摘　要: 中央空調的節能改造有很大的降耗空間，本文論述利用變頻器和PLC的(de)邏(luo)輯(ji)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)及(ji)通(tong)訊(xun)功(gong)能(neng)，對(dui)重(zhong)要(yao)空(kong)調(tiao)各(ge)個(ge)係(xi)統(tong)分(fen)析(xi)後(hou)
，提(ti)出(chu)了(le)係(xi)統(tong)控(kong)製(zhi)方(fang)案(an)及(ji)實(shi)現(xian)方(fang)法(fa)，完(wan)成(cheng)了(le)整(zheng)套(tao)節(jie)能(neng)改(gai)造(zao)的(de)方(fang)案(an)，對(dui)中(zhong)央(yang)空(kong)調(tiao)減(jian)少(shao)能(neng)耗(hao)、提高效率具有重要意義。

關鍵詞：中央空調 變頻技術 PLC 邏輯控製 通訊能力

Abstract: The reformation of Central air conditioning energy-saving has great potential for reducing loss. This paper discusses the use of inverters and PLC logic control and communications functions, with the analysis of all important systems of air conditioning, proposes a system control scheme and its implementation. The the full energy saving scheme is achieved. and has significant meaning for reducing the energy consumption of central air conditioning and improving the efficiency.

 

Keywords: central air conditioning, inverter technology, PLC, logic control, communication capability

 

    中央空調是大廈裏的耗電大戶，正常供暖或供冷季節每年的電費中空調耗電占60％左右，因此中央空調的節能改造顯得尤為重要。由於中央空調係統按最大負荷設計，並且留10-20％設she計ji餘yu量liang，而er實shi際ji上shang絕jue大da部bu分fen時shi間jian空kong調tiao是shi不bu會hui運yun行xing在zai滿man負fu荷he狀zhuang態tai下xia，存cun在zai較jiao大da的de冗rong餘yu
，所suo以yi節jie能neng的de潛qian力li很hen大da。另ling外wai冷leng凍dong水shui泵beng和he冷leng卻que水shui泵beng不bu能neng隨sui負fu載zai變bian化hua作zuo出chu相xiang應ying調tiao節jie運yun行xing速su度du和he合he理li數shu量liang
，隻zhi能neng靠kao門men和he旁pang通tong來lai調tiao節jie係xi統tong的de流liu量liang與yu壓ya差cha
，因yin此ci不bu可ke避bi免mian地di存cun在zai較jiao大da截jie流liu損sun失shi和he大da流liu量liang、高壓力、低溫差的現象
，從而致使大量電能浪費（冷凍水泵額外負載增多間接造成冷水機組負荷變大）和造成中央空調最末端達不到合理效果的情況。

本文針對某酒店改造項目的自身特點
，利用變頻器和PLC的控製係統對原項目的中央空調係統進行節能改造，使其更加合理利用能量
，對於減少能耗、提高效率具有重要意義。

廣東某酒店改造項目節能改造點如下:

1．東樓/西樓的中央空調之冷凍水泵控製，改造原因：人工通過調整管阻調整供應冷量，雖然滿足使用但造成巨大的能量浪費。

2．東樓/西樓中央空調之冷卻水泵控製，改造原因：人工通過調整管阻調整冷卻水流量（熱交換量）
，雖然滿足使用但造成巨大的能量浪費。

3．東樓/西樓的中央空調之冷卻塔風機控製，改造原因：一是頻繁啟動
，衝擊電流大，接觸器和電機壽命受影響；二是風量不能根據送回水溫度自動調整而造成能量浪費。

4．風機盤管冷量交換控製，主要分布點為東樓5號會議廳、天波府和大堂及西樓的保齡球館
、宴會廳、西餐廳、一樓大堂
、天堂吧、潮洲城
、二樓大堂、東大堂和會議室等地方，改造原因：目前熱交換和新風供給不能根據人流的多寡作快速調整，並且溫控不精確（采樣點在回風口，冬天供暖，熱氣上升
，人員活動區溫度較設定溫度低
；反之，夏天供冷氣，冷氣下降，人員活動區溫度較設定溫度低。

