中央空调系统.doc

中央空调第一章 绪论1.1中央空调概述中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成。制冷系统为空气调节系统提供所需冷量，用以抵消室内环境的冷负荷；制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量。制冷系统是中央空调系统至关重要的部分，其采用种类、运行方式、结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性。1.1.1制冷系统的分类空调用制冷技术属于普通制冷范围，主要是采用液体气化制冷法。（主要是利用液体气化过程要吸收比潜热，而且液体压力不同，其沸点也不同，压力越低，沸点越低。）根据热量从低温物体向高温物体转移的不同方式，可分为：蒸气压缩式制冷、吸收式制冷。 制冷原理：气态制冷工质（如氟利昂）经压缩机压缩成高温高压气体后进入冷凝器，与水（空气）进行等压热交换，变成低温高压液态。液态工质经干燥过滤器去除水份、杂质，进入膨胀阀节流减压，成为低温低压液态工质，在蒸发器内气化。液体气化过程要吸收气化潜热，而且液体压力不同，其饱和温度（沸点）也不同，压力越低，饱和温度越低。例如，1kg的水，在绝对压力为0.00087MPa，饱和温度为5，气化时需要吸收2488.7KJ热量；1kg的氨，在1个标准大气压力（0.10133MPa）下，气化时需要吸收1369.59KJ热量，温度可抵达-33.33。因此，只要创造一定的低压条件，就可以利用液体的气化获取所要求的低温。依此原理，气化过程吸取冷冻水的热量，使冷冻水温度降低（一般降为7）。制冷工质在蒸发器内吸取热量，温度升高变成过热蒸气，进入压缩机重复循环过程。蒸气压缩式制冷系统主要分为水冷式和风冷式。 制冷压缩机是蒸气压缩式制冷装置的一个重要设备。制冷压缩机的形式很多，根据工作原理的不同，可分为两大类：容积式制冷压缩机和离心式制冷压缩机。目前常用的压缩机主要有活塞式压缩机、涡旋式、螺杆式以及离心式压缩机。 容积式制冷压缩机是靠改变工作腔的容积，将周期性吸入的定量气体压缩。常用的容积式制冷压缩机有往复活塞式制冷压缩机和回转式制冷压缩机。离心式制冷压缩机是靠离心力的作用，连续地将所吸入的气体压缩。这种压缩机的转数高，制冷能力大。目前，国外空调用氟利昂离心式制冷压缩机的单机制冷量高达30000kw。 制冷剂是制冷装置中进行制冷循环的工作物质，其工作原理是制冷剂在蒸发器内吸收被冷却物质的热量而蒸发，在冷凝器中将所吸收的热量传给周围的空气或者水，而被冷却为液体，往复循环，借助于状态的变化来达到制冷的作用。常用制冷剂有氨（R717）、氟利昂（氟氯代烷）（R22、R134a、R410A等）。1.1.2吸收式制冷吸收式制冷是液体气化的一种形式，它和蒸气压缩式制冷一样，是利用液态制冷剂在低温低压下气化以达到制冷的目的。所不同的是：蒸气压缩式制冷是靠消耗机械功（或电能）使热量从低温物体向高温物体转移，而吸收式制冷则是靠消耗热能来完成这种非自发过程的。吸收式制冷机主要由四个交换设备组成，即发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器，它们组成两个循环环路：制冷剂循环与吸收剂循环。左半部是制冷剂循环，属逆循环，由冷凝器、节流装置和蒸发器组成。高压气态制冷剂在冷凝器中向冷却介质放热被凝结为液态后，经节流装置减压降温进入蒸发器；在蒸发器内，该液体被气化为低压气态，同时吸取被冷却介质的热量产生制冷效应。这些过程与蒸气压缩式制冷完全相同。右半部为吸收剂循环，属正循环，主要由吸收器、发生器和溶液泵组成，相当于蒸气压缩式制冷的压缩机。