摘　要：清遠(yuǎn)市某公司的生產(chǎn)車間和辦公室共用一臺美國1997年產(chǎn)的麥克維爾PE079離心式中央空調(diào)，其主機功能完善，但水系統(tǒng)沒有用變頻技術(shù)控制, 而是采用傳統(tǒng)的控制方式, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)僅該空調(diào)的用電就達(dá)到全公司用電量的30%以上，成本奇高。為降低成本和減少故障，公司2001年下決心組織相關(guān)工程技術(shù)人員對其進(jìn)行改造, 2003年獲得改造成功。

　　關(guān)鍵詞：離心式中央空調(diào)　PLC　變頻技術(shù)　改造

　　一、中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

　　中央空調(diào)系統(tǒng)主要由制冷機、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、風(fēng)機盤管系統(tǒng)和散熱水塔組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

　　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(jìn)行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風(fēng)機中的冷卻盤管中，由風(fēng)機吹送冷風(fēng)達(dá)到降溫的目的。經(jīng)蒸發(fā)后制冷劑在冷凝器中釋放出熱量，與冷卻循環(huán)水進(jìn)行熱交換，由冷卻水泵將帶來熱量的冷卻水泵到散熱水塔上由水塔風(fēng)扇對其進(jìn)行噴淋冷卻，與大氣之間進(jìn)行熱交換，將熱量散發(fā)到大氣中去。

　　二、該公司中央空調(diào)系統(tǒng)運行現(xiàn)狀與存在的問題

　　該公司中央空調(diào)水系統(tǒng)的冷水機的功率是203.6KW，冷卻水泵和冷凍水泵的電機各是18.5KW，水塔風(fēng)機是7.5KW。絕大多數(shù)時間內(nèi)，實際需要的冷負(fù)荷低于設(shè)計值，冷凍水泵、冷卻水泵和水塔風(fēng)機由工頻控制，處于100%的滿負(fù)荷運行狀態(tài)，能源浪費非常嚴(yán)重。

　　三、中央空調(diào)水系統(tǒng)改造的原理

　　冷凍水泵、冷卻水泵和水塔風(fēng)機都是傳送流體的裝置，這類負(fù)載消耗的能量與流速的立方成正比，推算可得到能量消耗與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，具體的關(guān)系表達(dá)式：

　　即TL=TO+KTnL2; PL=TLnL/9550;PL=PO+KPnL3。

　　式中TL—水泵和風(fēng)機的阻轉(zhuǎn)矩(N);TO—空載轉(zhuǎn)矩(); KT—轉(zhuǎn)矩比例常數(shù);nL—負(fù)載的轉(zhuǎn)速(r/min); PL—負(fù)載功率;PO—空載功率或損耗功率(KW);

　　KP—比例常數(shù)。

　　如果忽略空載功率，當(dāng)頻率為50Hz時，n=k0×50轉(zhuǎn)/分，功率PL1=KP(k0×50)3;當(dāng)頻率為45Hz時，n=k0×45轉(zhuǎn)/分，功率PL2=KP(k0×45)3。

　　PL2/PL21=KP(k0×45)3/KP(k0×50)3×100%=72.9%，由此可見，當(dāng)電源頻率從50Hz降為45Hz時，就可節(jié)約電能達(dá)27.1%。

　　四、中央空調(diào)水系統(tǒng)改造方法

　　根據(jù)上面的原理，在原中央空調(diào)水系統(tǒng)中增加PLC控制器、變頻器、壓差控制器、溫差控制器、傳感器等控制冷卻水泵、冷凍水泵、水塔風(fēng)機的運行，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖2所示。

　　原中央空調(diào)水系統(tǒng)是采用傳統(tǒng)的繼電接觸器控制的星-三角降壓起動電路，主電路如圖3所示，控制電路如圖4所示。改造后主電路還保留原來的星-三角降壓起動主電路，并增加了一路變頻器控制電機，正常情況下是在變頻器控制電機，在節(jié)能模式下運行，當(dāng)變頻器控制電機這一路有故障時，可以切回星-三角降壓起動運行，提高了系統(tǒng)的安全性。整個控制功能的實現(xiàn)以PLC、變頻器和傳感信號處理器為主。