5．東樓/西樓的供水係統，改造原因：目前采用人工大幅容調
，由於供水電機功率較大（分別為55KW和30KW），大幅容調除了造成大的功率冗餘和能量浪費
，同時將會造成供水不穩定、水錘和啟動電流衝擊
，嚴重影響管件壽命和供水水質。

    酒jiu店dian中zhong央yang空kong調tiao結jie構gou分fen為wei供gong暖nuan和he供gong冷leng兩liang部bu分fen
，其qi中zhong供gong冷leng包bao含han冷leng卻que塔ta，冷leng水shui機ji組zu，冷leng凍dong水shui泵beng，冷leng卻que水shui泵beng和he末mo端duan，供gong暖nuan部bu分fen包bao含han熱re水shui泵beng和he加jia熱re器qi。該gai中zhong央yang空kong調tiao的de係xi統tong結jie構gou如ru圖tu1 所示：

圖1  中央空調的係統結構圖

該中央空調的西樓配置圖和東樓配置圖分別如圖2和圖3所示：

圖2  西樓配置圖

圖3  東樓配置圖

（1）冷凍機組

    一般冷凍機組控製係統設計方式：在冷水機組的供/回水總管上分別設一個溫度傳感器（T），在冷凍回水管上設一個流量計（F）
，同時將此三種信號輸入到控製器


，經運算可得出大樓的冷負荷Q=F*△T，根gen據ju冷leng機ji組zu的de效xiao率lv曲qu線xian
，經jing過guo計ji算suan比bi較jiao
，取qu各ge種zhong組zu合he中zhong的de能neng耗hao最zui小xiao者zhe，並bing根gen據ju設she備bei累lei計ji運yun行xing時shi間jian，進jin而er自zi動dong選xuan擇ze冷leng機ji的de最zui佳jia組zu合he。使shi係xi統tong的de總zong能neng耗hao保bao持chi在zai最zui小xiao值zhi
，以yi達da到dao最zui佳jia節jie能neng的de效xiao果guo。

    雖(sui)然(ran)大(da)容(rong)調(tiao)會(hui)產(chan)生(sheng)大(da)的(de)功(gong)率(lv)冗(rong)餘(yu)大(da)的(de)能(neng)量(liang)浪(lang)費(fei)，但(dan)從(cong)冷(leng)水(shui)機(ji)組(zu)的(de)運(yun)行(xing)特(te)性(xing)考(kao)慮(lv)，在(zai)沒(mei)有(you)生(sheng)產(chan)廠(chang)家(jia)配(pei)合(he)處(chu)理(li)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)不(bu)適(shi)宜(yi)進(jin)行(xing)變(bian)頻(pin)改(gai)造(zao)，故(gu)本(ben)方(fang)案(an)暫(zan)不(bu)考(kao)慮(lv)。

（2）冷凍泵組/冷卻泵組

    控製方式：依據所送水/回水溫差、流量和供回水壓差
，計算決定啟動機組台數和變頻運行泵的運行頻率，自動調整到最佳熱交換量狀態；

    由於水泵采用的是Y—△起動方式

，電機的起動電流均為其額定電流的3～4倍，在如此大的電流衝擊下，接觸器、電機的使用壽命將受到影響；起動時的機械衝及和停泵時水錘現象，容易對機械散件
、軸承、閥門、管道等造成破壞而增加維修工作量和備品、備件費用，另外，僅因啟動需要將不得不使整棟大樓的配電容量增大若幹倍、投tou入ru成cheng本ben增zeng加jia若ruo幹gan倍bei。變bian頻pin器qi是shi軟ruan啟qi動dong方fang式shi，采cai用yong變bian頻pin器qi控kong製zhi電dian機ji後hou，電dian機ji在zai起qi動dong時shi及ji運yun轉zhuan過guo程cheng中zhong均jun無wu衝chong擊ji電dian流liu，而er衝chong擊ji電dian流liu是shi影ying響xiang接jie觸chu器qi、電機使用壽命最主要的因素
，同時采用變頻器控製電機後還可避免水垂現象
，因此可大大延長電機
、接觸器及機械散件，軸承、閥門、管道的使用壽命。