在吸收器中，用液态吸收剂不断吸收蒸发器产生的低压气态制冷剂，以达到维持蒸发器内低压的目的；吸收剂吸收制冷剂蒸气而形成的制冷剂-吸收剂溶液，经溶液泵升压后进入发生器；在发生器中该溶液被加热、沸腾，其中沸点低的制冷剂气化形成高压气态制冷剂，进入冷凝器液化，而剩下的吸收剂溶液则返回吸收器再次吸收低压气态制冷剂。吸收式制冷机中的吸收剂通常并不是单一物质，而是以二元溶液的形式参与循环的，吸收剂溶液与制冷剂吸收剂溶液的区别只在于前者所含沸点较低的制冷剂量比后者少，或者说前者所含制冷剂的浓度比后者低。二元溶液通常有溴化锂水溶液、氨水溶液等。中央空调制冷系统的选择，应根据负荷大小、能源提供方式、便利程度等多种客观条件决定。其中活塞式制冷压缩机多为中型（标准制冷量60600KW）和小型（小于60KW），但是由于其噪音大、效率低且容易发生故障，目前使用的已不多；涡旋式制冷压缩机目前主要用于小型制冷系统，在家用空调以及商用VRV等小型系统大量使用；而螺杆机具有结构简单、可靠性高及操作维护方便，另外技术成熟等一系列独特的优点，已经广泛应用于空调中；离心式压缩机结构简单紧凑，运动件少，工作可靠，经久耐用运行费用低，一般适用大于500RT的制冷系统中，并且可以实现无级调节，使机组的负荷在30%100%范围内工作。通常情况下，多采用电制冷，在燃气或燃煤资源丰富的地区，可采用吸收式制冷。1.1.3冰蓄冷空调系统冰蓄冷系统，是在电力负荷较低的用电低谷期，利用优惠电价，采用电制冷空调主机制冰，并贮存在蓄冰设备中；在电力负荷较高的白天，避开高峰电价，停止或间歇运行电制冷空调主机，把蓄冰设备储存的冷量释放出来，以满足建筑物空调负荷的需要。为了均衡用电，削峰填谷，世界各国都全面实行了峰谷电价政策，我国政府和电力部门在建设节约型社会思想的指导下，大力推广需求侧管理（DSM），以缓解电力建设和新增用电矛盾。各地区也出台了促进蓄冰空调发展的相关政策，推动了蓄冷空调技术的发展和应用。特别是近年来逐步拉大峰谷电价差，多数地区峰谷电价差已达三倍以上。随着各地峰谷电价实施范围的进一步扩大和峰谷电价比的加大，为电力蓄能技术的推广应用提供了更为有利的条件。第二章 中央空调系统级分析2.1 工程概况 盐城工学院博学楼D楼是为了学生上课、学习的需要而建设的的综合性建筑，也是盐城市政府及盐城工学院社会事业重点建设项目。博学楼是由实验楼、机房、广播网络中心和教室楼等几种功能用房组成。主体建筑地上 5层。建筑1层为门厅、多媒体教室和实验教室等；2楼为多媒体教室和实验教室等：3楼及为多媒体教室和教室办公楼。建筑主体高度20m，总建筑面积 11072m2。2.2 空调系统方案的确定不能影响建筑本身的功能是整个工程的宗旨，结合本工程的经济性与合理性，多联式空调机系统以其设计、安装简单、布置灵活、节省空间、部分负荷状态下能效比高、运行成本低、运行管理方便、维护简单、可实现分户计量、分期建设的优点成为了本工程的首选方案。 中央空调冷冻水系统有两台37 KW电机。一般正常工作时两台冷冻水泵正常使用，另外两台冷冻水泵作为备用。考虑节电效果、投资成本，采用一台变频工作，一台工频工作。中央空调冷冻水系统的最大负载能力总是按照天气最热，负荷最大的条件来设计的，但实际上系统很少在这种极限条件下工作，所以实际负荷很少达到满负荷，特别是在气温稍低的季节，冷气需求量少，主机负荷低。为了保证良好的运行状态和较高的运行效率，主机只好根据负载的变化自动进行加载或卸载。但是与之相配套的冷冻水泵却仍在高负荷状态下运行。根据现场情况，冷冻泵的压力大，出水和回水的温差较小，热交换不充分，造成了很大的能量损失。根据以上的分析，冷冻水泵的变频改造是非常必要的。2.2.1节能改造的具体方案：交流变频调速技术以改变交流电动机的电源频率来改变交流电动机的速度，是一项较成熟的高科技成果。所选用的DIRISE变频器是一种较为理想的高效调速装置，具有体积小、重量轻、安装操作简便、调速范围宽、节电效果好、稳定可靠、使用寿命长等优点，在交流变频调速技术方面得到了广泛的应用。