精選制冷技術(shù)論文范例
DDC自控令空調系統節能方法
簡(jiǎn)介： 空調的用量愈大，消耗電力也愈多，直接造成城市供電不足和夏季限電問(wèn)題的出現。所以實(shí)有必要發(fā)展一種有效的空調系統節能方法。本文整合了DDC自動(dòng)控制系統，提出了利用DDC對建筑物空調系統自動(dòng)控制的思路，既可以讓空調系統更有效率的運轉，又可以提供舒適的環(huán)境和達到節能的目的。
1．引言
節能可以說(shuō)是樓字自動(dòng)控制系統的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。眾所周知，在智能建筑中，HVAC(采暖、通風(fēng)和空調)系統所耗費的能量要占到大樓消耗的總能量的極大部分比例，大致在50％~60％左右。特別是冷：東機組、冷卻塔、循環(huán)水泵和空調機組、新風(fēng)機組，都是耗能大戶(hù)。所以實(shí)有必要發(fā)展一種有效的空調系統節能方法，尤其用是在改善現有大樓空調系統自動(dòng)化上方面。 DDC(Directdigitalcontr01)直接數字化控制，是一項構造簡(jiǎn)單操作容易的控制設備，它可借由接口轉接設備隨負荷變化作系統控制，如空調冷水循環(huán)系統、空調箱變頻自動(dòng)風(fēng)量調整及冷卻水塔散熱風(fēng)扇的變頻操控等，可以讓空調系統更有效率的運轉，這樣，不僅為物業(yè)管理帶來(lái)很大的經(jīng)濟效益，而且還可使系統在較佳的工況下運行，從而延長(cháng)設備的使用壽命以及達到提供舒適的空調環(huán)境和節能之目的。
2.DDC自動(dòng)控制系統介紹
DDC直接數字化控制是一種簡(jiǎn)易的微電腦設備，它須與其它組件，如變頻器、溫度濕度傳感器、焓差控制器、兩通閥等組件整合搭配才能發(fā)揮功效。這些組件的輸入輸出以模擬信號DC0~10V或低電流4-20mA作信號傳送，送至DDC控制器。經(jīng)DDC內置軟件作判別后反向輸出信號來(lái)控制閥部件或變頻器來(lái)調節空調。DDC自動(dòng)控制系統各周邊設備及控制功能。
2．1直接數字控制(DDC)
系指一臺數字電腦直接操作一個(gè)狀態(tài)，或者一套程序予以自動(dòng)控制的作業(yè)。所配用的數字電腦，可以采用小型微處理機，亦可配用于中央型的微電腦上去連線(xiàn)作業(yè)�？照{系統常用的控制元件，例如風(fēng)閘開(kāi)關(guān)、閥開(kāi)關(guān)、階動(dòng)繼電器等的操作，不論其原為氣動(dòng)式還是電動(dòng)式的，亦不論其作用原為調整大小的動(dòng)作或僅為開(kāi)或關(guān)的動(dòng)作，均可改用DDC方式作自動(dòng)的操作。
DDC系統利用硬件和軟件來(lái)調整控制變數或依據操作人員的需要來(lái)控制制造程序。其中控制變數包括溫度、壓力、相對濕度、流量等�？刂瞥绦蚝驮O定點(diǎn)可利用軟件輸入電腦內，并能夠在操作人員的鍵盤(pán)上進(jìn)行修正，如此可以取代過(guò)去對硬件控制器的校正。DDC系統亦可將檢測到的溫度、壓力等控制變數，與預先儲存在電腦內的希望數值相比較，如果測試的數值小于或大于所希望的數值，系統將會(huì )送出一系列的數字脈沖，這些脈沖則借助電動(dòng)對氣動(dòng)的轉換器(electrtC-to-pneUmatiCtransducer)或電動(dòng)對電動(dòng)的轉換器(electric-to-electrlctransducer)轉變成控制裝置的調整信號，然后通過(guò)電腦的調整，其所輸出的信號，再操作其轉換器，使原來(lái)系氣動(dòng)或電動(dòng)的組件按指示信號操作。若空調的控制器件，原系氣動(dòng)式，則需要另加一套將氣動(dòng)動(dòng)作變?yōu)殡娖餍盘柕难b置，將電器信號輸入電腦操作。原系電動(dòng)操作元件者亦相同。至于輸入DDC系統后，則不需另加任何硬件設備，即可作任何性能控制的操作。
2．2變頻器
