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北京联合大学毕业设计-1-引言现如今，我们使用的许多能源都是不可再生的。因此，如何节约能源就成为了二十一世纪研究的重要问题之一。其中，建筑物能耗所占的比重可谓不轻。相关数据显示，建筑物能耗能够占到公共机构能耗的70%以上。建筑节能并不意味限制发展，正确的建筑节能观，应该以提高建筑物的能量利用效率，同时尽量降低建筑物的固有能耗，用最小的能源消费代价取得最大的经济和社会效益，满足日益增长的需求为目标，走可持续发展的道路。而建筑物中仅仅是空调、采暖就能够占到建筑能耗的30%～40%，由此可见我国中央空调节能的重要性。英国政府估计单在1990年期间，商业楼宇方面消耗的能量约为37亿英镑，其中约23%共8亿5千万英镑是通过使用电机所消耗的。据统计，我国电动机装机总容量约4亿多千瓦，其用电量占当年全国发电量的60%～70%，而风机、水泵设备装机总功率达1.6亿千瓦，年耗电量3200千瓦·小时，约占当年全国电力消耗总量的1/3。而应用变频器节电率一般在20%～60%，投资回收期1～3年，经济效益相当可观。所以大力推广应用变频调速技术不仅是当前推进企业节能降耗、提高产品质量重要手段，而且也是实现经济增长方式转变的必然要求。根据1993年英国政府流动资金记录：一台55kW风扇年运转8000小时，要消耗的能量价值达22000英镑之多。现假设用叶轮控制全流量工作1000小时，80%流量工作4000小时，50%流量工作2000小时及40%流量工作1000小时，则耗能降至14500英镑，但若使用变频器控制耗能将又能节约4900英镑。即是说，每年的动力消耗将降至原来的43%即仅需9600英镑。变频调速技术是集电力电子、自动控制、微电子、电机学等技术集成的一项高技术。它以其优异的调速性能、显着的节能效果和在国民经济各领域的广泛的适用性而被国内外公认为是世界上应用最广、效率最高、最理想的电气传动方案，是电气传动的发展方向。它为提高产品质量和产量，节约能源、降低消耗，提高企业经济效益提供了重要的新手段。使用变频器可减少因启动时所产生的尖峰脉冲。随负荷增加，电流从零逐步上升，消除了超载电流的危险。因此具有二个主要优点：第一，由于不会超载，所以随时均可开机；第二，由于电流受到适当的控制，任何连续起动装置便不再需要，所以装机时不需要任何逐级启动，从而避免了额外投资。舒适而又安静的建筑物环境中，风扇等设施往往发出令人感觉不适及困扰的噪音。使用变频器可减低风扇速度从而大大降低工作环境中的噪音。例如，当风扇速度北京联合大学毕业设计-2-减小20%时，产生之噪音将下降达10dB之多。总之，使用变频器来调节风机转速，不但可以达到节能的效果，还能够降低大厦的运行费用和减少噪音，可谓益处甚多，必将在今后成为中央空调节能中的主流，大力推广。北京联合大学毕业设计-3-1工程概述1.1基本情况图1-1北京邮区中心局位置示意图北京邮区中心局位于北京站西北侧。一支局位于中心局大院北楼。一层营业面积约2000㎡，分为东西两个厅，营业厅全空气系统中央空调由北楼负2层空调机房的两台空调箱提供。为一支局提供冷、热风的两台空调箱使用年限均超过10年。空调箱经过几次维修，表冷换热效率大幅下降，不能满足人们对舒适度的需求。空调在使用时能耗非常大，很多时候是一种能源和金钱的浪费。1.2更换改造方案（1）新更换的组合式空调箱分为新、回风混合段、初效过滤段、表冷段、送风段。（2）新更换的组合式空调箱增加了冷热水调节阀，防冻开关和压差开关，起到更好的监控作用。（3）新更换的组合式空调箱增加了变频节能控制系统，并在送风段及回风段增北京联合大学毕业设计-4-加了一组温度传感器，使新更换的组合式空调箱具有如下新功能：根据回风温度及设定的送风温度，自动的调节组合式空调器的送风风量，特别是在过渡季节、营业厅活动人员较少或是在空调箱过滤网较干净时，系统可自动减少输出量，使营业厅的温度始终达到设定温度的要求，从而满足舒适度，同时也能节省大量的能源。