本實(shí)用新型屬于設(shè)備節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，涉及空調(diào)設(shè)備水泵節(jié)能技術(shù)，具體涉及一種大型建筑用中央空調(diào)的節(jié)能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

中央空調(diào)與現(xiàn)代建筑、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)息息相關(guān)。尤其是現(xiàn)代建筑，中央空調(diào)已是不可缺少的設(shè)施之一。

中央空調(diào)系統(tǒng)的功能是對一個(gè)建筑物(群)(例如企業(yè)、高層商廈、商務(wù)大樓、會(huì)場、劇場、辦公室、圖書館等等)，以集中、半集中的方式對空調(diào)區(qū)域的空氣進(jìn)行凈化(或純化)、冷卻(或加熱)、加濕(或除濕)等處理，創(chuàng)造出一個(gè)生活或生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)所需的環(huán)境(其中包括溫度、濕度、潔凈度和新鮮度)。

中央空調(diào)的特點(diǎn)是電能消耗極大，幾乎占據(jù)了整個(gè)建筑物(群)用電量50％以上。目前，大多數(shù)廠家的中央空調(diào)水泵系統(tǒng)的流量與壓差式通過閥門和旁通調(diào)節(jié)來完成的，存在較大截流損失，以及大流量、高壓力、低溫差等現(xiàn)象，對電能產(chǎn)生極大的浪費(fèi)。

此外，水泵采用的是Y-△起動(dòng)方式，電機(jī)的起動(dòng)電流均為其額定電流的3～4倍，一臺(tái)90KW的電動(dòng)機(jī)其起動(dòng)電流將達(dá)到500A，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機(jī)的使用壽命大大下降。同時(shí)，起動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖擊和停泵時(shí)水垂現(xiàn)象，容易對機(jī)械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費(fèi)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的旨在，針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實(shí)施方便的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，對冷凍水泵和冷卻水泵工作頻率實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，不僅能夠大大降低用電量，而且能夠避免對機(jī)械部件的破壞，延長設(shè)備使用壽命。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。

如果不考慮對壓縮機(jī)電機(jī)的影響，單純的中央空調(diào)水泵(包括冷卻泵和冷凍泵)變頻后，空調(diào)主機(jī)會(huì)增加耗電量。本實(shí)用新型將變頻改造后對空調(diào)主機(jī)能耗的影響考慮在內(nèi)。

本實(shí)用新型提供了一種中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，包括PLC控制器、溫度輸入模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、冷卻泵變頻器和冷凍泵變頻器；PLC控制器的信號輸入端依次與溫度輸入模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電連接；PLC控制器的信號輸出端分別與冷卻泵變頻器和冷凍泵變頻器電連接。溫度輸入模塊分別與設(shè)置在冷卻泵側(cè)空調(diào)主機(jī)的出水口、回水口以及冷凍泵側(cè)空調(diào)主機(jī)的出水口、回水口的四個(gè)溫度傳感器電連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與傳送空調(diào)主機(jī)電流的電流變送器電連接。

空調(diào)啟動(dòng)之后，冷凍泵變頻器最開始的調(diào)頻是通過溫度傳感器采集的冷凍泵側(cè)空調(diào)主機(jī)的回水溫度、出水溫度經(jīng)溫度輸入模塊傳輸?shù)絇LC控制器內(nèi)存，并根據(jù)計(jì)算出的溫差值來控制冷凍泵變頻器的初步調(diào)節(jié)。同理，冷卻泵變頻器最開始的調(diào)頻是通過溫度傳感器采集的冷卻泵側(cè)空調(diào)主機(jī)的回水溫度、出水溫度經(jīng)溫度輸入模塊傳輸?shù)絇LC控制器內(nèi)存，并根據(jù)計(jì)算出的溫差值來控制冷卻泵變頻器的初步調(diào)節(jié)。

中央空調(diào)初步調(diào)節(jié)半小時(shí)后，后續(xù)調(diào)節(jié)是采用閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，利用溫度傳感器對冷卻泵(冷凍泵)在空調(diào)主機(jī)上的進(jìn)出口進(jìn)行的水溫度進(jìn)行采樣，由溫度輸入模塊傳輸?shù)絇LC控制器內(nèi)存，計(jì)算出冷卻泵兩側(cè)溫差值及冷凍泵兩側(cè)溫差值；并結(jié)合消耗的功率與水泵轉(zhuǎn)速立方的關(guān)系，可計(jì)算出冷卻泵功率和冷凍泵實(shí)際功率；同時(shí)電流變送器將空調(diào)主機(jī)電流信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后發(fā)送給PLC控制器，計(jì)算空調(diào)主機(jī)功率。PLC控制器對相同周期內(nèi)冷卻泵功率(或冷凍泵功率)變化值和空調(diào)主機(jī)功率變化值進(jìn)行求和運(yùn)算，并與設(shè)置的期望值進(jìn)行比較，PLC控制根據(jù)比較結(jié)果對冷卻泵變頻器(或冷凍泵變頻器)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