可实现从低速到高速运转的高精度恒速控制，对于恒转矩负载有150%的过载能力，可适用于不同参数电机。对于风机水泵类，2000系列有120%过载能力满足其应用要求。内置PID，可用于恒压供水、温度控制和风量控制等。具有过载过压、欠压保护功能。性价比高。冷冻水泵改造后系统主回路方案:(见附图一)1、根据实际运行和资金投入情况，对两台37KW的中央空调冷冻水泵电机配置一台37KW变频节能控制器，采用“一拖二”控制方式，控制两台冷冻水泵运行，通过改变泵的转速来控制流量，从而达到节能。可手动切换为1#泵变频自动运行或2#泵变频自动运行；但只有一台水泵变频运行，如果变频泵运行不够时，则手动工频启动第二台泵投入运行。2、冷冻水系统采用回水温度闭环控制。采集回水温度信号，经温度变送器PID运算后，控制变频器的输出频率。3、为了检修方便且不影响运行，可进行变频和工频两种运行状态的相互切换。同时实现电气互锁。三、系统特点：（1） 系统根据冷冻水回水温度调节水流量，把冷冻水进水和回水温差控制在适当的范围之内，保证末端设备冷气量供应均匀，节省系统能耗。（2）根据水泵的平方转矩机械特性，不难算出当负载流量下降到其额定流量的70%时，节电率将达到48%，一般情况下节电率为30%60%。（3）系统主要电气控制部分采用性能优良的DIRISE变频器和天正低压电器。质量可靠，性能稳定。（4）系统有两种工作方式：变频节能运行和工频运行，当变频系统出现故障时，可切换为工频运行，不影响中央空调系统的正常使用。（5）为避免壹台泵长期运行，而其余泵长期闲置，各泵可根据实际选择运行。（6）管路阀门开度最大，消除阀门上节流损失，节省电能。（7）实现电机软启动（最大启动电流小于额定电流）并有欠压、过流、缺相、漏电等保护措施，改善了电机运行条件，提高了运行的可靠性。（8）启动平稳，无冲击负荷，消除水锤效应，增加了设备使用寿命，减少了维修费用。地温中央空调因其实现零排、热效率高、价格低廉等优势,是目前世界各国大力提倡的空调设备。一、概述 1中央空调系统的构成； （1）冷冻机组 这是中央空调的“制冷源”，通往各个房间的循环水由冷冻机组进行“内部热交换”，降温为“冷冻水”。 2冷却水塔用于为冷冻机组提供“冷却水”； 3“外部热交换”系统由两个循环水系统组成； （1）冷冻水循环系统 由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各房间内进行热交换，带走房间热量，使房间内的温度下降。 从冷冻机组流出、进入房间的冷冻水简称为“出水”：流经所有的房间后回到冷冻机组的冷冻水简称为“回水”。 （2）冷却水循环系统 由冷冻泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换，使水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔与大气进行热交换，然后在将降了温的冷却水，送回到冷却机组。如此不断循环，带走了冷冻机组释放的热量。 流进冷冻机组的冷却水简称为“进水”；从冷冻机组流回冷却塔的冷却水简称为“回水”。 4冷却风机有两种情况： （1）室内风机 安装于所有需要降温的房间内，用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内的热交换。 （2）冷却塔风机 用于降低冷却塔中的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。 可以看出，中央空调系统是工作过程室一个不断地进行热交换的能量转换过程。在这里，冷冻水和冷却水循环系统是能量的主要传递者。因此，对冷冻水和冷却水循环系统的控制便是中央空调控制系统的重要组成部份。 