新更换的组合式空调器安装有过滤网压差传感器，当空调箱过滤网阻塞值大于设定值影响送风效果时，变频节能控制柜指示灯报警，提示及时清理过滤网。北京联合大学毕业设计-5-2空气处理机组监控原理2.1定水量变风量控制原理2.1.1定水量、变风量调节选用原因此次工程中，强调的是通过变频自控，达到节能的效果。在常规的定风量调节中，送风风量不变，而改变送风温度来适应负荷变化。在部分负荷工况下，定风量调节主要靠加热来提高送风温度，将冷却到露点温度的空气重新加热，造成冷热对消和能量的浪费。变风量调节则是送风温度不变，以改变送风量来适应负荷变化。变水量调节的设计相较于变风量设计而言，是国内外研究得比较早的技术。两者之间有许多相近甚至相同的特点，在具体的工程实践中，甚至可以采用“相同”的控制策略。但由于流体力学本身的约束和难以测控，稍复杂的变水量调节在实践起来又多了许多需探讨的问题，比较繁琐。2.1.2工程说明由于资金和技术的问题，本次工程采用定水量、变风量的调节方式。定水量指的是每转换一次季节时，通过人工手动调整一次阀门的开度。如过渡季节时，冷冻水出水温度会较夏季有所变化，阀门开度也随之减小开到1/3。调整好阀门的开度后，空调机组再进行变风量的自动控制。2.2组合式空调箱的控制如图2-1所示，室外新风进入空调机组内与部分室内回风进行混合后，先由过滤网除掉空气中的杂质，然后经过表冷器处理，达到预定的温度值，通过送风机送入室内。空气处理机组将温度传感器测得的回风温度与送风温度的差值送入控制器内，控制器发出信号来使变频器运转，从而控制风机转速，以达到调节风量的目的。为了空调机组更加稳定的工作、充分发挥节能效果，保持良好的室内空气质量。现场控制器还可以对空调机组进行起停控制，通过设定时间表，使机组按时工作按时停止。对于有几十台甚至上百台空调机组的大厦来说，可以节省很多人力及费用。控制器通过监测新风与回风的焓值，确定新风与回风的混合比。在保持最小新风量的同时充分利用回风，以减少制冷机组能耗。控制器还可以对空调机组过滤网前后的压差进行监测。当过滤网出现堵塞时会及时报警，以免长时间影响机组送风量。当风道温度过低时（一般发生在冬天），为了防止霜冻损坏机组内的自控组件及相关设备（如风机、阀门、传感器等），需要在机组内增设防冻开关。一但风道内温北京联合大学毕业设计-6-度过低时，防冻开关产生动作，在控制器上发出报警信号，与此同时，风机会被自动切断，风阀关闭，热水阀保持全开状态，以保证风道内的温度迅速回升，直至恢复到正常状态为止，报警信号方能停止，工作人员确定后按下“启动”按钮，空调机组正常运行。图2-1组合式空调箱控制原理图2.3控制点表统计依据控制原理图,统计自控系统中的监控对象、控制内容、监控数量以及所需的自控设备。如表2-1所示：表2-1设备监控点表监控内容控制类型、数量组件说明AOAIDODI风机压差报警1压差开关变频器启/停1变频器运行状态1压差开关北京联合大学毕业设计-7-变频器故障报警1变频器频率1回风温度1温度传感器送风温度1温度传感器防冻开关1防冻开关过滤网报警1压差开关冷/热水阀调节1电动二通阀总计22152.4设备的选型2.4.1设备清单根据以上设备需求,对自控设备进行统计、归纳,整理出设备清单。如表2-2所示：表2-2自控设备清单序号设备名称型号规格1温度传感器QAM2120.0402防冻开关TF60-P3压差开关P233A-10-AKC4二通阀VG1205DP2.4.2具体选型依据设备清单，选型如下：（1）温度传感器温度传感器包括风道式、浸入式、室外、室内（用于重要环境、板式、双金属温度指示、可调设定值/或按钮切换型）、带状、贴装型传感器等。它们的应用场所分别为风道、管道、室外、室内和水管。根据本工程需求，选择型号为QAM2120.040风道式温度传感器。如图2-2所示：北京联合大学毕业设计-8-图2-2温度传感器此温度传感器的主要参数为：工作电压AC24V±20%功耗0.5VA精度at20℃±5%r.h.at20～90%r.h.