中央空调制冷机组控制系统设计论文论文论文

摘要

本次设计课题是广东一家沃尔玛超市的中央空调制冷机组控制系统设计，设计目的是为该商场设计合理的中央空调制冷机组控制系统，为商场里的工作人员提供舒适的工作环境。

该中央空调系统采用的是水系统，主要有制冷主机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和冷却塔系统组成。

工作原理是冷冻水泵用来循环冷冻水，冷冻水进入风机盘管，与室内进行热交换，降低室内空气温度，达到制冷目的；冷却水泵用来循环冷却水，冷冻水带走室内热量，通过主机内的冷媒将热量传递给冷却水，冷却水泵将升温后的冷却水压入冷却塔，使之与大气进行热交换，降温后送回主机。

设计采用杰控的FameView绘制并设计了中央空调系统的监控系统画面，画面简洁易懂，操作方便，效果逼真，达到了该商场对中央空调系统的要求。

关键词：

中央空调、制冷主机、冷却泵、冷冻泵、风机盘管。

Abstract

Thisdesigntopicisawal-martstoreinguangdongprovinceofcentralairconditioningrefrigerationunittocontrolsystemdesign,thedesignpurposeisforthestoredesignreasonable,centralairconditioningsystemforshoppingmallsprovidecomfortableworkingenvironmentforstaff.Thecentralairconditioningsystemadoptsthewatersystem,mainlyhasrefrigerationhost,coolingwatercirculationsystem,frozenwatercyclesystem,fancoilsystemandcoolingtowersystem.Frozenwaterpumpworkingprincipleisusedasacycleoffrozenwater,chilledwaterintothefancoil,heattransferwithinterior,reduceindoorairtemperature,toachieverefrigeration;Coolingwaterpumpisusedforcirculatingcoolingwater,chilledwatertakeindoorquantityofheat,throughtherefrigerantwithinthehosttransferheattothecoolingwater,coolingwaterpumpwillheatupthecoolingwaterpressureintothecoolingtowerandheatexchangewiththeatmosphere,backtothehostaftercooling.ControldesignusejiekongFameViewdrawanddesignthemonitoringsystemofcentralairconditioningsystem,appearanceisconciseandeasytounderstand,tolife,hasreachedtherequirementofthemarketofcentralairconditioningsystem.

Keywords:

thecentralairconditioning,refrigerationhost,coolingpump,frozenpump,fancoilunits.

1绪论

1.1课题背景

百货商场是由若干专业商店或专业柜台组成，其经营范围比百货商店更广。

有的亦称百货公司、百货大楼或购物中心等。

大型百货商场经营成千上万种商品，规模大、顾客多，一般多设计为多层营业大厅，建筑面积可达上万平方米，百货商场除营业大厅外，还配备有仓库、管理、加工等用房。

营业大厅要求宽敞，且有良好的通风、采光设施，对大中型商场还应设置通风空调[1]。

随着人们生活水平的提高，购买力增强，近年来增加了不少大型商场，繁华地区的商场顾客比较拥挤。

商业建筑是一个人员众多的公共场所，温度、湿度、清洁度和新鲜空气量等，对顾客和商场职工的影响很大。

售货员长时间在卫生标准不高的环境中工作，会影响身体健康和工作效率；顾客虽然在商场中只是短暂地停留，但污浊含尘的空气容易传播某些疾病。

因此，商业建筑的空气环境越来越被商业部门重视。

为了保护广大顾客和商场职工的健康，我国卫生防疫部门对商业建筑提出了卫生要求，对较大的重点商场还进行过监测，对已建的大中型商场要求进行改造，提出增设通风设施或加建空气调节装置，对于正在新建或计划中的大中型商业建筑，必须做好通风设施和暖通空调设施。

这一要求大大改善了现有商业建筑的环境和卫生标准。

近年来，在同一城市相同地段的一些商场，凡设置有良好通风空调系统的，其年经营额要比不设通风空调系统的小规模商场多得多，而且商场职工的工作环境得到了较好的改善，工作效率提高，病休人员减少，出勤率增高。