變頻器驅動(dòng)電動(dòng)機是利用二極管等整流器件將電源予以整流后，再經(jīng)由電容器等平滑，使之由交流轉換成直流。利用PowerTransister、SCR(Thynstor)等將直流換成任一頻率，然后以交流電方式輸出。用變頻器驅動(dòng)感應電動(dòng)機，除可避免電動(dòng)機磁氣飽和外，同時(shí)亦可壓制起動(dòng)電流，且由于驅動(dòng)電動(dòng)機而產(chǎn)生必要的扭力矩，故必須控制變頻器的輸出電壓，好呼應頻率的變化。變頻器可分為電壓形變頻器和電流形變頻器。電壓形變頻器利用SCR或二極管整流后，可再用平滑電容器使其成為電壓源。另一方面，電流形變頻器利用SCR整流后，打開(kāi)電抗器，便可因SCR而具有電流源的作用。其控制方式有電壓控制和電流控制兩種。
2．3焓差控制器
焓差控制是指在送風(fēng)系統中，當室外的溫度低于室內溫度時(shí)，利用室外的低溫空氣調節室內溫度。焓差控制器是由控制器比較室外溫度及回風(fēng)溫度高低而將各風(fēng)門(mén)關(guān)大、關(guān)小或全開(kāi)、全關(guān)的。風(fēng)量控制，可采取自動(dòng)和手動(dòng)雙重方式，由溫(濕)度的感測，經(jīng)過(guò)風(fēng)門(mén)和變頻雙重調節，以達到室內設定的溫度和濕度。
2．4冷卻水塔散熱風(fēng)扇溫控器
冷卻水塔風(fēng)扇在不同的冷卻負載下其耗電維持在一定值，造成電力的浪費。故在冷卻水塔風(fēng)扇使用變頻馬達，并利用冷卻水出口溫度控制風(fēng)扇馬達起停及高低轉速，不但主機能在較低的冷卻水進(jìn)水溫度下做高效率的`運轉，并且可有效的減少冷卻水塔風(fēng)扇的耗電。
3．大樓空調系統的架構
一般大樓常用的空調系統有CAV、VAV、VWV等，各有不同操控方式，都可以用DDC控制。
3．1定風(fēng)量系統(ConstantAirVolume，簡(jiǎn)稱(chēng)CAV)。
定風(fēng)量系統為空調機吹出的風(fēng)量一定，以提供空調區域所需要的冷(暖)氣。當空調區域負荷變動(dòng)時(shí)，則以改變送風(fēng)溫度應付室內負荷，并達到維持室內溫度于舒適區的要求。常用的中央空調系統為AHU(空調機)與冷水管系統(FCU系統)。這兩者一般均以定風(fēng)量(CAV)來(lái)供應空調區，為了應付室內部分負荷的變動(dòng)，在A(yíng)HU定風(fēng)量系統以空調機的變溫送風(fēng)來(lái)處理，在一般FCU系統則以冷水閥ON／OFF控制來(lái)調節送風(fēng)溫度。
> 3．2變風(fēng)量系統(VAV)
變風(fēng)量系統(VarlableAirVolume，簡(jiǎn)稱(chēng)VAV)即是空調機(AHU或FCU)可以調變風(fēng)量。常用的中央空調系統為AHU(空調機)與冷水管系統FCU系統。這兩者一般均以定風(fēng)量(CAV)來(lái)供應空調區，為了應付室內部分負荷的變動(dòng)，在A(yíng)HU定風(fēng)量系統以空調機的變溫送風(fēng)來(lái)處理，在一般FCU系統則以冷水閥ON／OFF控制來(lái)調節送風(fēng)溫度。然而這兩者在送風(fēng)系統上浪費了大量能源。因為在長(cháng)期低負荷時(shí)送風(fēng)機亦均執行全風(fēng)量運轉而耗電，這不但不易維持穩定的室內溫濕條件，也浪費大量的送風(fēng)運轉能源。變風(fēng)量系統就是針對送風(fēng)系統耗電缺點(diǎn)的節能對策。變風(fēng)量系統可分為兩種：一種為AHU風(fēng)管系統中的空調機變風(fēng)量系統(AHU—VAV系統)；一種為FCU系統中的室內風(fēng)機變風(fēng)量系統(FCU-VAV系統)。AHU-VAV系統是在全風(fēng)管系統中將送風(fēng)溫度固定，而以調節送風(fēng)機送風(fēng)量的方式來(lái)應付室內空調負荷的變動(dòng)。FCU-VAV系統則是將冷水供應量固定，而在室內FCU加裝無(wú)段變功率控制器改變送風(fēng)量，亦即改變FCU的熱交換率來(lái)調節室內負荷變動(dòng)。這兩種方式透過(guò)風(fēng)量的調整來(lái)減少送風(fēng)機的耗電量，同時(shí)也可增加熱源機器的運轉效率而節約熱源耗電，因此可在送風(fēng)及熱源兩方面同時(shí)獲得節能效果。
