中央空調(diào)節(jié)能設(shè)計方案_畢業(yè)論文.doc

目錄摘 要隨著近年來經(jīng)濟的迅速增長，中國的能源形勢日益嚴(yán)峻，能源的供給已經(jīng)成為了經(jīng)濟增長的瓶頸，各行各業(yè)越來越認(rèn)識到節(jié)能的重大意義。節(jié)約能源，建設(shè)節(jié)能型社會已經(jīng)成為我國經(jīng)濟社會發(fā)展的必然選擇。當(dāng)前我國建筑能耗約占社會總能耗的30%，其中中央空調(diào)能耗占整個建筑物運行能耗的60%左右。中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制在節(jié)能領(lǐng)域具有非常重要的地位。本文基于變頻器設(shè)計并實現(xiàn)了一套能有效實現(xiàn)中央空調(diào)節(jié)能的控制系統(tǒng)。本文簡述了模塊式中央空調(diào)控制系統(tǒng)的工作原理， 詳細(xì)介紹了該節(jié)能控制系統(tǒng)的原理圖、電路圖、和該模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)配置，并簡述了其軟件系統(tǒng)的設(shè)計。該控制系統(tǒng)是在對現(xiàn)有中央空調(diào)工作原理及現(xiàn)有的各種中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)研究和分析基礎(chǔ)上，設(shè)計并實現(xiàn)的， 其性能可靠， 節(jié)電效果顯著。本文還為某一圖書館設(shè)計了此中央空調(diào)控制系統(tǒng)，并討論了中央空調(diào)節(jié)能原理：環(huán)境溫度通過溫控器反饋給變頻器，從而通過變頻器頻率變化來調(diào)節(jié)風(fēng)機、水泵電動機轉(zhuǎn)速，隨電動機轉(zhuǎn)速變化使風(fēng)機、水泵的風(fēng)量、流量隨之變化，從而來達(dá)到節(jié)能的目的。關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；節(jié)能系統(tǒng)；變頻器；PLC49目錄AbstractAlong with the rapid economic growth in recent years, Chinas energy situation becomes increasingly serious, energy supply has become the bottleneck of the economic growth, various industries increasingly recognized the significance of energy conservation. To save energy, building energy-saving society has become Chinas economic and social development of the inevitable choice. The current our country building energy consumption accounts for about 30% of the total energy consumption society, including central air conditioning of the total energy consumption of building the operating energy consumption around 60%. The central air conditioning system in energy saving energy control is a very important position.Based on the inverter is designed and realized a set of effective energy saving realize central air conditioning control system. This paper briefly describes the module type central air conditioning control system was introduced, the principle of energy control system principle diagram, diagram, and this module type air-conditioner system configuration of the control system, and introduces the hardware design of the software system. This control system is on existing central air conditioning working principle and all kinds of existing central air conditioning energy-saving control system based on detailed research and analysis, design and implementation, its reliable performance and power saving effect is remarkable.This paper also for a library design the central air conditioning control system, and discusses the central air-conditioning energy saving principles: environmental temperature through the thermostat, and feedback to the inverter frequency changes to adjust by the frequency, the rotation fans and pumps with motor speed changes that the fans and pumps air, flow change, thus to achieve the purpose of saving energy.Keywords: Central air-conditioner；Energy-saving system；Transducer；PLC目錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1課題背景11.2問題的提出21.2.1普通系統(tǒng)簡介21.2.2普通系統(tǒng)的運行及存在問題22 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能可行性分析32.1中央空調(diào)原理圖及各結(jié)構(gòu)的作用32.1.1 制冷主機：32.1.2 冷凍水泵：32.1.3 冷卻水泵：42.1.4 冷卻塔：42.1.5 風(fēng)機盤管：42.2變頻節(jié)能方式的分析42.3中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能研究現(xiàn)狀624 本課題的主要研究內(nèi)容72.5 節(jié)能的可行性分析83 中央空調(diào)系統(tǒng)主控制器83.1 PLC的發(fā)展93.2 PLC的特點10(1) 編程方法簡單易學(xué)，指令豐富10(2) 功能強，性能價格比高10(3) 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強10(4) 無觸點面配線，可靠性高，抗干擾能力強10(5)系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少10(6)維修工作量小，維修方便10(7)體積小，功耗低113.