商场和一般的建筑有相同之处，但也有很多特殊性的地方，如商场由于人流众多，照射商品的灯光较强，因此在冷、热负荷计算方面，人体发热和灯光负荷成为主要考虑的因素。

并且很多商场时常重新划分柜台、货架和店铺的开间组合，有新布置，经营商品也会有新的变换，这就要求空调系统和风口布置要适应这些变化。

因此，设计百货商场暖通空调系统选择冷、热源和布置送、回风口时，必须充分考虑到商场的这些特点，进行合理的设计[1]。

1.2商场暖通空调设计的特殊性问题

（1）在售货场陈列的商品是多种多样的，商品的种类变化和商场的形式变化也是较多的，而商场的人员密度和照明负荷也有很大的差别，所以空调方式和设备也应具有各种灵活性以适应各种要求。

（2）综合性的商场，有饮食店、各种商店、文化娱乐中心等，应根据一般售货情况和特点，不同的营业时间划分空调通风系统和设置通风换气装置。

（3）对于特殊售货场，举办展销物品的会场等，在冬季有的地方也要降温。

也就是在南方地区，冬季有可能要进行制冷运转；在北方地区，可以进入大量室外冷风以达到降温目的。

（4）商场办公室一般设置在商场外面的情况较多，由于其空调时间和一般售货场不同，必须考虑另外的系统，通常采用风机盘管系统。

（5）为防止从主要进出口侵入的室外空气，商业建筑物在冬季应设置热风幕，以防止冷风从大门侵入室内；夏季多采用普通空气幕（又称气帘）。

（6）由于商业建筑人员频繁进出，而且易燃物品也较多，故必须遵守《建筑设计防火规范》和《高层民用建筑防火规范》等，对高层商业建筑和封闭性的地下商场等，应配置排烟等防灾设备。

1.3百货商场类建筑空调系统设计的注重点

（1）百货公司、商场的冷负荷主要来自照明和人员发热。

其数值大小视建筑的档次而定。

档次高的人数少，反之人多。

通常按0.5~1.0人/m2计算[5]。

照明按30~40W/m2。

（2）过渡季节的通风换气十分重要。

几乎需80%的排气才能满足卫生要求。

因此这类建筑宜采用双风机系统，或单风机加排风机系统。

（3）商场出入口人流不息，一年四季大门敞开。

冬季流入大量冷空气，夏季室外热气入侵，增加空调负荷。

多年的经验告诉我们，大门口设置冷热风幕时解决这一问题的好办法。

风幕的吹出口风速不能太大，也不能过小，大了会吹掉顾客的帽子，小了挡不住室外气流的入侵。

工程实践证明风幕的吹出口风速以4~5m/s为好[4]。

（4）商场中循环空气污染严重，空气过滤器以自动清洗式为佳。

1.4百货商场的空调方式

百货商场的空调方式大致分为集中方式和局部方式。

集中方式又可分为全空气方式、与机组（指末端装置）结合使用的方式（或空气-水方式）以及全水方式。

大中型商场主要采用全空气方式中的单风道定风量方式。

局部方式在小型商业建筑中使用最广泛[3]。

（1）送风口型式：

因为不同类型的送风口有不同的送风气流流形，所以送风口型式要考虑不同的使用场合，不能盲目采用。

商场以顶棚送风居多，而顶棚送风口的形式又以散流器型和盘型用得最广泛。

百货商店送风口的允许风速为7.5m/s，对一层（首层）可达10m/s。

（2）回风口型式：

一般商场装在墙上或顶棚上的回风口，以固定百叶（格子型）的型式使用最广泛。

但目前国内商场的卫生条件和环境较差，一般多采用下回风或侧回风。

百货商店回风口的允许风速，位于人的活动区域上面时，允许面风速4m/s，在人的活动区域内，但远离人时，允许面风速3-4m/s，在人的活动区域内，但离人较近时，允许面风速2-3m/s。

