中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術改造

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，能源是人類賴以生存和發(fā)展的基本條件。當前，能源供應的緊張對我國的經(jīng)濟發(fā)展和社會生活產(chǎn)生的巨大沖擊，人們逐漸認識到了節(jié)約能源的重要性，因此節(jié)能減排是一項重大舉措?？照{(diào)已經(jīng)成為大型建筑和辦公環(huán)境的必備項目，但是空調(diào)的耗能也是十分驚人的?？照{(diào)的節(jié)能潛力是很大，關鍵是如何挖掘。本文針對中央空調(diào)系統(tǒng)運行現(xiàn)狀，結合系統(tǒng)的控制特點，探討了中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術改造。 

1 系統(tǒng)的運行現(xiàn)狀 

1.1 水系統(tǒng)設計流程圖 

中央空調(diào)系統(tǒng)主要由制冷機、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、風機盤管系統(tǒng)和冷卻塔組成。 

各部分的作用及工作原理:制冷機通過壓縮機將制冷劑壓縮成液態(tài)后送蒸發(fā)器中與冷凍水進行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍泵將冷凍水送到各風機風口的冷卻盤管中，由風機吹送達到降溫的目的。經(jīng)蒸發(fā)后的制冷劑在冷凝器中釋放出熱量成氣態(tài)，冷卻泵將冷卻水送到冷卻塔上由水塔風機對其進行噴淋冷卻，與大氣之間進行熱交換，將熱量散發(fā)到大氣中去。 

本系統(tǒng)主要包括兩臺制冷主機、兩臺空調(diào)機組、一個冷水箱、三臺冷卻水泵、兩個冷卻塔、一套電子除垢儀、三臺一次冷凍泵、兩臺二次冷凍泵、兩臺熱水泵、一個定壓膨脹水罐、若干個電動閥、電磁閥、自動排氣閥、空調(diào)末端裝置和板式換熱器等組成。 

1.2 系統(tǒng)在維護和使用中存在的主要問題 

1)維護成本高。系統(tǒng)已經(jīng)運行多年，控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要，需要升級改造，但原有的備件在市場上很難買到，不但采購周期長，而且價格昂貴，有些備件甚至停產(chǎn)。隨著時間的推移，系統(tǒng)的升級改造變得越來越困難，而且這些備件的價格會越來越貴，使用成本和維護費用大大提高。 　　

2)運行成本較高。系統(tǒng)冷水箱安裝在空調(diào)機組室內(nèi)，夏天，室內(nèi)溫度通常在30℃左右，冷水箱溫度受室溫影響，冷水箱溫度經(jīng)常會升高至16℃左右，這樣會大大延長制冷主機工作時間，增加太多電量消耗和較高的運行成本。 

3)系統(tǒng)開放性差。升級前，系統(tǒng)由兩臺SIEMENSMEC單片機控制器控制，通信能力受到制約，無法與公司自動化系統(tǒng)進行通信。一些控制必須手動進行，一些參數(shù)設定和溫、濕度值采集只能到現(xiàn)場完成。不能實現(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、存儲、共享和分析，無法滿足信息化應用的需要。 

2 系統(tǒng)節(jié)能技術改造 

根據(jù)目前的實際情況，該中央空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)投入運行多年，不可能實施大的改動，在保障有效供給的前提下，進行了如下改造。 　　

2.1 控制系統(tǒng)　

對系統(tǒng)在運行中存在的問題，將原有的SIEMENSMEC單片機更換為SIEMENSPLC控制，把整個中央空調(diào)控制系統(tǒng)連接到自動化系統(tǒng)中，實現(xiàn)自動化集中控制。 

將原來的SIEMENSMEC取消，新增2個ET200M作為自動化系統(tǒng)從站，從站地址分別是15和16，從站15模塊如下: 

1)接口模塊。6ES7153—1AA02—0XB01個。 

2)模擬量輸入模塊。6ES7331—7NF00—0AB02個。 

3)模擬量輸出模塊。6ES7332—5HD01—0AB01個。 

4)數(shù)字量輸入模塊。6ES7321—1BH01—0AA03個。

5)數(shù)字量輸出模塊。6ES7322—1BH01—0AA01個。 

從站16模塊如下: 