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域11(1) 開關(guān)量邏輯控制11(2) 運動控制11(3) 閉環(huán)過程控制11(4) 數(shù)據(jù)處理11(5) 通訊聯(lián)網(wǎng)113.4 PLC的組成124基于PLC控制的中央空調(diào)系統(tǒng)134.1系統(tǒng)簡介134.1.1中央空調(diào)系統(tǒng)簡介134.1.2工藝流程154.1.3控制要求154.1.4設(shè)計原則15（1）最大限度地滿足被控對象的控制要求15（2）保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠16（3）力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便16（4）適應(yīng)發(fā)展的需要165 某圖書館中央空調(diào)變頻節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計175.1 概述175.2 負(fù)荷計算175.3 中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計196 中央空調(diào)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計216.1 硬件電路設(shè)計216.1.1 PLC選型216.1.2 PLC的I/O資源配置266.1.3 其他資源配置286.2 系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視與控制326.2.1 監(jiān)控組態(tài)軟件的簡介326.2.2 對控制系統(tǒng)的監(jiān)控337 中央空調(diào)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計347.1 總體流程設(shè)計手動控制模式347.2 自動控制模式397.2.5壓縮機啟停順序生成及實現(xiàn)417.2.6參數(shù)設(shè)置、顯示、保護(hù)、報警等功能實現(xiàn)418 控制系統(tǒng)設(shè)計中的問題及解決辦法418.1 硬件方面的問題及解決辦法418.2 軟件方面的問題及解決辦法42結(jié)論43致謝44參考文獻(xiàn)45附錄461 緒論1.1課題背景中央空調(diào)是現(xiàn)代大型建筑物如賓館、商場、辦公樓、居民小區(qū)、工廠和其它大型建筑不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施之一，它能帶給人們四季如春，溫馨舒適的每一天。中央空調(diào)是一種通過集中制冷，然后分別將冷量輸送到各空調(diào)房間的設(shè)備，以調(diào)節(jié)各個空調(diào)房間內(nèi)溫度達(dá)到適合人辦公或者生活。 作為建筑內(nèi)部重點耗能設(shè)備，中央空調(diào)系統(tǒng)的耗電一般要占整座建筑電耗的40%以上。而中央空調(diào)機組是以滿足使用場所的最大冷熱量來進(jìn)行設(shè)計的，而在實際應(yīng)用中絕大多數(shù)用戶在使用時，冷熱負(fù)荷是變化的，一般與最大設(shè)計供冷熱量存在著很大的差異，系統(tǒng)各部分90%以上運行在非滿載額定狀態(tài)。傳統(tǒng)的中央空調(diào)水、風(fēng)系統(tǒng)均采用調(diào)節(jié)閥門或風(fēng)門開度的方式來調(diào)節(jié)水量和風(fēng)量，這種調(diào)節(jié)方式的缺點不僅是消耗大量能量，而且調(diào)節(jié)品質(zhì)難以達(dá)到理想狀態(tài)而導(dǎo)致空調(diào)的舒適度不良。中央空調(diào)變頻節(jié)能改造投資價值極高，用戶用于該產(chǎn)品的全部投資，可在很短的時間內(nèi)通過減少能耗支出予以回收。投資收益率根據(jù)日運行時間不同，在2540%之間。 應(yīng)用交流變頻技術(shù)通過對中央空調(diào)的末端空調(diào)風(fēng)機箱、冷卻塔風(fēng)機、冷凍水/冷卻水水泵、甚至主機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速等進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，從而使空調(diào)各子系統(tǒng)風(fēng)量、水流量等負(fù)荷工況參數(shù)按負(fù)荷情況得到適時調(diào)節(jié)，不但能改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，達(dá)到閥門、風(fēng)門節(jié)/回流調(diào)節(jié)、變極調(diào)速等落后調(diào)節(jié)方式所不能相比的調(diào)節(jié)性能，改善空調(diào)的舒適性；更能達(dá)到節(jié)約大量電能，降低設(shè)備運行噪聲，延長設(shè)備使用壽命、減輕設(shè)備維護(hù)工作量及費用的理想運行效果。通過變頻控制調(diào)節(jié)，中央空調(diào)系統(tǒng)的水、風(fēng)系統(tǒng)耗電水平可降低30%60%，主機系統(tǒng)可節(jié)電10%以上，總體系統(tǒng)節(jié)電可達(dá)40%左右。用戶可在設(shè)備投運后幾個運行期后，即可從節(jié)省的電費支出中收回投資。因此中央空調(diào)用戶應(yīng)用變頻節(jié)能控制系統(tǒng)不僅有著良好的直接經(jīng)濟收益，還能達(dá)到節(jié)約能源消耗，有利于環(huán)境保護(hù)的社會效益。河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書1.2問題的提出1.2.1普通系統(tǒng)簡介中央空調(diào)一般包含以下組成部分：制冷系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)以及風(fēng)機盤管系統(tǒng)，某些高級中央空調(diào)系統(tǒng)還有新風(fēng)機，通過控制室內(nèi)CO2含量適量引入室外新風(fēng)，讓在室內(nèi)活動的人感到舒適。中央空調(diào)系統(tǒng)改造前的主要設(shè)備和控制方式：450冷噸冷氣主機2臺，型號為特靈二極式離心機，兩臺并聯(lián)運行；冷凍水泵和冷卻水泵各有3臺，型號均為TS-200-150315，揚程32米，配用功率37KW。均采用兩用一備的方式運行。冷卻塔3臺，風(fēng)扇電機7.5KW，并聯(lián)運行。1.2.2普通系統(tǒng)的運行及存在問題由于中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時必須按天氣最熱、負(fù)荷最大時設(shè)計，且留有10%-20%左右的設(shè)計余量。其中冷凍主機可以根據(jù)負(fù)載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負(fù)載變化作出相應(yīng)的調(diào)節(jié)。這樣，冷凍水、冷卻水系統(tǒng)幾乎長期在大流量、小溫差的狀態(tài)下運行，造成了能量的極大浪費。而且冷凍、冷卻水泵采用的均是Y起動方式，電機的起動電流均為其額定電流的34倍，在如此大的電流沖擊下，接觸器的使用壽命大大下降；同時，啟動時的機械沖擊和停泵時的水錘現(xiàn)象，容易對機械器件、軸承、閥門和管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備件費用。另外,由于冷凍泵軸輸送的冷量不能跟隨系統(tǒng)實際負(fù)荷的變化，其熱力工況的平衡只能由人工調(diào)整冷凍主機出水溫度，以及大流量小溫差來掩蓋。這樣，不僅浪費能量，也惡化了系統(tǒng)的運行環(huán)境、運行質(zhì)量。特別是在環(huán)境溫度偏低、某些末端設(shè)備溫控稍有失靈或靈敏度不高時，將會導(dǎo)致大面積空調(diào)室溫偏冷，感覺不適，嚴(yán)重干擾中央空調(diào)系統(tǒng)的運行質(zhì)量。因為空調(diào)偏冷的問題經(jīng)常遇到各種想不到的問題造成不少人力資源的浪費。