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)中進行樓宇自控四、設(shè)計一個冷熱源自動控制的實例五、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)計中，越來越多的業(yè)主要求設(shè)計集中性空調(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、送風回風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，一方面是因為它是系統(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)系著整個集

2、中空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)劣，也關(guān)系到業(yè) 主在使用過程中的費用。、冷熱源系統(tǒng)的工作原理及組成水一 圉球11 ©OCCCOHTROLLER諂*x1QJ*F溷戒*4C/0四|VIA/0此系統(tǒng)為一級泵變流量系統(tǒng)，冷水機組與冷水泵、冷卻水泵、冷卻塔為一對一方式運行。冷水 泵、冷卻水泵均設(shè)三臺，為兩用一備，可根據(jù)冷水機組及冷卻塔工況切換運行。（一）冷熱源機房的組成：1. 冷水機組：這是空調(diào)系統(tǒng)的制冷源， 通往各個房間的循環(huán)水由冷水機組進行“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

3、水系統(tǒng)：由冷凍水泵和冷凍水管道組成。從冷水機組流出的冷凍水由冷凍水泵加壓送入 冷凍水管道，在各房間內(nèi)進行熱交換，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。冷水機組進行熱交換，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行熱交換，然后再將降溫后的冷卻水送回至冷卻機組。如此不斷循環(huán),帶走冷水機組釋放的熱量。4. 膨脹水箱及補水泵：為了補償閉式系統(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。同時能起到補水箱的作用，當系統(tǒng)冷凍水由于蒸發(fā)等因素減

4、少時向系統(tǒng)補充水量。（二）工作過程：1. 系統(tǒng)啟動順序：冷卻塔風扇啟動，開冷卻塔水閥，啟動冷卻水泵，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：制冷劑在冷水機組循環(huán)，壓縮機出來的冷媒（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)過見機盤管進行熱交換，將冷風吹出。、設(shè)備的選擇（一）冷水機組的選擇民用建筑集中空調(diào)用冷水機組一般采用壓縮式制

5、冷機組和漠化鋰吸收式制冷機組。壓縮式冷水 機組又分為活塞式冷水機組、螺桿式冷水機組、離心式冷水機組。漠化鋰吸收式冷水機組又可分為 蒸汽漠化鋰吸收式冷水機組和直燃漠化鋰吸收式冷熱水機組。1、活塞式冷水機組活塞式冷水機組屬于容積式制冷壓縮機組，是通過氣缸容積在往復運動過程中的變化來達到對 冷媒進行壓縮的目的。具有價格低廉、制造簡單、運行可靠、使用靈活方便等優(yōu)點?；钊嚼渌畽C組用于民用建筑中的單機制冷量范圍大約為30-300KW ,單機容量較小，適用于小型空調(diào)機組。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組容量有不斷增加的趨 勢。最常見的增加活塞式冷水機組容量的方法就是采用多臺壓縮機聯(lián)合

6、運行的方式，在一些產(chǎn)品中,壓縮機的臺數(shù)組合較多，總制冷量可達1500KW以上。與其他電動型機組相比，活塞式冷水機組制冷效果較低。2、螺桿式冷水機組螺桿式冷水機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。螺桿式壓縮機是一種回轉(zhuǎn)容積式壓縮機，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕等優(yōu)點。通過對滑閥 的控制，可以在 15%-100%范圍內(nèi)對制冷量進行無級調(diào)節(jié)，且在低負荷時效能較高，對于民用建筑 的空調(diào)負荷具有較好的適應(yīng)性。同活塞式機一樣，一些螺桿式機組也采用多臺聯(lián)合運行的方式，有 的總制冷量可達到 2500KW以上。螺桿式壓縮機分為雙螺桿式壓