±3%r.h.at40～60%r.h.温度范围0～50℃/-35～+35℃时间常数大约20s输出信号DC0～10V敏感组件PT1000连接4线防护等级(外壳)IP42（2）防冻开关防冻开关主要是在低温条件下用于保护热交换器、表冷器以及液体工作管路为避免过冷或结冰。本次设计选用型号为TF60-P的防冻开关，如图2-3所示：北京联合大学毕业设计-9-图2-3防冻开关该产品结构紧凑、性能可靠，并且具有回差固定的可调温度设定点。应用于AHU机组冷/热水盘管防冻报警设备。温度设定范围1～7.5℃防护等级IP54温度回差2.5～3.5℃感温极限80℃毛细管长度3m，6m开关类型单刀双掷,提供常开常闭节点额定电流＜4A/250VAC＜6A/125VAC附件四个塑料膨胀塞,四个安装螺丝工作方式：当温度下降到刻度盘所设定的温度点时，内部开关断开，直到温度上升到比设定温度高出2.5℃以上，内部开关才重新接通。（3）压差开关压差开关主要用于探测过滤器的堵塞，探测空调盘管翅片上的结霜或结冰程度，检测暖通管道内空气动压，用于VAV最大空气流量控制器，探测阻塞的通风管或通风口及监控风机动作。根据工程需求，选择型号为P233A-10-AKC的压差开关，如图2-4所示：图2-4压差开关其技术规范为：最大连续超限压力300mbar工作温度-15～60℃存储温度-35～60℃工作/存储湿度10-95%RH北京联合大学毕业设计-10-保护等级IP54（4）二通阀门如果是用于风机盘管上的，大多为DN15～DN25三种规格，用于比较单一，开关型的电动二通阀。如果是用于新风机组上的，通常为DN25（含DN25）以上带比例式调节二通阀；而且要考虑是否需要带反馈信号。因此，选择型号为VG1205DP的二通阀：VG1205DP为比例积分调节阀，接口口径为DN32（32mm），流量系数Kv=16,关断力=13.68Bar，配置M9106-AGA-4电动执行器做浮点控制或配置M9106-GGA-4作0～10VDC或4～20mA模拟量控制。北京联合大学毕业设计-11-3控制系统硬件电路设计3.1风机变频控制电路设计3.1.1变频器的说明3.1.1.1变频器原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。通过变频器可以自由调节电动机的速度。3.1.1.2变频器端子介绍（1）变频器主电路端子和接地端子的连接，如表3-1所示：表3-1变频器主电路端子和接地端子端子标记端子名称说明L1/R,L2/S,L3/T主电路电源输入连接3相电源。U,V,W变频器输出连接连接3相电动机。G变频器接地变频器箱体的接地端子。①主电路电源输入端子（L1/R,L2/S,L3/T）a.主电路电源端子L1/R,L2/S,L3/T通过线路保护用断路器或带漏电保护的断路器连接至3相交流电源。不需考虑连接相序。b.为了使变频器保护功能动作时能切除电源和防止故障扩大，建议在电源电路中连接一个电磁接触器，以保证安全。c.不要采用主电路电源ON/OFF方法控制变频器的运行和停止。应使用控制电路端子FWD、REV或者键盘面板上的FWD、REV、STOP键控制变频器的运行和停止。如一定要用主电源ON/OFF方法控制变频器的运行，则每小时只能进行一次。②变频器输出端子（U、V、W）a.变频器输出端子按正确相序连接至3相电动机。如电动机旋转方向不对，则可交换U、V、W中任意两相的接线。b.变频器和电动机之间配线很长时，由于线间分布电容产生较大的高频电流，可能造成变频器过电流跳闸。另外，漏电流增加，电流值指示精度差。因此，对≤3.7kW变频器至电动机的配线长度应约小于50米。更大容量约小于100米为好。（2）变频器控制端子的连接如表3-2所示：表3-2变频器控制端子菜单北京联合大学毕业设计-12-分类端子标记端子名称功能说明模拟量输入12设定电压输入①接外部模拟输入电压命令值设定频率。·0～+10VDC/0～100%·按±极性信号