空調(diào)冷熱源系統(tǒng)

1、大綱一、 集中空調(diào)冷熱源系統(tǒng)的各部分組成以及原理二、 為什么要對冷熱源系統(tǒng)進(jìn)行自動控制三、 樓宇自控的原理以及如何在冷熱源系統(tǒng)中進(jìn)行樓宇自控四、 設(shè)計(jì)一個冷熱源自動控制的實(shí)例五、 總結(jié)摘要：集中空調(diào)冷熱源系統(tǒng)隨著人民生活水平的不斷提高，人們對居住環(huán)境、辦公環(huán)境的舒適性、美觀性等的要求也越來越高，在新建和改建的民用建筑設(shè)計(jì)中，越來越多的業(yè)主要求設(shè)計(jì)集中性空調(diào)系統(tǒng)。集中性空調(diào)系統(tǒng)主要由空調(diào)房間、空氣制冷設(shè)備、送風(fēng)回風(fēng)管道以及冷熱源系統(tǒng)組成。其中冷熱源在集中性空調(diào)系統(tǒng)中被稱為主機(jī)，一方面是因?yàn)樗窍到y(tǒng)的心臟；另一方面，它的能耗也是也是構(gòu)成系統(tǒng)總能耗的主要部分。因此對集中空調(diào)系統(tǒng)冷熱源的選擇關(guān)系著整個

2、集中空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，也關(guān)系到業(yè)主在使用過程中的費(fèi)用。一、冷熱源系統(tǒng)的工作原理及組成 此系統(tǒng)為一級泵變流量系統(tǒng)，冷水機(jī)組與冷水泵、冷卻水泵、冷卻塔為一對一方式運(yùn)行。冷水泵、冷卻水泵均設(shè)三臺，為兩用一備，可根據(jù)冷水機(jī)組及冷卻塔工況切換運(yùn)行。（1） 冷熱源機(jī)房的組成：1. 冷水機(jī)組：這是空調(diào)系統(tǒng)的制冷源，通往各個房間的循環(huán)水由冷水機(jī)組進(jìn)行“內(nèi)部交換”，降溫為“冷卻水”。2. 冷卻塔：利用空氣同水的接觸（直接或間接） 來降低水的溫度，為冷水機(jī)組提供冷卻水。3. 外部熱交換系統(tǒng)：由兩個循環(huán)水系統(tǒng)組成1) 冷凍水系統(tǒng)：由冷凍水泵和冷凍水管道組成。從冷水機(jī)組流出的冷凍水由冷凍水泵加壓送入冷凍水管道，在各

3、房間內(nèi)進(jìn)行熱交換，帶走房間熱量，使房間的溫度下降。2) 冷卻水系統(tǒng)：由冷卻水泵和冷卻水管道組成。冷水機(jī)組進(jìn)行熱交換，使冷凍水溫度降低的同時，釋放大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻水泵將升溫冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換，然后再將降溫后的冷卻水送回至冷卻機(jī)組。如此不斷循環(huán)，帶走冷水機(jī)組釋放的熱量。4. 膨脹水箱及補(bǔ)水泵： 為了補(bǔ)償閉式系統(tǒng)中存水因溫度溫度變化而引起的體積膨脹余地并有利于系統(tǒng)內(nèi)的空氣排除而設(shè)置膨脹水箱。同時能起到補(bǔ)水箱的作用，當(dāng)系統(tǒng)冷凍水由于蒸發(fā)等因素減少時向系統(tǒng)補(bǔ)充水量。（2） 工作過程：1. 系統(tǒng)啟動順序：冷卻塔風(fēng)扇啟動，開冷卻塔水閥，啟動

4、冷卻水泵，延時30s后開冷凍水閥，啟動冷凍水泵，延時30s，啟動冷水機(jī)組。系統(tǒng)關(guān)斷方式取相反順序。2. 制冷工作過程：制冷劑在冷水機(jī)組循環(huán)，壓縮機(jī)出來的冷媒（制冷劑），流經(jīng)冷凝器降溫降壓，冷凝器通過冷卻水系統(tǒng)將熱量帶到冷卻塔排出，冷媒繼續(xù)流動經(jīng)過節(jié)流裝置，成低溫低壓液體，流經(jīng)蒸發(fā)器吸熱，再經(jīng)壓縮，在蒸發(fā)器的兩端接有冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，制冷劑在此次吸的熱量將冷凍水溫度降低，使低溫的水流到用戶端，再經(jīng)過見機(jī)盤管進(jìn)行熱交換，將冷風(fēng)吹出。二、設(shè)備的選擇（一）冷水機(jī)組的選擇民用建筑集中空調(diào)用冷水機(jī)組一般采用壓縮式制冷機(jī)組和溴化鋰吸收式制冷機(jī)組。壓縮式冷水機(jī)組又分為活塞式冷水機(jī)組、螺桿式冷水機(jī)組、離心式冷水機(jī)