7、縮機和單螺桿式壓縮機。雙螺桿式壓縮機內(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縮小，氣態(tài)冷媒得到壓縮。單螺桿 式壓縮機由一個主動轉(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現(xiàn)的。相比雙螺桿式壓縮機， 單螺桿式壓縮機壽命更長，重量更輕,噪音更小，維修更易，制冷系數(shù)更高。3、離心式冷水機組離心式冷水機組是目前大中型民用建筑集中空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種機組，尤其是單機制冷量大于1000KW時，這時的離心式機組效率高于螺桿式機組，當制冷量低于700KW時，離心式冷水機組的能效比明顯降低。離心式壓縮機通過葉輪上葉

8、片的高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動氣態(tài)冷媒高速運動，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。離心式壓縮機的單機制冷量一般在 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。但當負荷太低（小于 20%）時，有可能發(fā)生喘振現(xiàn)象，使得機組運行工況惡化。4、吸收式冷水機組吸收式制冷機流程圖冷卻水低溫再生器冷瓶器寸溫交器 高熱換抽氣裝置冷莉蒸汽冷刑水熱回收器r囁收液 剽和2冷卻水低溫噥瞄r 1吸收液（稀液）蒸汽:-慕汽疏水器i凝結(jié)水出口吸收液（中間液）我收液【濃液）與壓縮式制冷機以電為能源不同，吸收式制冷機是以熱為能源。在民用建筑空調(diào)制冷中，吸收 式制冷所采

9、用的工質(zhì)通常為漠化鋰水溶液，其中水為制冷循環(huán)用冷媒，漠化鋰為吸收劑。因此，通 常漠化鋰制冷機組的蒸發(fā)溫度不低于0C ,在這一點上漠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 C的冷水溫度來說還是適用的。漠化鋰制冷機組的一大優(yōu)點即是節(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組的用電量。該機組的另一大特點是由于傳熱面積大，傳熱溫差小，因而機 組對冷卻水溫的要求不如壓縮制冷機來的嚴格，冷卻水溫的變化對制冷量影響較小，故而運行工況 更加穩(wěn)定。同時漠化鋰制冷機組的容量調(diào)節(jié)范圍為10-100%,略大于壓縮式制冷機組。（二）冷卻塔的選擇冷卻塔冷卻塔一

10、般主要由填料 （亦稱散熱材）、配水系統(tǒng)、通風設(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)和制冷機臺數(shù)相同，無需設(shè)置備用塔。小型水冷柜式空調(diào)機，也可多臺機組 合用一臺冷卻塔，當選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，以擴散淋水面 積；通過旋轉(zhuǎn)布水方式，實現(xiàn)布水均勻，增強冷卻效果。2. 方形橫流式冷卻塔方形橫

11、流式冷卻塔采用兩側(cè)進風，靠頂部的風機，使空氣經(jīng)由塔兩側(cè)的填料，與熱水進行介質(zhì) 交換，濕熱空氣再排向塔外。填料采用兩面有凸點的點波片，通過安裝頭使點波片粘結(jié)成整體，以 提高剛性，兩面的凸點還可避免直接滴水，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，通風面積更大，冷卻效果也更好。最大的一個好處是， 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)進行自動控制一、什么是樓宇自動化控制系

12、統(tǒng)近年來國內(nèi)高層建筑不斷興建，它的特點是高度高、層數(shù)多、體量大。面積可達幾萬平方米到 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，多達上百到上萬點；散，即這些設(shè)備分散在各層和角 落。如果采用分散管理，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)的機電設(shè)備。通過軟件，系統(tǒng)地管

13、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，減低維護人員的勞動強度和工時數(shù)量。最終，降低了設(shè)備的運行成本。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)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)、 事故狀態(tài)、能耗、負荷的變動等，其目的是正確掌握建筑設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)、事故狀態(tài)、能耗、負荷 的變動等。其中對冷熱源系統(tǒng)實施自動監(jiān)控能夠及時了解各機組、水泵、冷卻塔等設(shè)備的運行狀態(tài),并對設(shè)備進行集中控制，自動控制它們的啟停，并記錄各自運行時間，便于維護。如果這些工作還 是由人工