本人提出：“利用變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度模塊、溫度傳感器等構(gòu)成的溫差閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng)。對冷凍、冷卻水泵進(jìn)行改造，以節(jié)約電能。” 2 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能可行性分析2.1中央空調(diào)原理圖及各結(jié)構(gòu)的作用圖2-1 中央空調(diào)結(jié)構(gòu)原理圖2.1.1 制冷主機：制冷主機通過壓縮機讓制冷劑迅速冷凍循環(huán)水的溫度快速降低（一般經(jīng)過制冷主機制冷后的水溫在7左右），這是中央空調(diào)冷源提供的地方，通過制冷主機冷凍的冷媒水由冷凍水泵送入空調(diào)房間。2.1.2 冷凍水泵：制冷主機的制冷劑被降到冷卻水的溫度后，經(jīng)過節(jié)流閥，溫度變的更低，這時用水將冷量帶走，這部分水稱為冷凍水，冷凍水帶走制冷劑的冷量后，再到空調(diào)系統(tǒng)末端（如風(fēng)機盤管，空調(diào)機組）與空氣換熱，溫度升高后再回到冷水機組內(nèi)帶走制冷劑冷量，這樣構(gòu)成冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)上的泵稱為冷凍水泵。2.1.3 冷卻水泵：制冷劑在冷水機組里循環(huán)，經(jīng)過壓縮機是溫度升高，這時用水將溫度降下來，這部分水稱為冷卻水，冷卻水通過冷冷卻水泵把制冷主機所產(chǎn)生的熱量帶走，再經(jīng)過冷卻塔把熱量釋放到空氣中，然后回到冷水機組，這樣構(gòu)成一個冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)上的泵是冷卻水泵。要清楚，空調(diào)系統(tǒng)通過三個循環(huán)把室內(nèi)的熱量傳到室外：冷凍水循環(huán)，制冷劑循環(huán)，冷卻水循環(huán)。2.1.4 冷卻塔：冷卻塔是利用水和空氣的接觸，通過蒸發(fā)作用來散去制冷主機所產(chǎn)生的廢熱的一種設(shè)備。通過冷卻水泵將溫度較高的水送上冷卻塔，通過冷卻塔噴頭，讓水自上而下流動，一方面，通過自然空氣帶走水中熱量；另一方面，通過冷卻風(fēng)機帶動空氣加速運動，通過空氣帶走熱量的同時加快蒸發(fā)，讓水溫降低。溫度降低后的冷卻水再次循環(huán)進(jìn)入制冷主機，帶走制冷主機產(chǎn)生的廢熱，如此循環(huán)。2.1.5 風(fēng)機盤管：豐機盤管空調(diào)系統(tǒng)是將由風(fēng)機和盤管組成的機組直接放在房間內(nèi)，工作時盤管內(nèi)根據(jù)需要流動熱水或冷水，風(fēng)機把室內(nèi)空氣吸進(jìn)機組，經(jīng)過過濾后再經(jīng)盤管冷卻或加熱后送回室內(nèi)，如此循環(huán)以達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度的目的。2.2變頻節(jié)能方式的分析（1）變頻器工作原理簡介變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。低壓變頻器主要采用交直交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。通過變頻器可以自由調(diào)節(jié)電機的速度。如圖3-1為變頻器內(nèi)的控制電路框圖。圖3-1 變頻器內(nèi)的控制電路框圖（2）變頻節(jié)能分析變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n =60 f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù)）；通過改變電動機工作電源頻率達(dá)到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。通過流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Qn ，Hn2，Pn3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。如圖3-2所示為壓力H-流量Q曲線特性圖:風(fēng)機、泵類在管路特性曲線R1工作時，工況點為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時風(fēng)機、泵類所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小流量到Q2，實際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機、泵類的工作點移到R2上的B點，壓力增大到H2，這時風(fēng)機、泵類所需的功率正比于H2與Q2的乘積，即正比于BH2OQ2的面積。顯然風(fēng)機、泵類所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運行成本換取簡單控制方式。圖3-2 壓力H-流量Q曲線特性圖n1-代表電機在額定轉(zhuǎn)速運行時的特性；n2-代表電機降速運行在n2轉(zhuǎn)速時的特性；R1-代表風(fēng)機、泵類管路阻力最小時的阻力特性；R2-代表風(fēng)機、泵類管路阻力增大到某一數(shù)組時的阻力特性。若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調(diào)速后風(fēng)機所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。對于風(fēng)機、泵類設(shè)備采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果，通常采用以下兩種方式進(jìn)行計算：若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調(diào)速后風(fēng)機所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖3-2可見功率的減少是明顯的。2.3中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能研究現(xiàn)狀 （1）冷卻水系統(tǒng)的不足從設(shè)計角度考慮，冷卻水泵電機的容量是按照最大換熱量(即環(huán)境氣溫最高、且所有場所的空調(diào)都開足)的情況下，再取一定的安全系數(shù)來確定的。而通常情況下，由于季節(jié)和晝夜氣溫的變化以及開機數(shù)目的不足，實際換熱量遠(yuǎn)小于設(shè)計值，因此，電機容量遠(yuǎn)大于實際負(fù)荷，出現(xiàn)了大馬拉小車的情況。再從冷卻水流量考慮，冷卻水的作用是要及時將冷凝器中的熱量帶走，以保證制冷機能正常工作。從節(jié)能的角度看，只要能保證制冷機能正常工作，冷卻水流量越小，所做的無用功就越少，節(jié)能也就越明顯。根據(jù)流量公式Q=SV，過去由于交流電機的轉(zhuǎn)速不可調(diào)，只能通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥、改變管道截面積S的方式來調(diào)節(jié)流量Q，節(jié)流閥的存在對水流產(chǎn)生阻力，從而產(chǎn)生節(jié)流損耗，并且會引起機械振動和產(chǎn)生噪音。（2）冷凍水系統(tǒng)的不足冷凍水泵的作用是將經(jīng)制冷機降溫的冷凍水通過輸送管道送到中央空調(diào)的各出風(fēng)口處的風(fēng)機盤管組件中，對環(huán)境起降溫作用，冷凍水的流量與冷凍水泵的轉(zhuǎn)速成正比，當(dāng)冷凍水泵轉(zhuǎn)速高時，冷凍水的流量大，流速也快。因此，當(dāng)冷凍水流過風(fēng)機盤管組件時，還沒有充分的時間將所攜冷量全部釋放完，就又返回到制冷機去了，因此冷凍水泵電機做了很多無用功，這些都是不必要的能耗。若能夠調(diào)節(jié)冷凍水泵電機的轉(zhuǎn)速，根據(jù)實際熱負(fù)荷的大小來調(diào)節(jié)冷凍水的流量(實際上是調(diào)節(jié)交換冷量的大小)和流速，以便讓冷凍水在風(fēng)機盤管組件中有充分的時間釋放與熱負(fù)荷大小相當(dāng)?shù)睦淞?