5、組。溴化鋰吸收式冷水機(jī)組又可分為蒸汽溴化鋰吸收式冷水機(jī)組和直燃溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)組。1、 活塞式冷水機(jī)組活塞式冷水機(jī)組屬于容積式制冷壓縮機(jī)組，是通過氣缸容積在往復(fù)運(yùn)動過程中的變化來達(dá)到對冷媒進(jìn)行壓縮的目的。具有價格低廉、制造簡單、運(yùn)行可靠、使用靈活方便等優(yōu)點(diǎn)?；钊嚼渌畽C(jī)組用于民用建筑中的單機(jī)制冷量范圍大約為30-300KW，單機(jī)容量較小，適用于小型空調(diào)機(jī)組。為不斷滿足民用建筑日益增大的要求，近年來活塞式冷水機(jī)組容量有不斷增加的趨勢。最常見的增加活塞式冷水機(jī)組容量的方法就是采用多臺壓縮機(jī)聯(lián)合運(yùn)行的方式，在一些產(chǎn)品中，壓縮機(jī)的臺數(shù)組合較多，總制冷量可達(dá)1500KW以上。與其他電動型機(jī)組相比，活

6、塞式冷水機(jī)組制冷效果較低。2、 螺桿式冷水機(jī)組螺桿式冷水機(jī)的功率與相比活塞式的相對較大，典型制冷量范圍在700-1000KW，主要應(yīng)用于中央空調(diào)系統(tǒng)或大型工業(yè)制冷方面。螺桿式壓縮機(jī)是一種回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。通過對滑閥的控制，可以在15%-100%范圍內(nèi)對制冷量進(jìn)行無級調(diào)節(jié)，且在低負(fù)荷時效能較高，對于民用建筑的空調(diào)負(fù)荷具有較好的適應(yīng)性。同活塞式機(jī)一樣，一些螺桿式機(jī)組也采用多臺聯(lián)合運(yùn)行的方式，有的總制冷量可達(dá)到2500KW以上。螺桿式壓縮機(jī)分為雙螺桿式壓縮機(jī)和單螺桿式壓縮機(jī)。雙螺桿式壓縮機(jī)內(nèi)有一對相互嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，陰陽轉(zhuǎn)子齒間容積由于齒的互相嚙合逐步

7、縮小，氣態(tài)冷媒得到壓縮。單螺桿式壓縮機(jī)由一個主動轉(zhuǎn)子和兩個星輪組成，它的吸氣、壓縮、排氣三個連續(xù)過程是靠轉(zhuǎn)子、星輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生周期性的容積變化來實(shí)現(xiàn)的。相比雙螺桿式壓縮機(jī)，單螺桿式壓縮機(jī)壽命更長，重量更輕，噪音更小，維修更易，制冷系數(shù)更高。3、 離心式冷水機(jī)組離心式冷水機(jī)組是目前大中型民用建筑集中空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)組，尤其是單機(jī)制冷量大于1000KW時，這時的離心式機(jī)組效率高于螺桿式機(jī)組，當(dāng)制冷量低于700KW時，離心式冷水機(jī)組的能效比明顯降低。離心式壓縮機(jī)通過葉輪上葉片的高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動氣態(tài)冷媒高速運(yùn)動，并產(chǎn)生一定的離心力，將氣體自葉輪中心向外拋出，速度增大，壓力得以提高。離心式壓縮機(jī)的