14、來進行操作，那么會浪費大量的人力資源，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和不安全因素。通過對冷熱源系統(tǒng)實施自動監(jiān)控，可以從整體上整合空調(diào)系統(tǒng)，使之運行在最佳的狀態(tài)。多臺 冷水機組、冷卻水泵、冷凍水泵和冷卻塔、熱水機組、熱水循環(huán)水泵或者其他不同的冷熱源設(shè)備可 以按先后有序地運行，通過執(zhí)行最新的優(yōu)化程序和預(yù)定時間程序，達到最大限度的節(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，進行預(yù)防性維修，以減少停機時間和設(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)

15、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算機之后既可大力節(jié)省人力，又可節(jié)省能源。一般認為可節(jié)約能源25%。根據(jù)日本電氣學會技術(shù)報告說：使用電子計算機的管理系統(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。此運轉(zhuǎn)控制所采用的方法主要有：機械的有效運轉(zhuǎn)；變更室內(nèi)溫濕度的條件；把設(shè)備運轉(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70% -90%,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

16、夠安全正常運行的基本保證。冷熱源系統(tǒng)中的基本參數(shù)包括：各 機組的運行、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 卻塔風機的運行、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)主要是機組本身的能量調(diào)節(jié)，機組根據(jù)水溫自動調(diào)節(jié)導葉的開度或滑閥位置，給系統(tǒng)增減熱量 或者冷量，電機電流會隨之改變。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?shù)卮_定設(shè)備的運行臺數(shù)，最終實現(xiàn)“無人機

17、房”。這是計算機系統(tǒng)發(fā)揮其可計算性的優(yōu)勢，通過合理的調(diào)節(jié)控制，節(jié)省運行能耗，產(chǎn)生經(jīng)濟效益的途徑，也是計算機控制系統(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?shù)卣{(diào)節(jié)機組運行狀 態(tài)，降低循環(huán)泵電耗來獲得。為了實現(xiàn)上述目標，我們可以通過系統(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、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和報警，來實現(xiàn)機組的高效運行，為機組提供適當?shù)淖詣?監(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

18、水、熱水溫度和過去的冷熱負荷慣性/反應(yīng)時間，來自動調(diào)節(jié)機組-水泵的啟/停時間表。按照最優(yōu)啟/停時間來控制水泵和機組。2.機組排序/選擇用戶可以自行選定機組，并安排其順序。系統(tǒng)將自動預(yù)測冷熱負荷需求/趨勢，并根據(jù)過去的能效、負荷需求、機組-水泵的功率和待命機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)/同等的機組運行時間。冷凍水閥門將按照機組的選定情況來開/關(guān)。用戶可以在某個現(xiàn)場位置啟動機組，也可以選擇自動啟動。任何機組得到開機命令卻未能啟動的，應(yīng)按指定要求發(fā)出報 警。3. 最優(yōu)機組負荷分配系統(tǒng)將根據(jù)能效和最優(yōu)設(shè)備組合來自動為每臺機組分配負荷。控制系統(tǒng)在保持供水設(shè)定值狀態(tài) 的同時，會優(yōu)化機組的負荷分配。4. 水溫重設(shè)對于單臺機組或一般供水情況 ，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. 低負荷控制不允許單臺機組在低于可選工況點（如30%的負荷）下運行，除非只有單臺冷水機用于承擔冷負 荷。當冷負荷低于 25%時，系統(tǒng)將選擇機組啟?？刂疲员愠浞职l(fā)揮其能效；或根據(jù)冷熱負荷慣性 /反應(yīng)時間和檔案數(shù)據(jù)來選擇連續(xù)運行。6. 斷電后自動啟動當發(fā)生斷電時，所有設(shè)備將停機一段時間，這段時間