    在(zai)無(wu)旁(pang)通(tong)閥(fa)作(zuo)用(yong)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，變(bian)頻(pin)器(qi)能(neng)根(gen)據(ju)冷(leng)凍(dong)水(shui)泵(beng)和(he)冷(leng)卻(que)水(shui)泵(beng)負(fu)載(zai)變(bian)化(hua)相(xiang)應(ying)調(tiao)整(zheng)冷(leng)凍(dong)水(shui)泵(beng)電(dian)機(ji)和(he)冷(leng)卻(que)水(shui)泵(beng)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)，滿(man)足(zu)中(zhong)央(yang)空(kong)調(tiao)係(xi)統(tong)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)而(er)達(da)到(dao)節(jie)能(neng)目(mu)的(de)。水(shui)泵(beng)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)下(xia)降(jiang)，電(dian)機(ji)從(cong)電(dian)網(wang)吸(xi)收(shou)的(de)電(dian)能(neng)就(jiu)會(hui)大(da)大(da)減(jian)少(shao)。

    減少的功耗△P=PO(1—(Nl／N0)^3)；減少的流量△Q＝Q0(1－(N1／N0))    

-------N1為改變後的轉速，N0為電機原轉速，P0為原電機轉速下的電機軸功率消耗，Q0為原電機轉速下所產生的水泵流量。

    由上式可以看出流量Q與轉速N一次方成正比，功耗P與轉速N三次方成正比。假設原流量為100個單位，耗能也為100個單位，如果轉速降低10個單位，由△Q＝Q0〔1-（N1/N0）〕＝100*〔1—（90／100）〕＝10可得出流量改變了10個單位，△P＝P0[1－（Nl／N0）^3]＝100×(1—(90／100)^3)＝27．1，可以得出
，功率將減少27．1個單位，即流量減少10%能耗減少了27．1％。 

    當用蝶閥的開度來控製冷凍、冷卻水流量大小時
，蝶閥阻管與功率P變化（如圖3所示）由曲線1到曲線2，流量減小，但功率卻沒有減小多少。若通過調整轉速（如圖4所示）
，H-Q曲線由曲線1到曲線2，蝶閥開度100%時，蝶閥阻力為零，管道阻不變

，功率省很多。

圖3 阻管與功率P變化曲線圖       圖4 不同轉速對應的阻管與功率P變化曲線圖           

係統改造方式如下：

西樓和東樓冷凍冷卻泵控製圖分別如圖5和圖6所示：

圖5  東樓冷凍冷卻泵控製原理圖

圖6  西樓冷凍冷卻泵控製原理圖

（3）冷卻塔風機

    控製方式：控製送水/回水溫差為恒值為目標，調整冷卻塔風機風量；外界氣溫的變化或者使用場合熱交換量的變化
，大部分時間並不要求冷卻塔風機和全速運轉
，由於

n=60f(1-s)/p;-----p：電機極數

    根據流體力學知：風壓H 正比於轉速n²;所消耗的功率P等於風量Q與風壓H之積（即輸出功率P正比於轉速n³），即Q=K1n;H=K2n2;P=Q*H=K1K2n3

風量減小20℅，即轉速降低20℅，節省功率ΔP=K[n3-(0.8n)3]=0.438 K1K2n

風量減小50℅，即轉速降低50℅
，節省功率ΔP=K[n3-(0.5n)3]=0.875 K1K2n

    kejian，dabufenqingkuanglengquetafengjichuyuzuowuyonggongzhuangtai
，bingqielangfeidenengliangjiaoda。yiner，zaibaozhengxitongzhengchangsanrefengliangdeqiantixiatiaosu，jishikouchushijishangyouyuzhuansuxiajiangkenengyinqidedianjihefengjixiaolvjiangdizheyiyinsu
，caiyongbianpinqitiaosu，fengjidejienengxiaoguohaishifeichangxianzhede。

改造方式如圖7所示：

圖7  冷卻塔風機係統改造圖

 