　　五、改用PLC控制的I/O分配表如表1所示，I/O接線圖如圖5所示。

　　表1、PLC I/O分配表

　　六、水系統(tǒng)PLC控制程序設(shè)計

　　1、水系統(tǒng)變頻器或星-三角運行選擇。

　　2、冷凍泵手動運行控制或主機自動運行控制選擇。

　　3、冷凍泵星三角運行。

　　4、冷凍泵變頻器控制。

　　5、冷卻泵手動運行控制或主機自動運行控制選擇。

　　6、冷卻泵星-三角運行

　　轉(zhuǎn)貼于

　　1、變頻器接線如圖8所示。

　　2、變頻器參數(shù)設(shè)置：

　　冷凍水泵電機變頻器a參數(shù)設(shè)置：

　　Pr.1上限頻率：49.5Hz; Pr.2 下限頻率：35 Hz;Pr.7 加速時間：6s;Pr.8 減速時間：8s;Pr.14適用負(fù)荷選擇：1;Pr.20加/減速參考頻率：50Hz;Pr.21加/減速時間單位：0;Pr.60智能模式選擇：4;Pr.71適用電機：6;Pr.73 0—5V/0—10V選擇：0;Pr.78逆轉(zhuǎn)防止選擇：1;Pr.79 操作模式：2;(在設(shè)置上述參數(shù)前Pr.79先設(shè)置1);Pr.251輸出欠相保護(hù)選擇：1。

　　冷卻水泵電機變頻器b參數(shù)設(shè)置：

　　Pr.1上限頻率：49.5Hz; Pr.2 下限頻率：35 Hz;Pr.7 加速時間：6s;Pr.8 減速時間：8s;Pr.14適用負(fù)荷選擇：1;Pr.20加/減速參考頻率：50Hz;Pr.21加/減速時間單位：0;Pr.60智能模式選擇：4;Pr.71適用電機：6;Pr.73 0—5V/0—10V選擇：0;Pr.78逆轉(zhuǎn)防止選擇：1;Pr.79 操作模式：2;(在設(shè)置上述參數(shù)前Pr.79先設(shè)置1);Pr.251輸出欠相保護(hù)選擇：1。

　　水塔風(fēng)機變頻器c參數(shù)設(shè)置：

　　Pr.1上限頻率：49.5Hz;Pr.2 下限頻率：25 Hz;Pr.7 加速時間：3s;Pr.8 減速時間：8s;Pr.14適用負(fù)荷選擇：1;Pr.20加/減速參考頻率：50Hz;Pr.21加/減速時間單位：0;Pr.60智能模式選擇：4;Pr.71適用電機：6;Pr73 0—5V/0—10V選擇：0;Pr.78逆轉(zhuǎn)防止選擇：1;Pr.79 操作模式：2;(在設(shè)置上述參數(shù)前Pr.79先設(shè)置1);Pr.251輸出欠相保護(hù)選擇：1。

　　八、結(jié)束語

　　筆者與兩名同事有幸參與了該中央空調(diào)水系統(tǒng)的改造,收獲頗豐。此次技術(shù)改造先后共投入6萬余元資金，但經(jīng)過與往年對比，不足一年即節(jié)約出了成本。由于采取了降速運行和軟啟動，不僅減少了振動、噪音和磨損，延長了設(shè)備維修周期和使用壽命，提高了設(shè)備的MTBF(平均故障維修時間)值，而且減少了對電網(wǎng)沖擊，提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　參考文獻(xiàn)

　　1、李佐周 主編《制冷與空調(diào)設(shè)備原理及維修》.高等教育出版社。

　　2、王兆義 編著《小型可編程控制器實用技術(shù)》.機械工業(yè)出版社。

　　3、三菱變頻器.《A540用戶使用手冊》。

　　4、三菱PLC.《FX2N編程手冊》。

　　閱讀期刊：《應(yīng)用力學(xué)學(xué)報》

　　《應(yīng)用力學(xué)學(xué)報》是由國家科委審批公開發(fā)行的中央級學(xué)術(shù)刊物。本刊主要反映現(xiàn)代力學(xué)在工程實際中的應(yīng)用，及時交流運用近代力學(xué)理論、計算方法和實驗技術(shù)在解決工程實際問題中取得的新成果。涉及的內(nèi)容包括流體、振動、強度等。本刊設(shè)有學(xué)術(shù)論文、研究簡報、討論與探索、綜合評述、動態(tài)、應(yīng)用等欄目。讀者對象為工程技術(shù)人員、力學(xué)研究人員及高等院校師生。

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