，冷凍水泵電機的功耗可大大降低。中央空調(diào)雖然存在以上不足，但因其在保持大樓立面外觀、保證室內(nèi)空氣品質(zhì)和綜合空調(diào)效果等方面的優(yōu)越性而一直是空調(diào)方案的首選，廣泛采用中央空調(diào)系統(tǒng)的同時，節(jié)能問題不容忽視。不同的中央空調(diào)系統(tǒng)，分別有各自具體的節(jié)能措施，例如：對于辦公樓中央空調(diào)系統(tǒng)，它的使用特點是上班時人員集中、而下班后僅極少部分人員加班。目前常用的辦公樓中央空調(diào)系統(tǒng)在一定程度上存在著使用不靈活、能耗較大的問題。對辦公樓中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造，除應(yīng)能滿足大負(fù)荷時的用冷外，還應(yīng)能高效微量供冷。對于家用中央空調(diào)系統(tǒng)，其存在的問題包括：由于沒有住宅中央空調(diào)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，很多工程都不能進(jìn)行科學(xué)合理的計算，而是參照公共建筑的冷熱量指標(biāo)進(jìn)行估算，這樣勢必造成設(shè)備容量選擇偏大，從而造成初投資和能源的浪費；我國居民的消費習(xí)慣使得家用中央空調(diào)的同時使用系數(shù)低，這就要求機組具有良好的住宅負(fù)荷跟蹤特性，而現(xiàn)有產(chǎn)品很少可以滿足。對它的節(jié)能改造，可以是在滿足住宅室內(nèi)熱環(huán)境舒適的前提下，降低采暖空調(diào)能耗。對于旅游飯店中央空調(diào)系統(tǒng)，它的節(jié)能問題應(yīng)從建筑設(shè)計、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計和運行管理等三方面綜合分析，采取相應(yīng)的對策和措施，使之既提高能量利用效率又滿足合理要求。現(xiàn)代大樓中央空調(diào)系統(tǒng)，它的節(jié)能途徑是：合理匹配中央空調(diào)系統(tǒng)的裝機容量，系統(tǒng)在大部分時間里滿負(fù)荷或接近滿負(fù)荷工作將減小額外能耗?？照{(diào)系統(tǒng)額外能耗應(yīng)包括顯性額外能耗和隱性能耗兩種?？照{(diào)系統(tǒng)最佳啟停時刻的控制和針對負(fù)荷的不同分別選擇主機功率，對水泵進(jìn)行變頻調(diào)速和冷卻塔進(jìn)行溫控等技術(shù)手段可有效地降低系統(tǒng)的顯性額外能耗。而采取有效措施減少冷卻塔的蒸發(fā)耗水和飛水，則能明顯地減少空調(diào)系統(tǒng)的隱性能耗。當(dāng)系統(tǒng)配置固定后，主要從運行方式和加強管理方面尋求節(jié)能途徑。利用微機整體優(yōu)化控制整個中央空調(diào)系統(tǒng)各個設(shè)備有利于系統(tǒng)的整體節(jié)能，新技術(shù)的應(yīng)用也將極大地減小系統(tǒng)的能耗。商住樓中央空調(diào)系統(tǒng)，它的主要目的是創(chuàng)造一個舒適的室內(nèi)空氣環(huán)境。我國商業(yè)建筑建設(shè)量大，商業(yè)建筑的能耗也較大。因此，商業(yè)建筑節(jié)能刻不容緩、且潛力很大。常用的節(jié)能措施有：減少冷熱負(fù)荷；充分利用自然冷源；提高冷源效率；減少水泵電耗；減少管路阻力；加強管理、減少風(fēng)機(柜)電耗。24 本課題的主要研究內(nèi)容本課題是以中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制為基礎(chǔ)，經(jīng)過部分改進(jìn)，采用變頻技術(shù)實現(xiàn)對冷凍水系統(tǒng)及冷卻水系統(tǒng)的控制，采用RS一485總線通信技術(shù)，設(shè)計了中央空調(diào)變頻節(jié)能控制系統(tǒng)。研究工作的具體內(nèi)容如下:（1）對變頻技術(shù)用于大型中央空調(diào)系統(tǒng)的可行性進(jìn)行分析，以圖書館中央空調(diào)系統(tǒng)為研究對象，確定空氣處理機及冷凍冷卻循環(huán)水泵采用變頻技術(shù)的具體方案；（2）確定實施變頻節(jié)能技術(shù)改造的具體措施，在確保不影響中央空調(diào)系統(tǒng)正常運行的前提下，完成技術(shù)改造，特別是要處理好工頻和變頻之間的相互切換問題；（3）進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟分析，核算技術(shù)改造的總投資和產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，對所進(jìn)行的變頻節(jié)能技術(shù)改造的經(jīng)濟性作出評價。2.5 節(jié)能的可行性分析風(fēng)機水泵類負(fù)載：P（負(fù)載）=Q（流量）H（揚程），當(dāng)電機轉(zhuǎn)速從N降至N時，流量Q，揚程H及軸功率P的關(guān)系如下：Q=Q（N） H=H（）2， P=P（）3根據(jù)上面公式可以看出，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速下降時，流量按線性關(guān)系變化，而電功率按立方關(guān)系方式變化，例如，電機功率為15KW，當(dāng)其轉(zhuǎn)速為原來的4/5時，耗電功率為7.68KW，即耗電為原來的51.2%，節(jié)電48.8%，從而大大節(jié)約電能。那么根據(jù)上面的公式分析，如果我們能根據(jù)負(fù)載情況實時改變電機的轉(zhuǎn)速即可達(dá)到節(jié)能的目的。根據(jù)異步電動機原理：n=60f/p(1-s)，式中n:轉(zhuǎn)速，f:頻率，p:電機磁極對數(shù)，s:轉(zhuǎn)差率。由上式可見，調(diào)節(jié)異步電機的轉(zhuǎn)速有3種方法，改變電源頻率、改變電機磁極對數(shù)、改變轉(zhuǎn)差率。在以上調(diào)速方法中，變頻調(diào)速性能最好，調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運行效率高，也最容易控制，所以變頻調(diào)速也是目前應(yīng)用最為成熟的。3 中央空調(diào)系統(tǒng)主控制器中央空調(diào)控制系統(tǒng)主控制器采用PLC控制，由于PLC編程簡單，擴展能力強，并且程序容易修改，所以越來越多的被應(yīng)用在中央空調(diào)系統(tǒng)中，取代原來的DDC控制器，并且可通過PLC的通訊接口接入上位監(jiān)控系統(tǒng)，便于在主控室查看各節(jié)點運行狀態(tài)，并且很容易進(jìn)行電能消耗、運行時間統(tǒng)計以及故障監(jiān)視及分析。下面對PLC的發(fā)展及功能特點進(jìn)行闡述3.1 PLC的發(fā)展PLC（Programmable Logic Controller）,是一種電子裝置，早期稱為順序控制器“Sequence Controller”,1978年NEMA(National Manufacture Association)美國國家電氣協(xié)會正式命名為Programmable Logic Controller（可編過程控制器。簡稱PLC）,其定義為一種電子裝置，主要將外部的輸入裝置如：按鍵、感應(yīng)器、開關(guān)及脈沖等的狀態(tài)讀取后，依據(jù)這些輸入信號的狀態(tài)或數(shù)值并根據(jù)內(nèi)部存儲預(yù)先編寫的程序，以微處理機執(zhí)行邏輯、順序、計時、計數(shù)及算式運算，產(chǎn)生相對應(yīng)的輸出信號到輸出裝置如：繼電器（Relay）的開關(guān)，電磁閥及馬達(dá)驅(qū)動，控制機械或程序的操作，達(dá)到機械控制自動化或加工程序的目的。并籍由其外圍的裝置（計算機/程序書寫器）輕易地編輯/修改程序及監(jiān)控裝置狀態(tài)，進(jìn)行現(xiàn)場程序的維護(hù)及試機調(diào)整。