8、單機(jī)制冷量一般在1000-35000KW之間，具有重量輕，制冷系數(shù)高，容量調(diào)節(jié)方便，噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)負(fù)荷太低（小于20%）時，有可能發(fā)生喘振現(xiàn)象，使得機(jī)組運(yùn)行工況惡化。4、 吸收式冷水機(jī)組與壓縮式制冷機(jī)以電為能源不同，吸收式制冷機(jī)是以熱為能源。在民用建筑空調(diào)制冷中，吸收式制冷所采用的工質(zhì)通常為溴化鋰水溶液，其中水為制冷循環(huán)用冷媒，溴化鋰為吸收劑。因此，通常溴化鋰制冷機(jī)組的蒸發(fā)溫度不低于0，在這一點(diǎn)上溴化鋰制冷的適用范圍不如壓縮式制冷，但對于民用建筑空調(diào)6-7的冷水溫度來說還是適用的。溴化鋰制冷機(jī)組的一大優(yōu)點(diǎn)即是節(jié)省電能，它的用電設(shè)備主要是溶液泵，電量大約為5-10KW，大大低于壓縮式制冷機(jī)組

9、的用電量。該機(jī)組的另一大特點(diǎn)是由于傳熱面積大，傳熱溫差小，因而機(jī)組對冷卻水溫的要求不如壓縮制冷機(jī)來的嚴(yán)格，冷卻水溫的變化對制冷量影響較小，故而運(yùn)行工況更加穩(wěn)定。同時溴化鋰制冷機(jī)組的容量調(diào)節(jié)范圍為10-100%，略大于壓縮式制冷機(jī)組。（2） 冷卻塔的選擇冷卻塔冷卻塔一般主要由填料（亦稱散熱材）、配水系統(tǒng)、通風(fēng)設(shè)備、空氣分配裝置、擋水器（或收水器）、集水槽（或集水池）等部分構(gòu)成。利用空氣同水的接觸（直接或間接）來冷卻水，將攜帶廢熱的冷卻水在塔體內(nèi)部與空氣進(jìn)行熱交換，使廢熱傳輸給空氣并散入大氣中。 冷卻塔臺數(shù)一般應(yīng)和制冷機(jī)臺數(shù)相同，無需設(shè)置備用塔。小型水冷柜式空調(diào)機(jī)，也可多臺機(jī)組合用一臺冷卻塔，當(dāng)選

10、用多臺水塔時盡量選擇同一型號。目前常用的一般冷卻塔有圓形逆流式和方形橫流式。1. 圓形逆流式冷卻塔圓形逆流式冷卻塔采用逆流式氣熱交換技術(shù)，填料采用優(yōu)質(zhì)的改性聚氯 乙波片，以擴(kuò)散淋水面積；通過旋轉(zhuǎn)布水方式，實(shí)現(xiàn)布水均勻，增強(qiáng)冷卻效果。2. 方形橫流式冷卻塔方形橫流式冷卻塔采用兩側(cè)進(jìn)風(fēng)，靠頂部的風(fēng)機(jī)，使空氣經(jīng)由塔兩側(cè)的填料，與熱水進(jìn)行介質(zhì)交換，濕熱空氣再排向塔外。填料采用兩面有凸點(diǎn)的點(diǎn)波片，通過安裝頭使點(diǎn)波片粘結(jié)成整體，以提高剛性，兩面的凸點(diǎn)還可避免直接滴水，因此提高了水膜形成能力，填料尾部設(shè)有收水措施。相比圓形逆流式冷卻塔，方形橫流式冷卻塔水損失率更小，通風(fēng)面積更大，冷卻效果也更好。最大的一個好

11、處是，其布水器是固定的，不像圓塔式的旋轉(zhuǎn)布水器需要水流來推動，當(dāng)水量減少時，水流分布仍是均勻的，且水流流速會相對更慢一些，能取得更好的冷卻塔降溫效果，因而非常適用于冷卻水泵采用變頻調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。為什么要對冷熱源系統(tǒng)進(jìn)行自動控制一、 什么是樓宇自動化控制系統(tǒng)近年來國內(nèi)高層建筑不斷興建，它的特點(diǎn)是高度高、層數(shù)多、體量大。面積可達(dá)幾萬平方米到幾十萬平方米。這些建筑都是一個個龐然大物，高高的聳立在地面上，這是它的外觀，而隨之帶來的內(nèi)部的建筑設(shè)備也是大量的，如空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備及繪排水系統(tǒng)的設(shè)備等。這些設(shè)備多而散：多，即數(shù)量多被控制、監(jiān)視、測量的對象多，多達(dá)上百到上萬點(diǎn)；散，即這些設(shè)備分散在各層和角落。如