在墙上的回风格，允许面风速2.5-5m/s。

（3）送、回风口布置时需要注意事项：

1）根据所处理的负荷大小来设计选择个数和大小。

2）注意影响气流的障碍物，若气流流动的地方受梁等障碍物影响时，气流偏转会有吹风感，而气流停滞时会造成温度分布不均匀，所以应注意风口布置的位置。

3）避免气流短路。

由于送风口和回风口布置不当，送出的气流还没有完全处理室内的负荷，就被回风口吸入，发生所谓短路现象。

4）要有模数化、标准化的设计思想。

风口的布置，要能够适应以后隔墙的变化和货柜的重新组合等变化，适应今后商场变化的需要。

5）风口的数量选择是根据实际需要，不宜过多设置；因风口在商场内外露，所以它的形状和布置等的确定，应征得建筑师的同意[3]。

1.5本章小结

本章主要介绍了中央空调系统的设计背景，并阐述了大型商场中央空调的特点、工作方式，及设计的特殊性问题，和送风口、回风口布置的注意事项。

2FameView简介

FameView是一套实现工业数据采集、过程监控、数据管理的高性能工业自动化软件产品,它运行稳定、功能强大、通讯及运行速度快、界面友好、结构化组态、简单易学。

FameView可以帮助您精确地监视、控制生产过程,提供多种工艺功能,优化生产设备和企业数据资源管理;它能够对生产事件快速反应,提高生产率,提高用户收益;已经成功应用到冶金、烟草、化工、煤炭、铁路信号、公路机械、水处理、辐照站、锅炉、热电厂等行业,适合各种大、中、小型项目[2]。

2.1FameView主要功能

*数据采集通讯

*运行数据库组态

*画面制作与动态显示

*服务器冗余选项

*报警记录与响应（支持手机短信报警）

*ODBC数据库连接,过程变量与数据库字段对应,进行数据的存储和读写

*实现与Crystal（水晶星）报表的无缝接口

*历史报表、实时报表、行打印报表

*配方应用,实现数据批处理管理

*串口通讯服务器（电话拨号、GPRS、CDMA、串口直连）

*支持CDMA、宽带的远程数据、图像监控

*系统信息记录所有的操作信息和系统事件信息

*用户管理,实现操作级别区分

*网络服务器,实现客户器/服务器结构,支持二次开发

*支持远程时实和历史数据访问（GPRS、CDMA、宽带、ADSL）

*内置VBScript脚本,支持画面和全局脚本

*历史数据存储及数据分析

*支持OPC服务器和客户机

*整个工厂的数据集成和处理包

2.2运行环境及方式

*支持中文Windows2000/XP/VISTA;

*PII200以上、128M内存（建议256M）、16M显存（建议32M）、200M硬盘空间、鼠标、并口;

*通过并口或USB口加密卡进行软件授权;

*按变量点数区分为64、128、256、512、1024、2048、无限点;

*按功能区分为开发版、运行版、网络版、增强版、变量服务器版、数据中心站版1、数据中心站版2;

*可选组件：

服务器冗余、视频服务

*演示方式为：

不限变量、30分钟.

2.3FameView特色

（1）百炼成钢

经过许多超大规模项目磨练,并在多个行业中普遍应用,已经发展成为运行稳定、通讯快速、功能强大、使用简单的组态软件,具有能与国外进口软件相媲美的性能。

（2）核心稳定

自开发初期,便撇弃了当时流行的Windows95/98操作平台,而以WindowsNT作为开发平台,全部代码采用VC++进行编写,并自然过度到Windows2000/2003/XP平台,所以是纯32位代码,多任务系统,保证了软件系统内核的先进和稳定,无内存泄露,能长期运行,被誉为“不会死机”的组态软件。