PLC與繼電器控制系統(tǒng)的有很大的關(guān)系。由于在復(fù)雜的繼電器控制系統(tǒng)中，故障的查找很排除非常困難，若工藝發(fā)生變化，控制柜內(nèi)的組件與接線需作相應(yīng)的變化，這種改造的工期長，費用高，以至于有的用戶寧愿扔掉舊的控制柜，另外做一臺新的控制柜。1968年，美國最大的汽車制造廠家通用汽車公司(GM)提出了研究PLC的基本思想，即：編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu)可靠性高于繼電器控制柜體積小于繼電器控制柜成本可與繼電器控制柜競爭可將數(shù)據(jù)直接送入計算機可直接采用115V交流輸入電壓輸出采用115V交流電壓，能直接驅(qū)動電磁閥、交流接觸器等負(fù)載通用性強，擴展方便能存儲程序，存儲器容量可達(dá)4KB，1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了世界上第一臺PLC。70年代初期出現(xiàn)了微處理器，它的體積小，功能強，價格便宜，很快被用于PLC，使它的功能增強，工作速度加快，體積減小，可靠性提高，成本下降。PLC借鑒微型計算機的高級語言，采用極易為工廠電氣人員掌握的梯形圖編程語言?，F(xiàn)代可編程控制器不僅能實現(xiàn)對開關(guān)量的邏輯控制，還具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)處理、運動控制、模擬量PID控制，通訊聯(lián)網(wǎng)等功能。PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各種工業(yè)部門，其應(yīng)用范圍已擴展到樓宇自動化、家庭自動化、商業(yè)、公用事業(yè)、測試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。 隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的進(jìn)步，PLC的發(fā)展趨勢有：向高性能、高速度、大容量發(fā)展，大力發(fā)展微型PLC，不斷增強微型PLC的功能，PLC編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化，PLC與其它工業(yè)控制產(chǎn)品相互融合，PLC與個人計算機（PC）的融合，PLC與集散控制系統(tǒng)的融合，PLC與CNC的融合，大力開發(fā)智能型I/O子系統(tǒng)，LC與現(xiàn)場總線相融合，強通訊聯(lián)網(wǎng)功能3.2 PLC的特點(1) 編程方法簡單易學(xué)，指令豐富梯形圖是使用得最多的PLC的語言，其電路符號和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，并且包含一些常用的高級便利指令如PID，加減速脈沖，高速計數(shù)等。大大簡化編程工作量。(2) 功能強，性能價格比高一臺小型PLC內(nèi)有成百上千個內(nèi)部繼電器、幾十到幾百個定時器和計數(shù)器、幾十個特殊用途繼電器，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。一臺PLC可以同時控制幾臺設(shè)備，也可以通過聯(lián)網(wǎng)信，實現(xiàn)分散控制，集中管理。(3) 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強可編過程控制其產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置功用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能，不同規(guī)模的系統(tǒng)。而且PLC的安裝接線也很方便，有較強的帶負(fù)載能力，可以通過端子直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器。(4) 無觸點面配線，可靠性高，抗干擾能力強PLC用軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中的大量的中間繼電器和時間繼電器，外面僅有輸入和輸出相關(guān)的少量接線，并且采用了一系列的硬件和軟件抗干擾技術(shù)如濾波，隔離等，使之具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達(dá)到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。PLC已被廣大用戶認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。(5)系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少(6)維修工作量小，維修方便PLC的故障率很低，并且有完善的自診斷和顯示功能，用戶可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管和編程器提供的信息迅速查明故障原因并予以排除。(7)體積小，功耗低3.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域(1) 開關(guān)量邏輯控制PLC具有“與”、“或”“非”等邏輯指令，可是實現(xiàn)觸點和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進(jìn)行組合邏輯、定時控制與順序邏輯控制。開關(guān)量邏輯控制可用于單臺設(shè)備，也可以用于自動生產(chǎn)線，如機床電氣控制，沖壓機械、鑄造機械、運輸帶、包裝機械的空控制，電梯的控制，化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制，冶金系統(tǒng)的高爐上料系統(tǒng)，各種生產(chǎn)線的控制等(2) 運動控制PLC適用專用的運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置、速度和加速度進(jìn)行控制，可實現(xiàn)單軸/雙軸/三軸位置控制，是運動控制與順序控制機能有機的結(jié)合在一起。PLC的運動控制功能廣泛的用于各種機械，如金屬切削機床，機器人等。(3) 閉環(huán)過程控制過程控制指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過模擬量I/O模塊，實現(xiàn)模擬量（Analong）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換，并對模擬量實行閉環(huán)PID（比例-積分-微分）控制。PLC的模擬量PID控制控制功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于輕工、化工、冶金、電力等行業(yè)。(4) 數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC具有豐富的數(shù)據(jù)運算（包括四則運算、函數(shù)運算、矩陣運算等）、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。數(shù)據(jù)處理功能一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人柔性制造系統(tǒng)，也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品等工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。(5) 通訊聯(lián)網(wǎng)PLC的通訊包括主機與遠(yuǎn)程I/O之間的通訊，多臺PLC之間的通訊、PLC和其它智能控制設(shè)備（如計算機、變頻器、數(shù)控裝置等）之間的通訊。PLC與其它智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)（DCS,又稱集散控制系統(tǒng)）。