12、果采用分散管理，就地控制，監(jiān)視和測量難以想象。為了提高設(shè)備利用率，合理地使用能源，加強(qiáng)對建筑設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視，節(jié)省人力，確保設(shè)備的安全運(yùn)行，自然地就提出了樓宇自動化控制系統(tǒng)。樓宇自動化控制系統(tǒng)能夠自動控制建筑物內(nèi)的機(jī)電設(shè)備。通過軟件，系統(tǒng)地管理相互關(guān)聯(lián)的設(shè)備，發(fā)揮設(shè)備整體的優(yōu)勢和潛力，提高設(shè)備利用率，優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和時間，從而可延長設(shè)備的服役壽命，降低能源消耗，減低維護(hù)人員的勞動強(qiáng)度和工時數(shù)量。最終，降低了設(shè)備的運(yùn)行成本。二、 冷熱源系統(tǒng)中的自動控制（一） 冷熱源系統(tǒng)監(jiān)控目的自動控制、監(jiān)視、測量是建筑設(shè)備管理的三大要素，其目的是正確掌握建筑設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、事故狀態(tài)、能耗、負(fù)荷的變動等，其目的

13、是正確掌握建筑設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、事故狀態(tài)、能耗、負(fù)荷的變動等。其中對冷熱源系統(tǒng)實(shí)施自動監(jiān)控能夠及時了解各機(jī)組、水泵、冷卻塔等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并對設(shè)備進(jìn)行集中控制，自動控制它們的啟停，并記錄各自運(yùn)行時間，便于維護(hù)。如果這些工作還是由人工來進(jìn)行操作，那么會浪費(fèi)大量的人力資源，而且工作起來會很不方便，如果工作人員在工作上產(chǎn)生疏忽時，將會造成能量的極大浪費(fèi)和不安全因素。通過對冷熱源系統(tǒng)實(shí)施自動監(jiān)控，可以從整體上整合空調(diào)系統(tǒng)，使之運(yùn)行在最佳的狀態(tài)。多臺冷水機(jī)組、冷卻水泵、冷凍水泵和冷卻塔、熱水機(jī)組、熱水循環(huán)水泵或者其他不同的冷熱源設(shè)備可以按先后有序地運(yùn)行，通過執(zhí)行最新的優(yōu)化程序和預(yù)定時間程序，達(dá)到最大限度

14、的節(jié)能，同時可以減少人手操作可能帶來的誤差，并將冷熱源系統(tǒng)的運(yùn)行操作簡單化。集中監(jiān)視和報警能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的問題，進(jìn)行預(yù)防性維修，以減少停機(jī)時間和設(shè)備的損耗，通過降低維修開支而使用戶的設(shè)備增值。另外冷熱源系統(tǒng)可以根據(jù)被調(diào)量變動的情況，給系統(tǒng)增減熱量或者冷量，因此可以降低能耗，節(jié)省能源尤其在使用電子計(jì)算機(jī)之后既可大力節(jié)省人力，又可節(jié)省能源。一般認(rèn)為可節(jié)約能源25。根據(jù)日本電氣學(xué)會技術(shù)報告說：使用電子計(jì)算機(jī)的管理系統(tǒng)的效果與不使用的效果相比，維修保養(yǎng)人員可減少約30。這里講的節(jié)能是在必要能源的最高利用率上所采用的節(jié)能方法。此運(yùn)轉(zhuǎn)控制所采用的方法主要有：機(jī)械的有效運(yùn)轉(zhuǎn)；變更室內(nèi)溫濕度的條件；把設(shè)備運(yùn)

15、轉(zhuǎn)時間控制在最小限度等。在一幢大樓內(nèi)電氣的消耗率占整個能源消耗的7090，所以節(jié)能首先應(yīng)從電氣方面著手，降低電能的消耗。（二） 冷熱源的監(jiān)測與自動控制的主要功能1. 基本參數(shù)的測量參數(shù)的測量是使冷熱源系統(tǒng)能夠安全正常運(yùn)行的基本保證。冷熱源系統(tǒng)中的基本參數(shù)包括：各機(jī)組的運(yùn)行、故障、手自動參數(shù)；冷凍水、熱水循環(huán)系統(tǒng)總管的溫度、流量，有的會同時考慮壓力；冷凍水泵、熱水循環(huán)水泵的運(yùn)行、故障、手自動參數(shù)；冷卻水循環(huán)系統(tǒng)總管的溫度、冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行、故障、手自動參數(shù)；分集水器之間旁通閥的壓差反饋；以及冷凍、冷卻水路的電動閥門的開關(guān)狀態(tài)。2. 基本的能量調(diào)節(jié)主要是機(jī)組本身的能量調(diào)節(jié)，機(jī)組根據(jù)水溫自