（3）PLC应用

一直把可编程控制器（PLC）作为适用对象,定位于自动化应用的中高端,专门设计了设备数据表,能对数据进行批量处理,多线程同时处理多个通讯设备,通讯速度和稳定性倍受赞誉。

（4）功能强大

除提供通讯、运行数据库、画面、报警、历史数据等功能外,还提供了实用的数据库连接、数据配方、数据转发服务、各种报表、双机冗余、变量组、全局变量等增强功能,会发现许多棘手的问题,总能迎刃而解。

（5）行业特色

FameView组态软件不可能适用于所有行业和用户,但对所涉及的行业却表现的非常出色,如冶金、化工、电力、环保、筑路、配电、水处理、核辐照、纺织、烟草等;因为我们一直致力于为用户提供专业且易于使用的产品,把用户行业特色作为开发目标,所以我们拥有众多的行业用户,能为他们提供最适用的产品和方案。

（6）专业服务

我们把提供技术服务作为软件产品的重要组成部分,是因为我们熟悉多种硬件产品,如西门子、ABB、GE、施耐德、三菱、欧姆龙等,同时还掌握了多个行业的技术和实施方案,总能为用户提供全面的支持,保证成功的完成项目[2]。

2.4本章小结

本章主要介绍了FameView的主要功能及运行硬件配置要求，以及支持FameView的计算机操作系统，还有FameView的特点。

3中央空调系统制冷机组控制系统简介

3.1中央空调组成及其工作原理

3.1.1中央空调系统组成

由一系列驱动流体流动的运动设备（如水泵、风机及压缩机）、各种型式的热交换器（如风机盘管、蒸发器、冷凝器及中间热交换器等）及连接各种装置的管道（如风管、水管及冷媒管）和阀件所组成[6]。

系统一般可分下列五个循环：

（1）室内空气循环；

（2）冷水循环；

（3）冷媒循环；

（4）冷却水循环；

（5）室外空气循环。

3.1.2中央空调系统工作原理

中央空调系统一般主要由制冷压缩机系统、冷媒（冷冻和冷热）循环水系统、冷却循环水系统、风机盘管系统、冷却塔风机系统等组成。

制冷压缩机组通过压缩机将空调制冷剂（冷媒介质如R134a、R22等）压缩成液态后送蒸发器中，冷冻循环水系统通过冷冻水泵将常温水泵入蒸发器盘管中与冷媒进行间接热交换，这样原来的常温水就变成了低温冷冻水，冷冻水被送到各风机风口的冷却盘管中吸收盘管周围的空气热量，产生的低温空气由盘管风机吹送到各个房间，从而达到降温的目的。

冷媒在蒸发器中被充分压缩并伴随热量吸收过程完成后，再被送到冷凝器中去恢复常压状态，以便冷媒在冷凝器中释放热量，其释放的热量正是通过循环冷却水系统的冷却水带走。

冷却循环水系统将常温水通过冷却水泵泵入冷凝器热交换盘管后，再将这已变热的冷却水送到冷却塔上，由冷却塔对其进行自然冷却或通过冷却塔风机对其进行喷淋式强迫风冷，与大气之间进行充分热交换，使冷却水变回常温，以便再循环使用。

在冬季需要制热时，中央空调系统仅需要通过冷热水泵（在夏季称为冷冻水泵）将常温水泵入蒸汽热交换器的盘管，通过与蒸汽的充分热交换后再将热水送到各楼层的风机盘管中，即可实现向用户提供供暖热风[8]。