3.4 PLC的組成PLC主要有CPU模塊，輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。圖3-1 PLC的結(jié)構(gòu)組成CPU模塊：CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟，它不斷的采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來儲存程序和數(shù)據(jù)。I/O模塊： 輸入(Input)模塊和輸出（Output）模塊統(tǒng)稱I/O模塊，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和CPU模塊的橋梁。輸入模塊主要用來接受和采集輸入信號，輸入信號包括兩類：一類是從按鈕，選擇開關(guān)，接近開關(guān)，光電開關(guān)等來的開關(guān)量輸入信號；另一類就是由電位器，測速發(fā)電機等提供的連續(xù)變化的模擬量信號。PLC通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)，另外也可以驅(qū)動指示燈、數(shù)字顯示裝置等CPU模塊的工作電壓一般是5V，而其輸入/輸出信號電壓一般較高，如DC24V和AC220V。為防止外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲損壞CPU模塊，影響其正常工作，在I/O模塊中，用光電耦合器、可控硅，小型繼電器等器件來隔離外部輸入電路和負(fù)載。I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。PLC有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運行狀態(tài)，PLC通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時響應(yīng)隨時變化的輸入信號，用戶程序不是執(zhí)行了一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至PLC停機或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)中，PLC還要完成內(nèi)部處理，通訊處理等工作，一次循環(huán)可分為5個階段。掃描過程內(nèi)部處理通信服務(wù)輸入處理程序執(zhí)行輸出處理STOPRUN圖3-2 PLC的掃描過程由于PLC采用循環(huán)掃描集中刷新的方法，導(dǎo)致輸入/輸出時間滯后，但是一般情況下，這種響應(yīng)延遲僅幾十MS，對于一般系統(tǒng)無關(guān)緊要，要是對時間有要話可以采用中斷進(jìn)行處理，例如高速計數(shù)。4基于PLC控制的中央空調(diào)系統(tǒng)4.1系統(tǒng)簡介4.1.1中央空調(diào)系統(tǒng)簡介所謂“中央空調(diào)”是由一臺主機通過風(fēng)道過風(fēng)或冷熱水管或管線連接多個末端的方式來控制不同的房間以達(dá)到室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)目的的空調(diào)。 一般酒店，大型商場用的是風(fēng)管式的中央空調(diào)，它的原理是主機通過通往各個空間區(qū)域的通風(fēng)管道將處理后的冷熱空氣輸送到位。它的優(yōu)點是成本低、操控簡便、噪音低，最主要的缺點是：各個區(qū)域（房間）控溫不準(zhǔn)確。中央空調(diào)的工作原理與家用一樣，都是利用冷媒（運輸熱量的媒質(zhì)叫冷媒）的物理原理把室內(nèi)的熱量帶到室外去達(dá)到制冷的效果。中央空調(diào)工作過程如圖4-1所示。冷卻塔空調(diào)主機風(fēng)機盤管風(fēng)機盤管冷卻泵冷凍泵圖4-1 中央空調(diào)工作過程中央空調(diào)系統(tǒng)主要由冷凍主機、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、風(fēng)機盤管系統(tǒng)、風(fēng)機和冷卻塔等組成。工作原理：冷凍主機是中央空調(diào)的致冷源，從冷凍主機流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，通過各房間的盤管，帶走房間內(nèi)的熱量，使房間內(nèi)的溫度下降。冷卻水塔為冷凍主機提供冷卻水，冷卻水經(jīng)管道盤旋流過冷凍主機后，將帶走冷凍主機所產(chǎn)生的熱量，使冷凍主機降溫。中央空調(diào)冷凍系統(tǒng)有3種控制方式：早期的繼電器控制系統(tǒng)、直接數(shù)字式控制器（Direct Digital Controller，DDC） 和PLC控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高、系統(tǒng)復(fù)雜、功耗高等明顯的缺點已逐漸被人們淘汰；DDC雖然在智能化方面有了很大的發(fā)展，但由于DDC 本身的抗干擾能力問題和分級分步式結(jié)構(gòu)的局限性限制了其應(yīng)用范圍；PLC 控制系統(tǒng)以其運行可靠、使用與維護(hù)方便、抗干擾能力強、適合新型高速網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等顯著優(yōu)點而逐步得到廣泛的應(yīng)用。4.1.2工藝流程冷水機組壓縮機把制冷劑壓縮，壓縮后的制冷劑進(jìn)入冷凝器，被冷卻水冷卻后變成液體，析出的熱量由冷卻水帶走，并在冷卻塔里排入大氣。液體制冷劑由冷凝器進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸收熱量，使冷凍水降溫，然后冷凍水進(jìn)入冷風(fēng)機盤管吸收空氣中的熱量。如此循環(huán)不已，把室內(nèi)的熱量帶出，達(dá)到降低環(huán)境溫度的目的。4.1.3控制要求控制系統(tǒng)的基本操作功能設(shè)置為手動和自動兩種選擇，手動功能主要是對設(shè)備單機試運轉(zhuǎn)和維護(hù)保養(yǎng)時所選用，而自動功能是由車間內(nèi)的各組空調(diào)處理機組或新風(fēng)機組的啟停來控制泵組工作的。在手動或自動的啟停操作時，冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵、制冷機組在設(shè)定的時間內(nèi)，按照順逆程序進(jìn)行啟動和停止，并且在任何功能中有操作錯誤時均為無效，以確保各組設(shè)備保持正常的操作狀態(tài)。主要的控制要求有以下幾點：（1）測量冷凍水供回水溫度及流量，從而計算空調(diào)實際的冷負(fù)荷，根據(jù)實際的冷負(fù)荷來決定冷水機組的開啟臺數(shù)，達(dá)到最佳節(jié)能狀態(tài)。（2）各設(shè)備的程序聯(lián)動。啟動：冷卻塔風(fēng)機冷卻水泵冷凍水泵冷水機組；停止：冷水機組冷凍水泵冷卻水泵冷卻塔風(fēng)機。當(dāng)其中一臺冷卻水泵/冷凍水泵出現(xiàn)故障時，備用冷卻水泵/冷凍水泵會自動投入工作。（3）測量冷凍水系統(tǒng)供回水管的壓差P=P1- P2控制其旁通閥（TV）的開口度，使其維持壓差。4.1.4設(shè)計原則（1）最大限度地滿足被控對象的控制要求N 充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國內(nèi)、國外資料。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計中的重點問題和疑難問題。（2）保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠P+b0g#a bLu保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證PLC 程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。（3）力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。