上述計(jì)算過程可以用現(xiàn)有PLC控制自身攜帶的運(yùn)算功能來實(shí)現(xiàn)。

上述中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，電流變送器與設(shè)置在空調(diào)主機(jī)上的電流互感器電連接，用于將電流互感器采集的空調(diào)主機(jī)電流信號發(fā)送給PLC控制器。

上述中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，冷卻泵變頻器輸出端與冷卻泵主機(jī)電連接，用于實(shí)現(xiàn)對冷卻泵主機(jī)的變頻調(diào)節(jié)；冷凍泵變頻器輸出端與冷凍泵主機(jī)電連接，用于實(shí)現(xiàn)對冷凍泵主機(jī)的變頻調(diào)節(jié)。

上述中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與PLC通信連接的人機(jī)界面；通過人機(jī)界面可以實(shí)現(xiàn)對PLC的遠(yuǎn)程控制，提高中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的工作效率。

上述中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，還可以隨著負(fù)載的變化調(diào)節(jié)冷卻泵(或冷凍泵)水流量打開/關(guān)閉旁通。

本實(shí)用新型提供的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)具有以下有益效果：

1、由PLC控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、電流變送器、PID調(diào)節(jié)模塊和溫度傳感器的有效配合，可以對冷卻泵(或冷凍泵)實(shí)現(xiàn)恒溫差變頻調(diào)節(jié)，節(jié)能效果及其明顯，可達(dá)20％以上。

2、減小空調(diào)開/停機(jī)對電網(wǎng)的沖擊：針對傳統(tǒng)中央空調(diào)，由于循環(huán)水泵的功率較大，工頻起/停泵式，對電網(wǎng)沖擊大的問題；本實(shí)用新型采用閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)方式實(shí)現(xiàn)對冷卻泵(或者冷凍泵)變頻器的頻率調(diào)節(jié)，冷卻泵(或冷凍泵)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟停止，其電流均小于額定電流，對電網(wǎng)不再產(chǎn)生沖擊。

3、減小停泵時(shí)循環(huán)水的水垂效應(yīng)：由于是變頻軟停止，且停泵過程可控制，可以完全消除停泵時(shí)的水垂效應(yīng)，消除水垂對空調(diào)系統(tǒng)管網(wǎng)的沖擊。

4、降低設(shè)備故障率：采用PLC控制變頻調(diào)節(jié)后，循環(huán)冷卻泵(或冷凍泵)大部分時(shí)間工作在額定功率以下，這將有效降低設(shè)備故障率，減少設(shè)備維修和維護(hù)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的變頻節(jié)電原理圖。

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)控制圖。

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的主機(jī)電流采樣接線圖。

其中，1、空調(diào)主機(jī)；2、冷卻泵主機(jī)；3、冷凍泵主機(jī)；4、PLC控制器；5、冷卻泵變頻器；6、冷凍泵變頻器；7、溫度輸入模塊；8、風(fēng)機(jī)；9、A/D模塊；10、第一溫度傳感器；11、第二溫度傳感器；12、第三溫度傳感器；13、第四溫度傳感器14、第一電流變送器；15、第二電流變送器；16、第三電流變送器。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述：

如圖1所示，本實(shí)用新型的水泵(包括冷卻泵和冷凍泵)、風(fēng)機(jī)8的流量(風(fēng)量)與其轉(zhuǎn)速成正比；水泵、風(fēng)機(jī)8的壓力(揚(yáng)程)與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，而水泵、風(fēng)機(jī)8的軸功率等于流量與壓力的乘積，故水泵、風(fēng)機(jī)8的軸功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比(即與電源頻率的三次方成正比)。因此，變頻器(包括冷卻泵變頻器5和冷凍泵變頻器6)節(jié)能的效果是十分顯著的，通過圖1可以直觀的看出在流量變化時(shí)只要對轉(zhuǎn)速(頻率)稍作改變就會(huì)使水泵軸功率有更大程度上的改變。根據(jù)上述原理可知：改變水泵、風(fēng)機(jī)8的轉(zhuǎn)速就可改變水泵、風(fēng)機(jī)8的輸出功率。圖中陰影部分為同一臺(tái)水泵的工頻運(yùn)行狀態(tài)與變頻運(yùn)行狀態(tài)在隨著流量變化所耗功率差。