3．3變流量系統(VWV)
所謂變流量系統(VariableWaterVolume，簡(jiǎn)稱(chēng)VWV)，是以一定的水溫供應空調機以提高熱源機器的效率，而以特殊的水泵來(lái)改變送水量，順便達成節約水泵用電的功效。變水量系統對水泵系統的節能效率依水泵的控制方式和VWV使用比例而異，一般VWV的控制方式有無(wú)段變速(SP)與雙向閥控制方式。以上三種空調系統是目前大樓空調最常被設計的系統。中央空調控制也就是把管路、管件、閥體或閥門(mén)集中設定控制流體提供冷氣。所以有效組合中央空調控制即能有效控制耗能，設計合乎節能的空調系統。
4．不同自調設備方式運用DDC的方法
DDC設備在市面上的產(chǎn)品，各廠(chǎng)家的型號、套件都有所不同，但系統大同小異。只要將類(lèi)比訊號經(jīng)數位化處理輸入電腦，就能作控制與設定。當這些數位控制運用在空調設備時(shí)，整合方式有下列幾種：
4．1FCU用在定風(fēng)量系統(CAV)區域空調
因為是定風(fēng)量系統，所以我們控制冷水系統上的兩通閥。當室溫升高，室內感溫器送出信號給控制器，控制器接到信號與設定的溫度比較，輸出信號給冷水管上的兩通閥�？刂苾赏ㄩy打開(kāi)，使循環(huán)風(fēng)變冷送入室內。如室內溫度下降過(guò)多，盤(pán)管風(fēng)機作卸載。室內溫度感溫器送信號至控制器為模擬輸入，控制器與設定溫度比較，輸出模擬信號至冷水管上的兩通閥關(guān)閉。兩通閥也有比例式型式，這種比例式兩通閥控制冷水大小進(jìn)入冷排使空調更有彈性控制，維持室溫在設定值上下。
4．2AHU用在變風(fēng)量系統(VAV)區域空調
大樓常用的空調系統，以出風(fēng)溫度及預設定的比值為控制方式�？恐�(zhù)送、回風(fēng)及外氣溫度SENSOR來(lái)控制馬達轉速�？刂瞥绦蛉缦拢�
(1)出風(fēng)溫度感應到感溫器(設定在12℃)，DDC控制兩通閥打開(kāi)。
(2)送冷氣時(shí)，冷水感溫器測得冷水離開(kāi)冷排溫度，調整出風(fēng)溫度狀況，陸續利用DDC控制AHU變頻器改變馬達轉速送出理想出風(fēng)溫度。
(3)當冷水閥門(mén)關(guān)小至12℃，DDC控制器打開(kāi)外氣及回風(fēng)風(fēng)門(mén)，綜合送風(fēng)溫度，直到外氣風(fēng)門(mén)關(guān)至最小開(kāi)度以維持12℃送風(fēng)風(fēng)溫，可兼外氣空調利用。
(4)低溫限制感應混合溫度控制以保護冷排不結冰。
4．3做冷水主機開(kāi)關(guān)機及狀況記錄
一般大樓空調系統每天的冷水主機開(kāi)關(guān)機，大都靠人工來(lái)操控。最主要開(kāi)機加載的程序由人來(lái)監視比較有彈性。所以操作人員很重要，但人要休息會(huì )輪班，也因此冷水主機的操作沒(méi)有一套有效管理。DDC可以設定所有開(kāi)關(guān)機程序并且標準一致，不怠班。主機控制系統加裝模擬信號適配卡轉換傳訊，再加一臺列表機，就能把一天中所有運轉情形顯示出來(lái)。遇有跳機又能即時(shí)通知技術(shù)人員前往查看。
5．結束語(yǔ)
利用DDCSystem來(lái)控制空調系統，最主要是把不理想的控制方式作改善。這些年來(lái)國產(chǎn)空調主機設備，在業(yè)者依政府所訂的高EER或COP標準加以改良后已經(jīng)有不錯的產(chǎn)品。目前所需要的配套措施就是整合DDC自動(dòng)控制系統，利用其隨負荷快速有效調整風(fēng)機馬達轉速達到節能的目標。
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