（4）適應(yīng)發(fā)展的需要&A EU ucS?Dv)W/dTd3nD由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計時要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。硬件電路主要實現(xiàn)：信號采集，控制信號輸出，水泵控制，故障報警等功能。其系統(tǒng)邏輯框圖如圖4-3所示。 信號采集VVVF工控機控制量輸入PLC 圖4-3 系統(tǒng)邏輯框圖5 某圖書館中央空調(diào)變頻節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計5.1 概述在空調(diào)系統(tǒng)中，通過對空氣的凈化處理，使其溫度、濕度、清潔度等參數(shù)滿足人們設(shè)定的指標(biāo)，適應(yīng)人們生產(chǎn)和生活的需要。但是由于空調(diào)對能源的消耗很大，所以設(shè)計一個既能滿足人們的要求又能以最小的能耗運行的空調(diào)是當(dāng)今制造業(yè)的設(shè)計理念。5.2 負(fù)荷計算空調(diào)負(fù)荷是指空調(diào)房間冷（熱）負(fù)荷和濕負(fù)荷?？照{(diào)房間冷（熱）負(fù)荷、濕負(fù)荷是確定空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量及空調(diào)設(shè)備容量的基本依據(jù)。室內(nèi)冷（熱）負(fù)荷、濕負(fù)荷的計算以室外參數(shù)和室內(nèi)要求保持的空氣參數(shù)為依據(jù)。采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范對舒適性空調(diào)的室內(nèi)設(shè)計參數(shù)的規(guī)定是：（1）室內(nèi)溫度。夏季空調(diào)采用2228。高級民用建筑或人員停留時間較長的建筑可取低值；一般民用建筑或人員停留時間較短的建筑應(yīng)取高值。冬季空調(diào)采用1824。高級民用建筑或人員停留時間較長的建筑可取高值；一般建筑或人員停留時間較短的建筑應(yīng)取低值。（2）室內(nèi)相對濕度。夏季空采用40%65%，一般建筑或人員停留時間短的建筑可取偏高值。冬季空調(diào)應(yīng)采用30%60%，使用條件無特殊要求時，可不受此限。（3）室內(nèi)風(fēng)速。夏季空調(diào)不應(yīng)大于0.3m/s，冬季空調(diào)不應(yīng)大于0.2m/s。但是采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范中給出的數(shù)據(jù)是概括的，對于具體的民用建筑而言，由于各空調(diào)房間的使用功能各不相同，而其室內(nèi)空調(diào)參數(shù)也會有較大差異。我國有關(guān)部門還制定了某些特殊的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)或衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了室內(nèi)設(shè)計參數(shù)。對于民用建筑中不同用途房間的舒適性空調(diào)參數(shù)，可參見有關(guān)設(shè)計手冊。因此查閱部分民用建筑的空調(diào)冷負(fù)荷概算指標(biāo)可以得出圖書館各室的冷負(fù)荷指標(biāo)見表5-1：表5-1圖書館各室的冷負(fù)荷指標(biāo)圖書館各室名稱冷負(fù)荷指標(biāo)（）會堂、報告廳269展覽廳、陳列室177圖書館閱覽室121辦公室131小會議室235休息廳370研究室140貴賓室120大會議廳358中廳180圖書館各層分布及面積為：（）地下室：校史展覽室：33750；貴賓室：5625；會議室：5625一層：休息廳：5625；報告廳：47812.5；中廳：45000；辦公室：60301.5； 休息茶座:15806.25；大會議室：22500二層：閱覽室:15468.75；休息室：26062.5；辦公室：20437.5三層：閱覽室：126562.5；觀象室：14062.5；辦公室：21562.5四層：閱覽室：112500；辦公室：7500；休息室：7500五層：閱覽室：95625；研究室：25312.5；辦公室：7500；休息室：7500總面積：地下室：1856.25；一層：3881.25；二層：2306.25；三層：2306.25； 四層：2306.25；五層：2306.25總面積：14962.5因此：根據(jù)這些數(shù)據(jù)用圖書館各室的面積乘以其相對應(yīng)的冷負(fù)荷指標(biāo)，可以計算出圖書館各個房間的冷負(fù)荷，見表5-2：表5-2圖書館各室的冷負(fù)荷各室類型冷負(fù)荷指標(biāo)（）面積負(fù)荷會堂、報告廳269478.125128615.625展覽廳、陳列室177337.559737.5圖書館閱覽室1214893.75592143.75辦公室1311173.015153664.965小會議室23556.2513218.75休息廳370624.9375231226.875研究室140393.7555125貴賓室12056.256750大會議廳35822580550中廳180562.5101250總計1422282.4655.3 中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計模塊式空調(diào)機控制系統(tǒng)的設(shè)計主要包括兩個方面：一個是機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計；一個是PLC電氣控制的設(shè)計。機械結(jié)構(gòu)是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)控制功能的前提；PLC電氣控制系統(tǒng)是實現(xiàn)控制功能的核心部分，兩方面的設(shè)計過程互獨立，同時也需要相互交流。兩個方面的設(shè)計可以同步進(jìn)行，但是需要先分析和研究控制系統(tǒng)的整體功能，對整體結(jié)構(gòu)深入了解之后，設(shè)計出整體框架，明確兩個部分的具體功能及兩個部分的接口。在設(shè)計的時候，仍然需要兩個方面的設(shè)計人員不斷地交流設(shè)計思想，只有充分了解對方的設(shè)計思想和過程之后，才能最大程度地避免產(chǎn)生錯誤?？照{(diào)系統(tǒng)根據(jù)制冷/制熱傳送介質(zhì)的不同可分為全空氣系統(tǒng)和空氣-水系統(tǒng)。全空氣系統(tǒng)是指空氣進(jìn)行制冷和制熱全部都是由送風(fēng)空氣來承擔(dān)的系統(tǒng)，根據(jù)回風(fēng)方式可分為一次回風(fēng)式和兩次回風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)。一次回風(fēng)系統(tǒng)是指全部回風(fēng)和新風(fēng)混合后進(jìn)入空氣處理設(shè)備，經(jīng)過處理再送入室內(nèi)。二次回風(fēng)系統(tǒng)是指將回風(fēng)分為兩個部分，一部分在空氣處理設(shè)備前與新風(fēng)混合，另外一部分則是在空氣處理設(shè)備后與混合空氣再次進(jìn)行混合的系統(tǒng)。根據(jù)工作中風(fēng)量是否變化可分為定風(fēng)量系統(tǒng)，定風(fēng)量系統(tǒng)可以較好地穩(wěn)定室內(nèi)的空氣條件，同時它的能耗也會相應(yīng)增加；變風(fēng)量系統(tǒng)的送風(fēng)量可在一定范圍內(nèi)變化，因此它的能耗會顯著降低，但是由于該系統(tǒng)的送風(fēng)量是根據(jù)室內(nèi)溫度來調(diào)節(jié)的，所以它維持室內(nèi)空氣的穩(wěn)定性不如定風(fēng)量系統(tǒng)?？諝?水系統(tǒng)是指系統(tǒng)是指傳遞熱或冷的介質(zhì)分別由空氣和水構(gòu)成，此系統(tǒng)包含兩個子系統(tǒng)：風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)。