摘　要：清遠市某公司的生產(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)沒有用變頻技術控制, 而是采用傳統(tǒng)的控制方式, 結果發(fā)現(xiàn)僅該空調(diào)的用電就達到全公司用電量的30%以上，成本奇高。為降低成本和減少故障，公司2001年下決心組織相關工程技術人員對其進行改造, 2003年獲得改造成功。

　　關鍵詞：離心式中央空調(diào)　PLC　變頻技術　改造

　　一、中央空調(diào)系統(tǒng)的構成及工作原理

　　中央空調(diào)系統(tǒng)主要由制冷機、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、風機盤管系統(tǒng)和散熱水塔組成，其系統(tǒng)結構如圖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)器中與冷凍水進行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風機中的冷卻盤管中，由風機吹送冷風達到降溫的目的。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扇對其進行噴淋冷卻，與大氣之間進行熱交換，將熱量散發(fā)到大氣中去。

　　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，水塔風機是7.5KW。絕大多數(shù)時間內(nèi)，實際需要的冷負荷低于設計值，冷凍水泵、冷卻水泵和水塔風機由工頻控制，處于100%的滿負荷運行狀態(tài)，能源浪費非常嚴重。

　　三、中央空調(diào)水系統(tǒng)改造的原理

　　冷凍水泵、冷卻水泵和水塔風機都是傳送流體的裝置，這類負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速的關系，具體的關系表達式：

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

　　式中TL—水泵和風機的阻轉矩(N);TO—空載轉矩(); KT—轉矩比例常數(shù);nL—負載的轉速(r/min); PL—負載功率;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，當頻率為50Hz時，n=k0×50轉/分，功率PL1=KP(k0×50)3;當頻率為45Hz時，n=k0×45轉/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，當電源頻率從50Hz降為45Hz時，就可節(jié)約電能達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、水塔風機的運行，其系統(tǒng)結構如下圖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

　　轉貼于

　　1、變頻器接線如圖8所示。

　　2、變頻器參數(shù)設置：

　　冷凍水泵電機變頻器a參數(shù)設置：

　　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逆轉防止選擇：1;Pr.79 操作模式：2;(在設置上述參數(shù)前Pr.79先設置1);Pr.251輸出欠相保護選擇：1。

　　冷卻水泵電機變頻器b參數(shù)設置：

　　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逆轉防止選擇：1;Pr.79 操作模式：2;(在設置上述參數(shù)前Pr.79先設置1);Pr.251輸出欠相保護選擇：1。

　　水塔風機變頻器c參數(shù)設置：

　　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逆轉防止選擇：1;Pr.79 操作模式：2;(在設置上述參數(shù)前Pr.79先設置1);Pr.251輸出欠相保護選擇：1。

　　八、結束語

　　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，延長了設備維修周期和使用壽命，提高了設備的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

　　1、李佐周 主編《制冷與空調(diào)設備原理及維修》.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》.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：《應用力學學報》

　　《應用力學學報》是由國家科委審批公開發(fā)行的中央級學術刊物。本刊主要反映現(xiàn)代力學在工程實際中的應用，及時交流運用近代力學理論、計算方法和實驗技術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。本刊設有學術論文、研究簡報、討論與探索、綜合評述、動態(tài)、應用等欄目。讀者對象為工程技術人員、力學研究人員及高等院校師生。

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