16、動調(diào)節(jié)導(dǎo)葉的開度或滑閥位置，給系統(tǒng)增減熱量或者冷量，電機(jī)電流會隨之改變。3. 冷熱源系統(tǒng)的全面調(diào)節(jié)與控制。即根據(jù)測量參數(shù)和設(shè)定值，合理安排設(shè)備的開停順序和適當(dāng)?shù)卮_定設(shè)備的運(yùn)行臺數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)“無人機(jī)房”。這是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)揮其可計(jì)算性的優(yōu)勢，通過合理的調(diào)節(jié)控制，節(jié)省運(yùn)行能耗，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的途徑，也是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與常規(guī)儀表調(diào)節(jié)或手動調(diào)節(jié)的主要區(qū)別所在。（三） 冷熱源系統(tǒng)自動監(jiān)測的基本數(shù)據(jù)冷熱源系統(tǒng)的能耗主要由機(jī)組電耗及水泵電耗構(gòu)成。由于各冷凍水、熱水末端用戶都有良好的自動控制，那么機(jī)組的產(chǎn)冷熱量和產(chǎn)熱量必須滿足用戶的需要，節(jié)能就要靠恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，降低循環(huán)泵電耗來獲得。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，我

17、們可以通過系統(tǒng)編程，完成特定的操作順序，如：設(shè)備自動啟停、設(shè)備保護(hù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和報警，來實(shí)現(xiàn)機(jī)組的高效運(yùn)行，為機(jī)組提供適當(dāng)?shù)淖詣颖O(jiān)測控制，其中包括：1. 自適應(yīng)啟停最大限度地減少設(shè)備的能耗，冷凍水、熱水溫度和過去的冷熱負(fù)荷慣性/反應(yīng)時間，來自動調(diào)節(jié)機(jī)組水泵的啟/停時間表。按照最優(yōu)啟/停時間來控制水泵和機(jī)組。2. 機(jī)組排序/選擇用戶可以自行選定機(jī)組，并安排其順序。系統(tǒng)將自動預(yù)測冷熱負(fù)荷需求/趨勢，并根據(jù)過去的能效、負(fù)荷需求、機(jī)組水泵的功率和待命機(jī)組的情況來自動選擇設(shè)備的最優(yōu)組合。用戶可以交替地選擇最優(yōu)/同等的機(jī)組運(yùn)行時間。冷凍水閥門將按照機(jī)組的選定情況來開/關(guān)。用戶可以在某個現(xiàn)場位置啟動機(jī)組，也可

18、以選擇自動啟動。任何機(jī)組得到開機(jī)命令卻未能啟動的，應(yīng)按指定要求發(fā)出報警。3. 最優(yōu)機(jī)組負(fù)荷分配系統(tǒng)將根據(jù)能效和最優(yōu)設(shè)備組合來自動為每臺機(jī)組分配負(fù)荷?？刂葡到y(tǒng)在保持供水設(shè)定值狀態(tài)的同時，會優(yōu)化機(jī)組的負(fù)荷分配。4. 水溫重設(shè)對于單臺機(jī)組或一般供水情況,保持冷凍水缸內(nèi)的供水溫度恒定(例如：冷凍水供水溫度7°C，熱水供水溫度50°C)。5. 低負(fù)荷控制不允許單臺機(jī)組在低于可選工況點(diǎn)(如30%的負(fù)荷)下運(yùn)行，除非只有單臺冷水機(jī)用于承擔(dān)冷負(fù)荷。當(dāng)冷負(fù)荷低于25%時，系統(tǒng)將選擇機(jī)組啟?？刂疲员愠浞职l(fā)揮其能效；或根據(jù)冷熱負(fù)荷慣性/反應(yīng)時間和檔案數(shù)據(jù)來選擇連續(xù)運(yùn)行。6. 斷電后自動啟動當(dāng)發(fā)生斷電時，所有設(shè)備將停機(jī)一段時間，這段時間的長短可以選定