風(fēng)系統(tǒng)的工作原理與全空氣系統(tǒng)一樣，但它僅輸送新風(fēng)；而水系統(tǒng)則是將冷凍水或熱水從空調(diào)機房輸送到室內(nèi)的裝置中，通過散熱設(shè)備對室內(nèi)進(jìn)行制冷或加熱。 常用的空調(diào)根據(jù)系統(tǒng)的組合情況分為整體式和分體式兩種，整體式空調(diào)將空氣處理設(shè)備（風(fēng)機、空氣過濾器、加熱器和加濕器等）、制冷設(shè)備（壓縮機、冷凝器和蒸發(fā)器等）和電氣控制系統(tǒng)都安裝在一個整體框架中，構(gòu)成一個整體式的設(shè)備；分體式空調(diào)則是將空氣處理設(shè)備和制冷系統(tǒng)分成兩個部分，空氣處理設(shè)備置于室內(nèi)成為室內(nèi)機，制冷系統(tǒng)則基本上全部設(shè)置在室外機中。所以兩個部分一般采用兩根紫銅管連接，便于進(jìn)行制冷劑的循環(huán)，這樣就構(gòu)成了一個完整的空調(diào)系統(tǒng)。 通過以上幾個部分的介紹，對空調(diào)的大致結(jié)構(gòu)有了一定的了解，可以看出一個完整的空調(diào)系統(tǒng)主要包括以下幾個部分。（1）空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)系統(tǒng)主要功能是完成對冷量和熱量的輸送，主要包括送風(fēng)/回風(fēng)結(jié)構(gòu)、風(fēng)管系統(tǒng)和風(fēng)機。 送風(fēng)/回風(fēng)結(jié)構(gòu)?？照{(diào)常用的送風(fēng)方式，主要有側(cè)送風(fēng)、孔板送風(fēng)、條縫送風(fēng)等幾種形式。對于要求室內(nèi)溫度波動范圍小的控制系統(tǒng)多采用前兩種和散流器送風(fēng)模式，除此之外，又出現(xiàn)了一種新型的送風(fēng)方式-置換送風(fēng)。側(cè)送風(fēng)結(jié)構(gòu)是指送風(fēng)口位于房間側(cè)壁上方，送氣的方向為橫向進(jìn)入，而工作區(qū)得氣流通常是回流；回風(fēng)口與送風(fēng)口同側(cè)。采用側(cè)送風(fēng)方式送入的氣流是以貼附射流的形式出現(xiàn)，這類型氣流具有射程長、射流衰減充分等優(yōu)點，同時側(cè)送風(fēng)的管道結(jié)構(gòu)簡單，易于施工，因此被廣泛應(yīng)用于各種場合。條縫送風(fēng)結(jié)構(gòu)是指送風(fēng)口位于房間的頂部，其形狀為條縫形，條縫送風(fēng)結(jié)構(gòu)送出的氣流是向房間的下方送出扁平射流，其射程較短、送風(fēng)的溫度和速度衰減較快，使得工作區(qū)的溫度分布比較傲均勻，這類方式適用于民用建筑和工業(yè)場合中的一般空調(diào)，它的回風(fēng)口位于房間的側(cè)下方。散流器是一種置于天花板的送風(fēng)口，既可以與天花板的下表面齊平，也可以安裝在天花板的下表面處。散流器的形狀有方形、圓形和矩形，常用的散流器有盤式散流器、直片式式散流器、流線型散流器和送吸式散流器。風(fēng)管系統(tǒng)。風(fēng)管系統(tǒng)是由輸送空氣的管道和風(fēng)管附件構(gòu)成的，風(fēng)管附件主要有各種調(diào)節(jié)活門、閘板、倒流葉片和防雨柵格等。調(diào)節(jié)活門主要用于調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小和風(fēng)量的分配；閘板的作用是切斷風(fēng)源，氣密性要強于調(diào)節(jié)活門；倒流葉片是減少管處渦流的產(chǎn)生；防雨柵格主要安置于進(jìn)/出風(fēng)口上，是為了 防止雨雪的侵蝕。風(fēng)機。風(fēng)機是空調(diào)系統(tǒng)中輸送空氣的主要設(shè)備，常采用的風(fēng)機有離心式、軸流式和貫流式三種。貫流式風(fēng)機目前僅用于某些固定的空調(diào)機組設(shè)備中，例如，風(fēng)機盤管風(fēng)幕等，而在工程中大量使用的是離心式和軸流式風(fēng)機。(2)空調(diào)的水系統(tǒng)空調(diào)的水系統(tǒng)中，主要包括冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、水管系統(tǒng)和水泵，以下將分別介紹這幾個方面。冷凍水系統(tǒng)。在空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水系統(tǒng)的功能就是利用水作為介質(zhì)，將冷/熱源的能量和分配到各個房間或目的地。冷凍水系統(tǒng)主要包括冷源設(shè)備、水泵、過濾器和閥門等，在大型復(fù)雜的空調(diào)系統(tǒng)中還有分水器和集水器等。此時通常把分水器、集水器和冷淵設(shè)備連接的一側(cè)環(huán)路叫冷源側(cè)，把分水器、集水器和空調(diào)器連接的一側(cè)環(huán)路叫空調(diào)側(cè)。冷卻水系統(tǒng)。冷卻水系統(tǒng)主要包括冷卻塔及相關(guān)設(shè)備，其功能是利用水作為介質(zhì)，對冷/熱源進(jìn)行降溫處理。冷卻塔的作用就是將冷卻水在塔內(nèi)利用水的自然蒸發(fā)冷卻降溫，為了充分利用資源，降低運行成本，一般采用循環(huán)系統(tǒng)重復(fù)利用冷卻水，定期更換冷卻水以保證水質(zhì)能滿足空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)要求。水管系統(tǒng)。水管系統(tǒng)既包括冷凍水系統(tǒng)中的管線系統(tǒng)，也包括冷卻水系統(tǒng)的管線系統(tǒng)，主要有水、煤氣輸送鋼管和無縫鋼管組成。煤氣輸送鋼管用碳素軟鋼制造，俗稱熟鐵鋼。可分為鍍鋅鋼管和不鍍鋅鋼管兩種。根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的實際需求可選擇不同厚度的管壁；無縫鋼管用普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、普通低合金鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼制造，能承受加大范圍的壓力，可根據(jù)實際需要進(jìn)行選配。水泵的選擇。水泵是空調(diào)系統(tǒng)中不可缺少的動力設(shè)備，通過水泵的工作，可以控制水系統(tǒng)中的流量大小，以間接達(dá)到控制室內(nèi)溫度、濕度及清潔度等空氣指標(biāo)?？照{(diào)系統(tǒng)中常用的水泵為離心式水泵，就一般的空調(diào)系統(tǒng)來說，采用轉(zhuǎn)速在30120r/s范圍內(nèi)的離心式水泵比較合適，這類型水泵已經(jīng)基本上滿足空調(diào)系統(tǒng)中水的流量和壓力的變化要求。(3)空調(diào)系統(tǒng)的冷/熱源空調(diào)系統(tǒng)中起主要作用的就是冷/熱源，正是由于冷/熱源的工作才能控制室內(nèi)的溫度等空氣條件，使之按照人們的設(shè)定值變化。冷/熱源可分為常規(guī)冷/熱源和天然冷/熱源。常規(guī)冷/熱源。目前，在空調(diào)系統(tǒng)中，制冷設(shè)備使用的最多的就是利用“液體氣化制冷法”原理制造的設(shè)備，主要包括電驅(qū)動的蒸汽壓縮式和熱驅(qū)動的吸收式兩種形式。常用的制冷設(shè)備為制冷系統(tǒng)機組，該設(shè)備就是將制冷系統(tǒng)中的全部或部分設(shè)備在工廠組裝成一個整體，該設(shè)備的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，使用靈活，管理方便，而且質(zhì)量可靠，安裝簡便，能大大縮短施工周期，加快施工進(jìn)度。天然冷/熱源。天然冷/熱源主要包括蒸發(fā)冷卻、室外空氣供冷和太陽能供熱等幾個方面。 6 中央空調(diào)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計6.1 硬件電路設(shè)計6.1.1 PLC選型S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電