如圖2所示，本實(shí)施例提供的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，包括PLC控制器4、溫度輸入模塊7、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、冷卻泵變頻器5和冷凍泵變頻器6。PLC控制器4的信號輸入端依次與溫度輸入模塊7和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電連接；PLC控制器4的信號輸出端分別與冷卻泵變頻器5和冷凍泵變頻器6電連接。溫度輸入模塊7分別與設(shè)置在冷卻泵側(cè)空調(diào)主機(jī)1出水口、回水口的第一溫度傳感器10、第二溫度傳感器11電連接以及設(shè)置在冷凍泵側(cè)空調(diào)主機(jī)出水口、回水口的第三溫度傳感器12、第四傳溫度感器13電連接。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(A/D模塊9)與三個(gè)電流變送器電連接。冷卻泵變頻器5信號輸出端與冷卻泵主機(jī)2電連接。冷凍泵變頻器6信號輸出端與冷凍泵主機(jī)3電連接。該中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)進(jìn)一步包括與PLC通信連接的人機(jī)界面(圖中未示出)。

如圖3所示，三個(gè)電流變送器(第一電流變送器14、第二電流變送器15和第三電流變送器16)分別與設(shè)置在空調(diào)主機(jī)上的三個(gè)并聯(lián)電流互感器(L1、L2和L3)電連接。電流互感器(L1、L2和L3)采集中央空調(diào)主機(jī)上的電流信號，經(jīng)電流變送器(第一電流變送器14、第二電流變送器15和第三電流變送器16)轉(zhuǎn)換后獲得標(biāo)準(zhǔn)的電流信號，電流信號輸入到A/D模塊9進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，經(jīng)PLC控制器4運(yùn)算處理可計(jì)算出空調(diào)主機(jī)1的實(shí)際運(yùn)行功率。實(shí)際運(yùn)行功率在PLC控制器4設(shè)置以一定時(shí)間為周期進(jìn)行一次更新，更新后的新值P1(t₀)與上一次的值P1(t₀-1)進(jìn)行比較，得到空調(diào)主機(jī)1功率差值。

本實(shí)施例提供的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)工作過程：

(1)對冷卻泵變頻器5的閉環(huán)調(diào)節(jié)：開始時(shí)，溫度輸入模塊7將冷卻泵側(cè)空調(diào)主機(jī)出水口和回水口的第一溫度傳感器10和第二溫度傳感器11傳送給PLC控制器4；PLC控制器4根據(jù)兩個(gè)溫度傳感器的溫度差，改變冷卻泵主機(jī)2的轉(zhuǎn)速，即改變冷卻水的流量。再依據(jù)冷卻泵消耗的功率與轉(zhuǎn)速是立方關(guān)系，即P∝n3(n，冷卻泵的轉(zhuǎn)速)，可計(jì)算出冷卻泵主機(jī)2的實(shí)際運(yùn)行功率。與空調(diào)主機(jī)1的算法一樣，實(shí)際運(yùn)行功率在PLC控制器4設(shè)置以10S為周期進(jìn)行一次更新，更新后的新值P2(t₀)與上一次的值P2(t₀-1)進(jìn)行比較，得到冷卻泵主機(jī)2功率變化值。將空調(diào)主機(jī)1功率變化值與冷卻泵主機(jī)2功率變化值進(jìn)行求和運(yùn)算，所得計(jì)算值與設(shè)置的期望值進(jìn)行比較，當(dāng)與設(shè)置值不一致時(shí)，PLC控制器4自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻泵變頻器5的頻率進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

(2)對冷凍泵變頻器6的閉環(huán)調(diào)節(jié)：開始時(shí)，溫度輸入模塊7將冷凍泵側(cè)空調(diào)主機(jī)出水口和回水口的第三溫度傳感器12和第四溫度傳感器13傳送給PLC控制器4；PLC控制器4根據(jù)兩個(gè)溫度傳感器的溫度差，改變冷凍泵主機(jī)3的轉(zhuǎn)速，即改變冷凍水的流量。依據(jù)冷凍泵消耗的功率與轉(zhuǎn)速是立方關(guān)系，即P∝n3(n，冷凍泵的轉(zhuǎn)速)，可計(jì)算出冷凍泵主機(jī)3的實(shí)際運(yùn)行功率。與空調(diào)主機(jī)1的算法一樣，實(shí)際運(yùn)行功率在PLC控制器4設(shè)置以10S為周期進(jìn)行一次更新，更新后的新值P3(t₀)與上一次的值P3(t₀-1)進(jìn)行比較，得到冷凍泵主機(jī)3功率變化值。將空調(diào)主機(jī)1功率變化值與冷凍泵主機(jī)3功率變化值進(jìn)行求和運(yùn)算，所得計(jì)算值與設(shè)置的期望值進(jìn)行比較，當(dāng)與設(shè)置值不一致時(shí)，PLC控制器4自動(dòng)調(diào)節(jié)冷凍泵變頻器6的頻率進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本實(shí)用新型的原理，應(yīng)被理解為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。