控製結果：大幅降低能耗

；無啟動電流衝擊。

（4）風機盤管冷/熱量交換控製

    在中央空調係統中
，各種用房冷暖設備除新風機組和空調機組外
，還大量使用風機盤管。它隻有盤管、三速風機

、電動調節閥，感溫組件、控製器等組成。一般三速風機開關，感溫組件、控製器等製成一個整件設備，目前，市場上有兩種，一種是盤管控製器為DDCkongzhi
，bingjubeiyuzhujitongxungongneng。zhezhongkongzhiqiketongguojisuanyuanzezhongxinkongzhi，xiloushiyongzhezhongfangshi。lingyizhongshibujubeitongxungongnengdepanguankongzhiqi
，keyianzhaoshuixitongdelianjieqingkuangdejiangfengjipanguanfenweiruoganzu，meizudezhilurukouchuanzhuangliuliangji、供(gong)回(hui)水(shui)壓(ya)差(cha)變(bian)送(song)器(qi)及(ji)供(gong)回(hui)水(shui)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)。從(cong)而(er)可(ke)計(ji)算(suan)出(chu)風(feng)機(ji)盤(pan)管(guan)水(shui)閥(fa)的(de)開(kai)度(du)
，並(bing)給(gei)電(dian)動(dong)調(tiao)節(jie)閥(fa)一(yi)個(ge)指(zhi)令(ling)
，從(cong)而(er)將(jiang)電(dian)動(dong)閥(fa)調(tiao)節(jie)至(zhi)相(xiang)應(ying)的(de)開(kai)啟(qi)度(du)，使(shi)盤(pan)管(guan)中(zhong)流(liu)過(guo)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)水(shui)流(liu)量(liang)，東(dong)樓(lou)使(shi)用(yong)這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)。為(wei)解(jie)決(jue)麵(mian)臨(lin)的(de)問(wen)題(ti)，可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)對(dui)采(cai)樣(yang)到(dao)的(de)回(hui)風(feng)溫(wen)度(du)及(ji)其(qi)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)焓(han)量(liang)控(kong)製(zhi)調(tiao)整(zheng)加(jia)熱(re)盤(pan)管(guan)及(ji)表(biao)冷(leng)盤(pan)管(guan)二(er)通(tong)電(dian)動(dong)調(tiao)節(jie)閥(fa)開(kai)度(du)和(he)送(song)風(feng)風(feng)量(liang)（風機轉速），實現對送風溫度（設定點可調整）的控製。方式如圖8所示：

圖8  風機盤管冷/熱量交換控製改造圖

 

    另外
，要提供一個舒適的環境，除控製室溫外，還需對室外溫/濕度進行監測，通過室環境溫/濕度檢測
，實時調整空調機和新風機的新風量，進行過渡季節的全新風和空調季節的小新風控製。根據監測環境的CO2濃度自動調節空調機的新/回風混合比，提供長期舒適的活動環境，同時可達到節能效果。

（5）供水

    以設定供水壓力為目標，根據實際用水量，利用VFD-F的自動加減泵功能和調頻功能

，合理利用能量
，維持供水壓力的恒定，同時能實現無衝擊啟動和避免水錘效應。

其改造圖如圖9所示：

圖9  供水係統改造圖

    本文基於客戶設備的實際特點，利用變頻技術和PLCdeqiangdadeluojikongzhigongnengjitongxungongneng，weikehutigongleyitaowanzhengdekongzhixitonggaizaofangan，shizhongyangkongtiaoxitongnenggengheliliyongnengliang
，bimianlenengliangdebubiyaolangfei。yunxingshijianbiaoming
，xitongxingnengwending

，anquankekao，xingjiabigao，zhideyejietongxingjiejianhetuiguang。

 

[1] 可編程序控製器應用係統設計及通信網絡技術. 郭宗仁等.  人民郵電出版社，2002

[2] 變頻器在工業中的選擇與應用 劉繼黨等 科技信息    2009年第23期

[3] 變頻器應用中的幹擾及其抑製 翟章誌   中國科技博覽2009年 第02期

 

作者簡介

吳木榮
，男，中達電通機電事業部華南大區自動化主任工程師
，在印刷
、機床
、紡織、暖通等領域具有豐富的應用經驗，現從事台達自動化產品技術整合應用與研究，是資深技術專家。