中央空調節能系統的制作方法

本實用新型屬于設備節能技術領域，涉及空調設備水泵節能技術，具體涉及一種大型建筑用中央空調的節能系統。

背景技術：

中央空調與現代建筑、工農業生產息息相關。尤其是現代建筑，中央空調已是不可缺少的設施之一。

中央空調系統的功能是對一個建筑物(群)(例如企業、高層商廈、商務大樓、會場、劇場、辦公室、圖書館等等)，以集中、半集中的方式對空調區域的空氣進行凈化(或純化)、冷卻(或加熱)、加濕(或除濕)等處理，創造出一個生活或生產工藝標準所需的環境(其中包括溫度、濕度、潔凈度和新鮮度)。

中央空調的特點是電能消耗極大，幾乎占據了整個建筑物(群)用電量50％以上。目前，大多數廠家的中央空調水泵系統的流量與壓差式通過閥門和旁通調節來完成的，存在較大截流損失，以及大流量、高壓力、低溫差等現象，對電能產生極大的浪費。

此外，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，一臺90KW的電動機其起動電流將達到500A，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機的使用壽命大大下降。同時，起動時的機械沖擊和停泵時水垂現象，容易對機械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費用。

技術實現要素：

本實用新型的目的旨在，針對上述現有技術的不足，提供一種實施方便的中央空調節能系統，對冷凍水泵和冷卻水泵工作頻率實現自動調節，不僅能夠大大降低用電量，而且能夠避免對機械部件的破壞，延長設備使用壽命。

為了達到上述目的，本實用新型采取以下技術方案來實現。

如果不考慮對壓縮機電機的影響，單純的中央空調水泵(包括冷卻泵和冷凍泵)變頻后，空調主機會增加耗電量。本實用新型將變頻改造后對空調主機能耗的影響考慮在內。

本實用新型提供了一種中央空調節能系統，包括PLC控制器、溫度輸入模塊、模數轉換模塊、冷卻泵變頻器和冷凍泵變頻器；PLC控制器的信號輸入端依次與溫度輸入模塊和模數轉換模塊電連接；PLC控制器的信號輸出端分別與冷卻泵變頻器和冷凍泵變頻器電連接。溫度輸入模塊分別與設置在冷卻泵側空調主機的出水口、回水口以及冷凍泵側空調主機的出水口、回水口的四個溫度傳感器電連接；模數轉換模塊與傳送空調主機電流的電流變送器電連接。

空調啟動之后，冷凍泵變頻器最開始的調頻是通過溫度傳感器采集的冷凍泵側空調主機的回水溫度、出水溫度經溫度輸入模塊傳輸到PLC控制器內存，并根據計算出的溫差值來控制冷凍泵變頻器的初步調節。同理，冷卻泵變頻器最開始的調頻是通過溫度傳感器采集的冷卻泵側空調主機的回水溫度、出水溫度經溫度輸入模塊傳輸到PLC控制器內存，并根據計算出的溫差值來控制冷卻泵變頻器的初步調節。

中央空調初步調節半小時后，后續調節是采用閉環自動調節控制，利用溫度傳感器對冷卻泵(冷凍泵)在空調主機上的進出口進行的水溫度進行采樣，由溫度輸入模塊傳輸到PLC控制器內存，計算出冷卻泵兩側溫差值及冷凍泵兩側溫差值；并結合消耗的功率與水泵轉速立方的關系，可計算出冷卻泵功率和冷凍泵實際功率；同時電流變送器將空調主機電流信號經模數轉換模塊轉換后發送給PLC控制器，計算空調主機功率。PLC控制器對相同周期內冷卻泵功率(或冷凍泵功率)變化值和空調主機功率變化值進行求和運算，并與設置的期望值進行比較，PLC控制根據比較結果對冷卻泵變頻器(或冷凍泵變頻器)進行調節，實現閉環控制。

上述計算過程可以用現有PLC控制自身攜帶的運算功能來實現。

上述中央空調節能系統，電流變送器與設置在空調主機上的電流互感器電連接，用于將電流互感器采集的空調主機電流信號發送給PLC控制器。

上述中央空調節能系統，冷卻泵變頻器輸出端與冷卻泵主機電連接，用于實現對冷卻泵主機的變頻調節；冷凍泵變頻器輸出端與冷凍泵主機電連接，用于實現對冷凍泵主機的變頻調節。

上述中央空調節能系統，進一步包括與PLC通信連接的人機界面；通過人機界面可以實現對PLC的遠程控制，提高中央空調節能系統的工作效率。

上述中央空調節能系統，還可以隨著負載的變化調節冷卻泵(或冷凍泵)水流量打開/關閉旁通。

本實用新型提供的中央空調節能系統具有以下有益效果：

1、由PLC控制器、模數轉換模塊、電流變送器、PID調節模塊和溫度傳感器的有效配合，可以對冷卻泵(或冷凍泵)實現恒溫差變頻調節，節能效果及其明顯，可達20％以上。

2、減小空調開/停機對電網的沖擊：針對傳統中央空調，由于循環水泵的功率較大，工頻起/停泵式，對電網沖擊大的問題；本實用新型采用閉環自動調節方式實現對冷卻泵(或者冷凍泵)變頻器的頻率調節，冷卻泵(或冷凍泵)實現軟啟動、軟停止，其電流均小于額定電流，對電網不再產生沖擊。

3、減小停泵時循環水的水垂效應：由于是變頻軟停止，且停泵過程可控制，可以完全消除停泵時的水垂效應，消除水垂對空調系統管網的沖擊。

4、降低設備故障率：采用PLC控制變頻調節后，循環冷卻泵(或冷凍泵)大部分時間工作在額定功率以下，這將有效降低設備故障率，減少設備維修和維護。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例的變頻節電原理圖。