3.2制冷机组

●简介

制冷机组是由制冷压缩机、冷凝器、冷风机（蒸发器）、电磁阀四大部件为主,加上油分离器、储液桶、视油镜、膜片式手阀回器过滤器等部件组成。

制冷系统由4个根本部门即紧缩机、冷凝器、节流部件、蒸发器组成。

由铜管将四大件按一定次第衔接成一个封锁系统，系统内充注一定量的制冷剂。

普通的空调用制冷剂为氟里昂，以往通常采用的是R22，如今有些空调的氟里昂曾经采用新型的环保型制冷剂R407。

以上是蒸汽紧缩制冷系统。

以制冷为例，紧缩机吸入来自蒸发器的常温低压的氟里昂气体紧缩成高温高压的氟里昂液体，然后流经热力收缩阀（毛细管），节流成低温低压的氟里昂汽气体，然后低温低压的氟里昂液体在蒸发器中吸收来自室内空气的热量，成为常温低压的氟里昂气体，常温低压的氟里昂气体又被紧缩机吸人。

室内空气经由蒸发器后，释放了热量，空气温度降落。

如斯紧缩-----冷凝----节流----蒸发重复轮回，制冷剂不时带走室内空气的热量，从而降低了房间的温度。

制热时，经过四通阀的切换，改动了制冷剂的活动方向，使室外热交流器成为蒸发器，吸收了室外空气的热量，而室内的蒸发去成为冷凝器，将热量披发在室内，到达制热的目的[9]。

由于空调是实现将空间内空气的温度、湿度、沽净度和空气流动速度等各参数调节和控制到一定范围的设备，因此夏季必须要有充足的冷源，冬季也必须有充足的热源，而获得空调用的冷源过程就是制冷过程。

实现制冷所必需的机器和设备就叫制冷机，将制冷主机与制冷辅助设备结合在一起的装置称为制冷设备，对大中型中央空调系统来说也叫冷水机组。

制冷机组是把压缩机、辅助设备及附件紧凑地组装在一起、专供各种用冷目的使用的整体式制冷装置。

它为空气调节提供了一定流量和温度的冷冻水或冷空气。

制冷机组具有结构紧凑、外形美观、配件齐全、制冷系统的流程简单等特点。

机组运到现场后只需简单安装，接上水、电即可投入使用。

与将制冷系统的各个设备分散安装在机房之内的各部位，再用很长的管道连接在一起的布置方式相比，不仅选型设计和安装调试大为简捷，节省占地而积，而且操作管理也方便，在很大程度上提高了设备运行的可靠性、安全性和经济性。

