中央空调节能控制系统毕业设计.docx

中央空调节能控制系统毕业设计.docx

《中央空调节能控制系统毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中央空调节能控制系统毕业设计.docx（55页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

中央空调节能控制系统毕业设计

第一章绪论

1.1中央空调节能研究背景

随着中国经济的发展和人民生活水平的提高，空调作为一款重要的家用电器，在国民经济生产和人们社会生活中扮演的角色也越来越重要。

中国空调工业在发展的同时，一些问题也日益显露出来。

特别是空调行业规范标准不健全，生产企业繁多但未能相成规模效应，科研开发能力弱，市场培育能力差，产品的附加值低等导致经营效益不佳，严重制约了行业的进一步发展和品质的提高。

与此同时，我国的建设业保持迅速的增长，平均每年增长15～20%。

GDP的增长每年超过7%。

在今后几年里，国外私营资本的继续不断进入，以及2008奥运会和2010上海博览会推动了北京和上海的发展，促使中央空调有了较大发展。

因此，中国空调企业必须抓住新的发展形势，加大科技创新，注重空调节能，提高技术含量，加强自主研发能力，打造有效推广策略，对空调行业的国家标准进行统一规划，只有这样才能在新形势下立于不败之地。

1.2中央空调节能研究意义

我国民用、公用及商用建筑的中央空调普遍存在着能耗高的问题,一般中央空调的能耗约占整个建筑总能耗的50%,而商场和综合大楼更高达60%以上[1]。

随着电能紧缺问题的日益严重,节能技术已被政府、各行各业所重视并推崇。

现代高层建筑及智能大厦的飞速发展,中央空调由于其高能耗性已成为令人最为关注的难题之一,其节能技术的研究日益加强。

1.3中央空调耗能原因

引起水系统高能耗运行的原因有多方面，诸如设计规范、设计计算、水泵质量、工程安装及运行管理等等，主要表现在以下几个方面：

1.系统设计选用的水泵偏大（大马拉小车），引起水泵处于“大流量、低效率、高功耗”的不利工况运行。

2.对于有多台水泵并联或串联的较为复杂系统，运行配置不合理，增加水送能耗。

3.系统回路水力严重不平衡，或存在局部阻力偏高的不正常现象，增加水送能耗。

4.系统回路漏渗，增加无效流量，增加水泵能耗。

5.水泵质量偏差，效率偏低，增加能耗[10]。

可以通过流体力学计算来说明高能耗的程度及节电潜力。

对闭式循环管路系统，输送能耗可以从水泵轴功率计算得出：

N=γ·Q·H/η=K·Q3/367·η,（KW）（1-3-1）

式中：

N为水泵功率KW，Q为扬程地流量m3/h，η为水泵的效率，K为管路特性阻抗（在管路及阀门开启不变前提下是常数）。

由此可以看出，输送能耗完全可以从水泵流量和水泵效率计算出，与流量的三次方成正比,与水泵运行时效率成反比。

对开环式循环管路系统，计算相仿[8]。

举例说明：

100万kcal/h氟冷水机冷冻水额定流量200M3/h，冷却水为240T/h，选用的水泵名牌流量Q=200M3/h，最佳工况运行的效率η1=0.75，那么最佳工况运行的水送能耗：

N1=K·Q3/367·η=K·2003/367×0.75，（KW）（1-3-2）

如果冷冻水泵选用偏大，按水泵运行性能特性，势必处于大流量、低效率的点运行，在实际运行当中流量就不是200M3/h而是300M3/h，同时引起水泵效率降低到η2=0.6，那么实际运行的水送能耗：