圖2是本實用新型實施例的中央空調節能系統控制圖。

圖3是本實用新型實施例的主機電流采樣接線圖。

其中，1、空調主機；2、冷卻泵主機；3、冷凍泵主機；4、PLC控制器；5、冷卻泵變頻器；6、冷凍泵變頻器；7、溫度輸入模塊；8、風機；9、A/D模塊；10、第一溫度傳感器；11、第二溫度傳感器；12、第三溫度傳感器；13、第四溫度傳感器14、第一電流變送器；15、第二電流變送器；16、第三電流變送器。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作進一步描述：

如圖1所示，本實用新型的水泵(包括冷卻泵和冷凍泵)、風機8的流量(風量)與其轉速成正比；水泵、風機8的壓力(揚程)與其轉速的平方成正比，而水泵、風機8的軸功率等于流量與壓力的乘積，故水泵、風機8的軸功率與其轉速的三次方成正比(即與電源頻率的三次方成正比)。因此，變頻器(包括冷卻泵變頻器5和冷凍泵變頻器6)節能的效果是十分顯著的，通過圖1可以直觀的看出在流量變化時只要對轉速(頻率)稍作改變就會使水泵軸功率有更大程度上的改變。根據上述原理可知：改變水泵、風機8的轉速就可改變水泵、風機8的輸出功率。圖中陰影部分為同一臺水泵的工頻運行狀態與變頻運行狀態在隨著流量變化所耗功率差。

如圖2所示，本實施例提供的中央空調節能系統，包括PLC控制器4、溫度輸入模塊7、模數轉換模塊、冷卻泵變頻器5和冷凍泵變頻器6。PLC控制器4的信號輸入端依次與溫度輸入模塊7和模數轉換模塊電連接；PLC控制器4的信號輸出端分別與冷卻泵變頻器5和冷凍泵變頻器6電連接。溫度輸入模塊7分別與設置在冷卻泵側空調主機1出水口、回水口的第一溫度傳感器10、第二溫度傳感器11電連接以及設置在冷凍泵側空調主機出水口、回水口的第三溫度傳感器12、第四傳溫度感器13電連接。模數轉換模塊(A/D模塊9)與三個電流變送器電連接。冷卻泵變頻器5信號輸出端與冷卻泵主機2電連接。冷凍泵變頻器6信號輸出端與冷凍泵主機3電連接。該中央空調節能系統進一步包括與PLC通信連接的人機界面(圖中未示出)。

如圖3所示，三個電流變送器(第一電流變送器14、第二電流變送器15和第三電流變送器16)分別與設置在空調主機上的三個并聯電流互感器(L1、L2和L3)電連接。電流互感器(L1、L2和L3)采集中央空調主機上的電流信號，經電流變送器(第一電流變送器14、第二電流變送器15和第三電流變送器16)轉換后獲得標準的電流信號，電流信號輸入到A/D模塊9進行模數轉換后，經PLC控制器4運算處理可計算出空調主機1的實際運行功率。實際運行功率在PLC控制器4設置以一定時間為周期進行一次更新，更新后的新值P1(t₀)與上一次的值P1(t₀-1)進行比較，得到空調主機1功率差值。

本實施例提供的中央空調節能系統工作過程：

(1)對冷卻泵變頻器5的閉環調節：開始時，溫度輸入模塊7將冷卻泵側空調主機出水口和回水口的第一溫度傳感器10和第二溫度傳感器11傳送給PLC控制器4；PLC控制器4根據兩個溫度傳感器的溫度差，改變冷卻泵主機2的轉速，即改變冷卻水的流量。再依據冷卻泵消耗的功率與轉速是立方關系，即P∝n3(n，冷卻泵的轉速)，可計算出冷卻泵主機2的實際運行功率。與空調主機1的算法一樣，實際運行功率在PLC控制器4設置以10S為周期進行一次更新，更新后的新值P2(t₀)與上一次的值P2(t₀-1)進行比較，得到冷卻泵主機2功率變化值。將空調主機1功率變化值與冷卻泵主機2功率變化值進行求和運算，所得計算值與設置的期望值進行比較，當與設置值不一致時，PLC控制器4自動調節冷卻泵變頻器5的頻率進行控制，實現閉環控制。

(2)對冷凍泵變頻器6的閉環調節：開始時，溫度輸入模塊7將冷凍泵側空調主機出水口和回水口的第三溫度傳感器12和第四溫度傳感器13傳送給PLC控制器4；PLC控制器4根據兩個溫度傳感器的溫度差，改變冷凍泵主機3的轉速，即改變冷凍水的流量。依據冷凍泵消耗的功率與轉速是立方關系，即P∝n3(n，冷凍泵的轉速)，可計算出冷凍泵主機3的實際運行功率。與空調主機1的算法一樣，實際運行功率在PLC控制器4設置以10S為周期進行一次更新，更新后的新值P3(t₀)與上一次的值P3(t₀-1)進行比較，得到冷凍泵主機3功率變化值。將空調主機1功率變化值與冷凍泵主機3功率變化值進行求和運算，所得計算值與設置的期望值進行比較，當與設置值不一致時，PLC控制器4自動調節冷凍泵變頻器6的頻率進行控制，實現閉環控制。

本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本實用新型的原理，應被理解為本實用新型的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據本實用新型公開的這些技術啟示做出各種不脫離本實用新型實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實用新型的保護范圍內。