5温度检测 通常使用热电阻，如图1中的Rt1、Rt2、Rt3。中央空调的拖动系统通常由以下部份组成： 冷冻机组拖动系统； 冷冻泵拖动系统 由若干台水泵组成； 冷却泵拖动系统 也由若干台水泵组成； 风机（包括室内风机和冷却塔风机）拖动系统。 拖动系统一般均不能调速，故耗能大，且温度的调节比较粗略。 二、中央空调变频调节系统的基本考虑 下面就冷冻水泵的冷却水泵变频调速进行分析（冷冻机组和冷却塔风机也可进行变频调速，可以参见风机和压缩机的变频调速），由于冷冻水泵和冷却水泵都是循环水，这就和供水系统有所区别。 1、供水系统 (1)用水特点 在供水系统中，用户抽用的水是消耗掉的。它并不回到水泵的进水口，对拖动系统毫无反馈作用。 (2)调速特点 在供水系统中，当通过改变转速来调节流量时，扬程也虽之改变，并且，扬程是和转速的平方成正比的： 3中央空调变频调速系统的控制依据 中央空调系统的外部热交换两个循环系统来完成。循环水系统的回水与进（出）水温度之差，反映了需要进行热交换的热量。因此，根据回水与进水（出）水温度之差来控制循环水的流动速度，从而控制了进行热交换的速度，是比较合理的控制方法。 （1）冷冻水循环系统的控制 由于冷冻水的回水温度是冷冻机组“冷冻”的结果，常常是比较稳定的。因此，单是回水温度的高低就足以反映房间内的温度。所以，冷冻泵的变频调速系统，可以简单地根据回水温度进行如下控制：回水温度高，说明房间温度高，应该提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度；反之，回水温度低，说明房间温度低，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度，以节约能源。简言之，对于冷冻水循环系统，控制依据是回水温度，即通过变频调速，实现水的恒温度控制。 （2）冷却水循环系统的控制 由于冷却塔的水温是随环境温度而变的其单侧水温度不能准确地反映冷冻机组内产生热量的多少。所以，对于冷却泵，以进水和回水间的温差作为控制依据，宙实现进水和回水的恒温差控制是比较合理的。温差大，说明冷冻机组产生的热量大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水的循环速度；温差小，说明冷冻机组产生的热量小，可以降低冷却泵的转速，减缓冷却水的循环速度，以节约能源。 4中央空调变频调速系统的控制方式 中央空调的水循环都由若干台水泵组成，其系统框图如图2。采用变频调速时，可以有两种方案： （1）一台变频器方案。 （2）全变频方案。现以一台变频控制三台冷冻泵或三台冷却泵的各泵切换方法如下： A、先启动1号泵，进行恒温度（差）控制； B、当1号泵的工作频率上升到50HZ或上限切换频率（如48HZ）时，将工频启动2号泵；1号泵仍变频运行，进行恒温度（差）控制； C、当1号泵的工作频率上升到50HZ或上限切换频率（如48HZ）时，将工频启动3号泵；1号泵仍变频运行，进行恒温度（差）控制； D、当1号泵的工作频率下降至设定的下限切换频率时，则2号泵停机。 E、当1号泵的工作频率下降至设定的下限切换频率时，将3号泵停机。这时，只有1号泵处于变频调速状态。 设置步骤分两种情况：一种是外置PID调节器，一种是内置PID调节器。与恒压供水系统相似。 中央空调系统图1所示为一典型中央空调机组系统图，主要由冷冻水循环系统、冷却水循环系统及主机三部分组成：图1 中央空调系统原理图 冷冻水循环系统该部分由冷冻泵、室内风机及冷冻水管道等组成。从主机蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道（出水），进入室内进行热交换，带走房间内的热量，最后回到主机蒸发器（回水）。室内风机用于将空气吹过冷冻水管道，降低空气温度，加速室内热交换。 冷却水循