CN201335489Y

CN201335489Y - 一种中央空调节能管理装置

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Publication number: CN201335489Y
Application number: CNU2009200503503U
Authority: CN
Inventors: 卢小刚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2019-01-19

Abstract

本实用新型公开了一种中央空调节能管理装置，包括制冷主机、冷冻系统和冷却系统，还包括有PLC可编程逻辑控制器，PLC可编程逻辑控制器分别连接有温度模块、压力模块和变频器通讯模块；所述PLC可编程逻辑控制器上分别具有主机通讯接口、开关量输入接口以及开关量输出接口，主机通讯接口用于与主机高阶通讯口相接，开关量输入接口分别与控制按钮以及各类运行状态按钮相连，而开关量输出接口则分别连接电动阀、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔；所述PLC可编程逻辑控制器的前端还连接有可供人们直接操控的人机界面。该中央空调节能管理装置，具有结构合理，在提高制冷主机工作效率的同时，可节省电能达到明显的节能效果，而且可以减少人员配置，降低管理成本，延长制冷主机使用寿命的优点。

Description

一种中央空调节能管理装置

技术领域

本实用新型涉及中央空调技术领域，尤其是一种中央空调节能管理装置。

背景技术

传统的中央空调，其结构和运行的工作原理是：中央空调主要由制冷主机、冷冻水系统和冷却水系统共同组成，冷冻系统设置有冷冻水泵、水管及其阀门，冷却系统包括有冷却水泵、冷却塔、冷却塔风机、水管及其电动阀。制冷主机是利用“卡诺循环原理”使制冷剂在主机内压缩放热、蒸发吸热，不断循环进行热量转移的过程。

冷冻水系统则是把主机蒸发器产生的冷量转移到冷冻水中，使冷冻水温度下降，温度下降后的水被冷冻水泵送到需要制冷的区域再通过水(盘)管与空气进行热量交换后，使室内空气温度下降，而冷冻水则因吸收了室内空气中的热量而温度上升，温度上升后的水再回到制冷主机中，与主机产生的冷量进行热交换，而使冷冻水的温度再次下降；

然而，冷却水系统则刚好相反，它是把制冷主机产生的热量，转移到室外空气中去，制冷主机在压缩过程中产生大量的热量，冷却水则吸收这些热量后温度上升，温度上升后的冷却水通过冷却水泵提供的动力送到冷却塔中，再通过冷却塔风机产生的气流与空气进行热交换，将水中的热量转移到空气中，使水温下降，温度下降后的水再回到制冷主机中，吸收主机产生的热量，如此循环往复。

由此可见，冷冻水和冷却水的温差在一定程度上反映了整个系统的工作状态，而一般系统的主机会设置四个运行档位，根据冷冻水温差而自动增减负载。

现有常见的中央空调系统的设计或运营，存在以下不足之处：

(1)在实际使用过程中，现有的中央空调制冷机，其最大负载能力是按照天气最热，负荷最大的条件来设计的(有的还会以最大负载的1.2倍设计)，但是，制冷系统是极少在这种极限条件下工作；根据有关资料统计，中央空调设备97％的运行时间在70％的设计负荷以下，所以系统普遍存在很大的余量，因此，存在很大的节能空间；制冷主机能在一定的范围内根据未端冷量的要求加载或卸载，但与之配套的冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机仍在最高负载下运行(泵功率是按峰冷负载对应水流量1.2倍配比)，也就是大家常说的“大马拉小车”，这样，既增加了与制冷机配套设备投入的费用，又造成系统运行电费白白加大，这部分电费是极其浪费的。具体例子如下：

例如：在酒店中央空调的冷冻水系统中，受末端风机旁管温控器控制，房间温度达到使用要求时，则末端风机盘管的水阀会节流或关闭，使整个冷冻水系统所需的流量减小，此时，冷冻水泵所产生的水流量和压力却不能自动修正，以配合冷冻水系统的要求，会依然维持在全负载下运行导致管道压力增大，这时，部分冷冻水会自动从压差旁通管回流制冷主机，造成额外的电能损失和对冷冻水系统的不良冲击，系统的压力增大和水泵全速运行，造成水泵磨损增加，增加管网和阀门的跑冒滴漏现象，导致维修成本的增加；上述这种缺陷，由于酒店的开房率处于动态中和每个房间每天中冷量需求的变化，而显得更加突出。