N2=K·Q3/367·η=K·3003/367×0.6，（KW）（1-3-3）

 两者能耗比为：

N2/N1=3003×0.75/2003×0.6=4.2

从中可以看出水泵实际运行（300M3/h）的能耗是最佳工况运行（200M3/h）能耗的4.2倍，即说明有75%的能耗是白白浪费的，同时也说明节电潜力有75%。

1.4中央空调节能原理

解决空调水系统高能耗的主要方法：

1.根据电机额定电流，调节水泵出口阀门，单纯地让水泵恢复到额定功率运行。

这种方法，尤如“一边踏油门，一边踩刹车”，只能减少过载部分功率，起到保护水泵电机正常运转作用。

2.切割水泵叶轮，直接降低流量、降低运行功率。

这种方法只有在过载现象严重情况下使用，但叶轮切割后，水泵效率也随之降低，况且叶轮靠估算切割准确度差，成功率不高。

3.采用变频技术。

变频技术根据“频率、转速、流量”三者成线性关系，通过改变频率来调节流量，同时达到降低能耗目的。

变频技术应用于末端流量精确配送，或变流量的系统流量微调，作用非常明显。

由水泵、风机的工作原理可知：

水泵、风机的流量（风量）与其转速成正比；水泵、风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比，而水泵、风机的轴功率等于流量与压力的乘积，故水泵、风机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、风机的转速就可改变水泵、风机的功率[18]。

例如：

将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729*P50（P为电机轴功率）；将供电频率由50Hz降为40Hz，则P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512*P50（P为电机轴功率）。

在现有的大多数中央空调中,由于其中的压缩机自身带有PLC可以实现自行控制,所以对中央空调中的其它部分进行控制就是我们所要研究的重点[27]，而其它部分如冷冻循环水系统、冷却循环水系统和冷却塔风机系统等的容量大多是按照建筑物最大制冷、制热负荷需求选定的,且留有充足余量[26]。

无论季节、昼夜和用户负荷怎样变化,各电机都长期固定在工频状态下全速运行,其能量的浪费是显而易见的。

所以节约中央空调在低负荷时冷冻水循环系统、冷却水循环系统和冷却塔风机系统的电能消耗,具有极其重要的经济意义。

第2章中央空调

2.1中央空调的种类

在我国，家用空调和中央空调本是两个独立的概念。

家用空调一般是指窗式机、分体壁挂式等用于家庭单个空间的空调机组；而中央空调则是指具有集中的冷／热源和冷／热媒的空调系统，主要应用于宾馆、写字楼等，能够为较多的独立划分的空间提供冷量和热量的空调系统。

中央空调几乎不存在上述问题：

由于冷源集中，中央空调的能效比一般在4～5。

多风口的送风和回风可以保证室内有良好的空气流场和温度场；由于远离制冷机房，所以噪音污染得到有效的抑止；可以加入新风并通过及时更换过滤器，保证室内空气质量；鉴于上述原因。

家用空调中央化的方案引起了业界的关注，陆续提出了“户式中央空调”或“小型家用中央空调”等概念。

按照中央空调的输送介质的不同，常见的有三种型式：

风管式系统、冷／热水机组和VRV（变制冷剂流量）系统。

据专家介绍,现在建的写字楼项目空调系统主要分为三大类:

普通分体式空调、大型中央空调、小型商务中央空调。

分体式空调主要在住宅和低品质写字楼项目中应用，分为室内、室外机两部分。

应用在写字楼中主要优点是易于装修改造，单独控制温度及计量耗电量；缺点是，外挂机不美观且室内空气质量差，冷热气流不均匀。

大型中央空调单独设置空调机房，由风道将处理后的空气送入各办公空间。

主要优点是楼宇外立面美观，室内基本无噪音；缺点是风道占用空间且不易于改装，难实现分别计量和控制，容易造成能源浪费。

小型商务中央空调即户式中央空调，适用于较小的或分隔式的办公空间，如600平米以内的房间。

且通过技术可引入新风系统，实现分户控制与计量，易于室内装修改造。

在国外应用较为普遍，也正逐渐为国内许多写字楼项目采用。

该产品缺点在于初始投资达，安装、维护技术要求较高。

而现使用的小型商务空调主要分为三类：

风管式系统、冷/热水机组、制冷剂系统。

2.1.1风管式系统

风管式系统以空气为输送介质，其原理与大型全空气中央空调系统的原理基本相同。

它利用室外主机集中产生冷／热量，将从室内引回的回风（或回风和新风的混风）进行冷却加热处理后，再送人室内消除其空调冷／热负荷。

相对于其它的家用小型中央空调型式，风管式系统最初投资较小。

如若引人新风，其空气品质能得到较大的改善。

但风管式系统的空气传输分配系统所占用建筑物空间较大，一般要求住宅要有较大的层高。

而且它采用统一送风的方式，在没有变风量末端的情况下，难以满足不同的房间不同的空调负荷要求。

而变风量末端的引人将会使整个空调系统的最初投资大大增加。

风管式系统易引入新风系统，初始投资较小；但占用空间，需较大层高；要实现各房间分别控制需安装变风量末端。

2.1.2冷/热水机组

冷/热水机组的输送介质通常为水或乙二醇溶液。

它通过室外主机产生空调冷/热水，由管路系统输送至室内的各末端装置，在末端装置的致冷/热水与室内空气进行热量交换，产生出冷/热风，从而消除房间空调负荷。

它是一种集中产生冷/热量，但分散处理各房间负荷的空调系统型式。

 冷/热水机组通过末端装置（通常为风机盘管）可调节送入室内的冷/热量，分别满足不同的房间的要求，其节能性很好，且其输配系统占用空间小，易于改装。

缺点是难以引入新风系统。

制冷剂系统也称多联式空调系统，其末端是由直接蒸发式散热器和风机组成的市内机。

使每个单元均可单独控制，先进的变频技术保证了空调的节能性和舒适性。

简单精细的冷冻管配以超薄的室内机，可令对层高的要求降到最低。

总的来说监控和计量都非常方便。

但对材料和工艺都要求较高，初始投资较高。

2.1.3VAV或VRV空调系统

现在市场上许多高档写字楼项目均采用VAV或VRV空调系统

VAV（VariableAirVolume即变风量空调系统），实质是在保持空调送风温度的前提下，根据空调房间内实际温度的变化来调节空调送风量，达到控制房间温度的目的。

末端装置及其所带风口用软管连接，易于装修或二次改造。

近年美国学者提出新概念，TRAV（TerminalRegulatedAirVolume，末端调节的变风量系统），和VAV一样也是一种变风量系统，通过调节风量来创造舒适环境，但TRAV不采用VAV中的静压调节，而由末端装置直接控制送风机。

在相同的流量下，TRAV系统所要求的风机功率要VAV系统低得多。

2.2中央空调的工作原理

中央空调主要由制冷机组、水泵与空调水系统、空调末端设备与送风系统及调节控制系统等部分组成。

制冷主机根据压缩、膨胀（或浓缩、蒸发）的放、吸热原理，通过消耗电能（或热能）来完成室内外高位和低位热能的转移，即通过冷冻水系统向室内空调末端设备提供冷源，同时通过冷却水系统把产生的热量带到冷却塔扇风冷却并被排到室外。

空调末端设备以风作为介质，通过再次冷热交换，最终通过送风系统把冷量释放到需要空调的房间中，起到空气调节作用[8]。

空调水系统、送风系统主要起冷（热）量输送及合理分布作用。

冬季由锅炉取代制冷主机供应热源，原理与此相同。

2．2．1冷／热水机组形式家用中央空调原理

这里以冷／热水机组形式家用中央空调为例说明空调的工作原理。

冷／热水机组的制冷剂循环与普通家用空调和VRV形式的家用中央空调的不同在于：

冷／热水机组通过水冷换热器将制冷剂的冷／热量传给专门的输送介质（载冷剂，这种载冷剂通常为水）送到用户端。

冷／热水机组的载冷剂循环为：

从各用户换热器返回的高／低温（供冷时为高温，供热时为低温）回水在集水器中混合，经空调水泵加压送入水冷换热器中换热成为低／高温（供冷时为低温，供热时为高温）载冷剂进入分水器，再由分水器分流进入各

图2-2-1、冷／热水机组形式的家用中央空调原理图

空调空间的供水管路，供水在各房间的换热设备（譬如：

风机盘管）中向空调空间释放

图2-1-2、为冷／热水机组形式家用中央空调控制原理图

冷／热量后成为／低温回水由回水管路回到集水器中，进入下一循环。

如图2-2-1。

2．2．2冷／热水机组形式家用中央空调的控制原理

  冷／热水机组形式家用中央空调的控制原理与风机盘管中央空调系统基本类似。

图2-1-2为冷／热水机组形式家用中央空调控制原理图，图中E为执行器、C为控制器、T为温度测点。

冷／热水机组的控制方式如下：

每个空调房间有自己独立的温度控制器，用户可根据需要设定室温度控制器上的温度传感器及时感知该房间的温度，温度控制器根据该温度和设定室温的差