1)接口模塊。6ES7153—1AA02—0XB01個。 

2)模擬量輸入模塊。6ES7331—7NF00—0AB01個。 

3)模擬量輸出模塊。6ES7332—5HD01—0AB01個。 

4)數(shù)字量輸入模塊。6ES7321—1BH01—0AA03個。 

5)數(shù)字量輸出模塊。6ES7322—1BH01—0AA02個。 　

上位機監(jiān)控軟件采用Intouch9.0，下位機PLC組態(tài)采用STEP7V5.4進行梯形圖編程。PLC利用原有的自動化系統(tǒng)S7—400，CPU414—3DP與15和16從站通過PROFIBUS—DP通信。原來系統(tǒng)共有DP從站14個，地址從1～14。同時，CPU414—3DP與上位機通過CP443—1模塊與交換機實現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)通信。與上位機通信采用CP443—1模塊，采用以太網(wǎng)通信方式。上位機監(jiān)控畫面分為工程師站和操作員站，工程師站作為程序的主要存儲和運行服務，可進行工藝參數(shù)設置、更改用戶權限和增加用戶及權限管理等操作，而操作員界面僅供生產(chǎn)操作人員按照設定好的工藝流程進行操作，完成生產(chǎn)任務。

該系統(tǒng)溫、濕度的控制對產(chǎn)品質(zhì)量來說尤為重要，直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量，因此選用溫、濕度傳感器精度較高的產(chǎn)品，常溫下±1.5%RH。如果選用傳感器的精度差，在達到設定的溫、濕度時，傳感器測得的結果可能相差很多。產(chǎn)生的節(jié)能效益遠大于傳感器的自身價格，所以采用的是德國ROTRONIC公司的溫、濕度傳感器HYGROCLIP和控制儀表HYGROLOGNT3—D，儀表的通信方式是以太網(wǎng)通信，非常方便快捷，軟件采用ROTRONICHW4—OPC，與上位機軟件INTOUCH通過OPCSERVER連接。圖1中meter1和meter2為ROTRONIC儀表，每個溫、濕度儀表有自己的IP地址，通過以太網(wǎng)連接到自動化網(wǎng)絡中。 

除濕機經(jīng)過改造后，除濕改成用熱蒸汽除濕。根據(jù)除濕溫度要求，由設定的溫度值(SV值)與溫度傳感器測定的現(xiàn)場溫度值(PV值)之偏差ΔT(ΔT=SV－PV)進行控制。通過PLC程序的PID運算，當ΔT＞0時，增大閥門開度，從而使氣流量加快，使實際溫度趨向設定值;當ΔT＜0時，減少閥門開度，從而使氣流量減少，使實際溫度趨向設定值。當ΔT=0時，閥門開度維持不變，以保證恒定的溫度。 

加濕器利用一般自來水產(chǎn)生蒸汽，水在加濕桶內(nèi)，通電的電極插在水中，利用水的導電性，水被加熱并沸騰，輸出潔凈的蒸汽，在微機控制器控制下，自動調(diào)節(jié)供水和排水，按照控制信號靈活調(diào)節(jié)蒸汽輸出。加濕器控制方式由原來的開關量控制改為模擬信號控制，控制穩(wěn)定準確，控制信號采用0～10V信號，通過PLC輸出0～10V信號比例控制加濕量的大小，控制信號為10V時，加濕量最大，32kg/h。 

二次冷凍水泵控制和熱水泵的控制采用變頻控制方式，通過管道壓力傳感器壓力信號，利用恒壓供水原理控制泵的頻率，控制流程如圖2所示。 　

冷水機組采用大連冷凍機廠的半封閉螺桿冷凍機組。冷水機組制冷原理:壓縮機吸入從蒸發(fā)器出來的較低壓力的工質(zhì)蒸汽，使之壓力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成壓力較高的液體，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流成為壓力較低的液體后，送入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)而成為壓力較低的蒸汽，從而完成制冷循環(huán)。這樣，制冷劑在系統(tǒng)中經(jīng)過蒸發(fā)、壓縮、冷凝和節(jié)流四個基本過程完成一個制冷循環(huán)。