冷却水系统也是一样，由于制冷主机随着酒店整体冷量需求的变化，冷凝器产生的热量也会相应地变化，此时，冷凝器所需要的水流也应该处在相应的动态中(即：系统产生热量大，则冷却水水流量相应增加，反之，系统产生热量小，则冷却水水流量相应减少)，以配合主机散热需求。而现有的系统是：冷却水水流一直维持满负荷运行；这时，当制冷主机处在低负荷运行的时候，冷却水只需要设计要求的一部分水流，就能满足系统散热要求。明显地，现有系统的冷却水系统同样存在很大的浪费；若：酒店本身装有热回收，而冷却水塔还设置在二楼，这样定负荷运行的浪费就更加大了。

由于系统通常配备2台以上制冷主机，而且冷冻水系统和冷却水系统通常采用并联设计，当只需要开一台主机时，另一台主机的冷冻水、冷却水管路通常的设计不能自动关闭，不仅造成水流无效循环，能量损失大，还会导致工作主机的能效比明显下降；因为，结合流体力学知识，我们分析可以知道：压力和管径一样的情况下，非工作的制冷主机一定会分流一半的冷冻水和冷却水，而经过这台制冷主机的冷冻水会，会维持冷冻水回水的高温状态，再与另外一台正在工作的制冷主机出来的较低温度的冷冻水混合一起，使冷冻水温度升高后，再被送到末端；上述温度升高后的冷冻水，显然是无法满足末端的需求，而导致回水温度再升高，工作主机在检测到回水的温度升高后，就会自动加载一个档次运行，以满足末端冷量的需求。这样就导致大量的电能浪费。而被分流冷却水后的主机会因为散热不好而跳机的危险，影响系统的安全运行。

由于酒店所需要的冷量是不断变化中，在某些时候(如：天气凉的时候或者深夜的时候)，需要冷量是系统设计要求一半以下，开一套系统就可以满足冷量要求。但是，现有系统还是维持两套系统在运行，通过人工管理去增加与减少主机及相应设备的运行台数是不完善的，由于在时间上会存在时间差异，像一般酒店的系统，迟一个小时停一台机，就会白白浪费至少几百度的电能。

水泵通常采用Y-Δ启动，电机启动电流大(通常为额定电流的3-7倍)，会对供电系统造成冲击，导致电网容量要求过高，起停时产生的“大锤效应”很容易造成管道破裂，接触器触电易烧坏，造成缺相烧毁电机，增加维修成本。

现有的中央空调的各个部件：主机，冷冻泵，冷却泵，冷却塔风机以及各水管的阀门；都是靠人手去操作，这种原始的操作模式会给整个系统的安全稳定运行，带来很大的隐患。比如：制冷系统的开启和关闭是有一套严密的程序的，开机时，先开冷却水和冷冻水系统，再开主机；关机时，先关主机，等水系统运行一段时间后再关水系统。各水管的阀门要随着系统运行的不同而调整开启和关闭的数量。以上这些靠人手原始操作，容易受人为疏忽大意，而带来很大的电能损失，甚至由于操作不当，而令制冷主机处于非正常的工作状态中，这样就大大缩短了制冷主机的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术所存在的种种不足，而提供一种结构合理，在提高制冷主机工作效率的同时，可节省电能，达到明显的节能效果，而且可以减少人员配置，降低管理成本，延长制冷主机使用寿命的中央空调节能管理装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种中央空调节能管理装置，包括制冷主机、冷冻系统和冷却系统，冷冻系统设置有冷冻水泵、水管及其阀门，冷却系统包括有冷却水泵、冷却塔、冷却塔风机、水管及其电动阀，还包括有PLC可编程逻辑控制器，PLC可编程逻辑控制器内写入特定程序，以使PLC可编程逻辑控制器发出相应指令，按照所设定的程序智能控制整机制冷系统，PLC可编程逻辑控制器分别连接有温度模块、压力模块和变频器通讯模块；其中，所述温度模块至少包括两组温度传感器，一组为冷冻水温度传感器，分别安装在冷冻水系统出水口和回水口，另一组为冷却水温度传感器，分别安装在冷却水系统的出水口和回水口；所述压力模块上设置有压力传感器，压力传感器固定在冷冻系统的未端；所述变频器通讯模块包括有冷冻水泵变频器和冷却水泵变频器，它们分别与对应的冷冻水泵和冷却水泵电连接；所述PLC可编程逻辑控制器上分别具有主机通讯接口、开关量输入接口以及开关量输出接口，主机通讯接口用于与主机高阶通讯口相接，开关量输入接口分别与控制按钮以及各类运行状态按钮相连，而开关量输出接口则分别连接电动阀、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔；所述PLC可编程逻辑控制器的前端还连接有可供人们直接操控的人机界面。该中央空调节能管理装置，通过在末端增加温度模块(感应器)和压力模块(感应器)，感知制冷系统和需制冷空间之间差量，再依据PLC可编程逻辑控制器内的程序，算出所需要送出的冷量，以匹配末端冷量的需求，再通过制冷主机的高阶通讯口，智能控制制冷主机投放的工作台数；变频器通讯模块智能模糊控制冷冻水泵和冷却水泵投放工作台数及转速；PLC可编程逻辑控制器通过开关量输出接口，智能控制各水路的电动阀的开启和关闭；并依据进出水温度差智能控制冷却塔风机的开启和关闭；从而达到以末端冷量需求为导向的智能制冷系统运行，避免水泵，风机定负荷运行和制冷主机的过度投入，而造成的电能损失的缺陷；再者，通过智能控制各水路电动阀的开启和关闭，可保证制冷主机在得到适量水流量，以带走热量提高制冷主机工作效率的同时，提高节电率，以达到更大的节能空间。