因此，在工程设计中应优先选用制冷机组。

采用水作为被冷却介质的制冷机组称为冷水机组。

目前.空调工程中应用最多的是蒸汽压缩式冷水机组和溴化锂吸收式冷水机组。

●冷水机组的分类：

（l）按压缩机的形式分类。

中央空调使用的压缩机有活塞式、螺杆式和离心式三种，以活塞式压缩机为最多。

（2）按冷凝器冷却方式分类。

按冷凝器的冷却方式可分为水冷式、风冷式和蒸发冷却式三种。

（3）按能量利用方式分类。

按能量利用方式可分为单冷型、热泵型、热回收烈单冷、冰蓄冷双功能型等，常用的中央空调一般为热泵型[7]。

（4）按密封方式分类。

按密封方式可分为全封闭式、半封闭式和开启式三种。

（5）按能量补偿方式分类。

按能量补偿可分为压缩式和吸收式两种，压缩式即利用电力补偿，吸收式即利用燃料补偿。

目前我国使用的空调几乎都为电力补偿式。

（6）按热源分类。

在吸收式空调系统中，按其热源的不同可分为热水泵、蒸汽型和直燃型三种。

所使用的燃料有柴油、煤油、汽油和天然气。

（7）按制冷剂分类。

中央空调使用的制冷剂有氟制冷剂（R22、R123和R134a）和氮制冷剂两种。

目前使用R22的机型为最多。

（8）按冷水出水温度分类。

按冷水出水温度可分为7℃、10℃、13℃和15℃几种。

●中央空调使用的制冷压缩机类型：

中央空调采用的制冷压缩机按其热力学原理，可分为容积型压缩机和速度型压缩机两大类。

其中，容积型压缩机又分为往复式和回转式两种结构。

回转式按其结构特点分为滚动转子式、滑片转子式、螺杆式和旋涡式几种。

速度型压缩机主要是指离心式压缩机[7]。

容积型制冷压缩机山于具有利用率高，工况自适应性强、重量轻、体积小和噪声低等特点xyt13wt目前在家用中央空调中得到广泛应用。

其中往复式制冷压缩机、滚动转子式制冷压缩机、滑片转子式制冷压缩机、螺杆式和旋涡式制冷压缩机已成为主流产品。

螺杆式制冷压缩机一般用于大、中型机组，在小型机组中则较少使用。

3.3冷却塔

冷却塔是利用空气同水的接触（直接或间接）来冷却水的设备。

是以水为循环冷却剂，从一系统中吸收热量并排放至大气中，从而降低塔内循环水的温度，制造冷却水可循环使用的设备。

冷却塔是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来散去工业上或制冷空调中产生的余热来降低水温的蒸发散热装置，以保证系统的正常运行，装置一般为桶状，故名为冷却塔[7]。

3.4冷却泵

冷却循环水系统将常温水通过冷却水泵泵入冷凝器热交换盘管后，再将这已变热的冷却水送到冷却塔上，由冷却塔对其进行自然冷却或通过冷却塔风机对其进行喷淋式强迫风冷，与大气之间进行充分热交换，使冷却水变回常温，以便再循环使用[7]。

3.5冷冻泵

制冷压缩机组通过压缩机将空调制冷剂（冷媒介质如R134a、R22等）压缩成液态后送蒸发器中，冷冻循环水系统通过冷冻水泵将常温水泵入蒸发器盘管中与冷媒进行间接热交换，这样原来的常温水就变成了低温冷冻水，冷冻水被送到各风机风口的冷却盘管中吸收盘管周围的空气热量，产生的低温空气由盘管风机吹送到各个房间，从而达到降温的目的[7]。

3.6风机盘管

风机盘管机体结构紧凑，坚固耐用，通常采用优质镀锌板机壳，冷凝水盘采用模压工艺一体成型，无焊缝、焊点、符合防火规范的保温材料整体连接于水盘。

排水管及线路安装简便，左右接管及回风方式可随时变换，以配合现场情况。

风机盘管通常胀管工艺，增加了换热器铜管和铝箔的紧密接触，传热性能好；合理的风机与气流结构设计，优质的吸音保温材料，使机组噪音低于国家标准1-3dB（A）；风机盘管能耗低；风机与换热器合理匹配，三档可调风量，使风机用电最省。

风机盘管主要依靠风机的强制作用，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作用，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，新风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。

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、医院、饭店、工厂、医院、展览馆、商场以及办公大楼等多房间或大空间工业和民用建筑的空调场合。

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[7]。

3.7本章小结

本章主要讲述了中央空调的工作原理，以及设计中的主要设备的功能和技术简介。

使读者明白本设计大体上有哪些设备，以及设计要达到的功能和效果。

4FameView监控画面制作

4.1画面制作方法简介

●绘制画面

打开FameView,新建一个项目，输入项目名称，新建项目完毕会回到FameView组态软件管理器界面，选择画面显示，双击画面制作，打开画面制作界面（如图4.1所示），菜单栏下面的是工具箱，内有常用的新建画面、保存、成组、拆分、对齐、VB脚本函数、运行画面等按钮，想要操作只需单击对应按钮就可以了。

画面右边的是组件箱，内有常用的控件、图形库。

单击某类组件，会展开菜单，组件箱列出了几乎所有我们要用的组件和图形，方面使用。

使用控件，只要鼠标左键点击选择该控件，然后按住鼠标左键在画面上向右下角拖动，就可以画出该控件，并弹出控件属性设置对话框。

如果要用到图形库里面的图形，可以进入图形库找到相应的图形，然后双击该图形，在回到画面制作界面，在界面上单击就有该图形了。

图4.1画面制作界面