本实用新型的目的还可以采用以下技术措施解决：

作为更进一步的改进，所述人机界面外还连接有可供远程控制的PC电脑。

作为更具体的实施，所述电动阀是电动碟阀。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的中央空调节能管理装置，通过在PLC可编程逻辑控制器内写入特定程序，由可编程逻辑控制器发出相应指令，按照所设计的程序智能控制制冷系统的相关部件，大大减少人手控制的领域，只需要确认启动系统或停止系统就可以控制所有的相关部件，可根据用户的要求设定时间，让系统自动进入或退出工作状态，可减少两个人员配制，降低管理成本；

(2)该中央空调节能管理装置，由于系统由程序控制，可确保制冷系统的稳定运行，可完全杜绝由于人为疏忽而导致系统不正常运行，从而延长制冷主机(制冷系统)的使用寿命；

(3)由于本节能管理装置的作用，使制冷系统的各个部件有机结合起来，并按照末端冷量的需求智能调整各部件投入工作的数量及负荷，从而达到一定的节能效果；经测试，通过本智能节能管理装置，可达到风机、水泵节能40％以上，制冷主机节能约在5％左右。

附图说明

图1是本实用新型的中央空调节能管理装置示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种中央空调节能管理装置，包括制冷主机、冷冻系统和冷却系统，冷冻系统设置有冷冻水泵、水管及其阀门，冷却系统包括有冷却水泵、冷却塔、冷却塔风机、水管及其电动阀，还包括有PLC可编程逻辑控制器，PLC可编程逻辑控制器内写入特定程序，以使PLC可编程逻辑控制器发出相应指令，按照所设定的程序智能控制整机制冷系统，PLC可编程逻辑控制器分别连接有温度模块、压力模块和变频器通讯模块；其中，所述温度模块至少包括两组温度传感器，一组为冷冻水温度传感器，分别安装在冷冻水系统出水口和回水口，即，测定冷冻水出水温度和冷冻水回水温度；另一组为冷却水温度传感器，分别安装在冷却水系统的出水口和回水口，即，测定冷却水出水温度和冷却水回水温度；所述压力模块上设置有压力传感器，压力传感器固定在冷冻系统的冷冻水未端，即，测定冷冻水未端压力；所述变频器通讯模块包括有冷冻水泵变频器和冷却水泵变频器，它们分别与对应的冷冻水泵和冷却水泵电连接；所述PLC可编程逻辑控制器上分别具有主机通讯接口、开关量输入接口以及开关量输出接口，主机通讯接口用于与主机高阶通讯口相接，开关量输入接口分别与控制按钮以及各类运行状态按钮相连，而开关量输出接口则分别连接电动阀、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔；所述PLC可编程逻辑控制器的前端还连接有可供人们直接操控的人机界面，所述人机界面外还连接有可供远程控制的PC电脑，电动阀可以是电动碟阀。

工作原理：该中央空调节能管理装置，通过在末端增加温度模块(感应器)和压力模块(感应器)，感知制冷系统和需制冷空间之间差量，依据PLC可编程逻辑控制器内程序，算出所需要送出的冷量，以匹配末端冷量需求，再通过制冷主机的高阶通讯口，智能控制制冷主机投放的工作台数；变频器通讯模块智能模糊控制冷冻水泵和冷却水泵投放工作台数及转速；PLC可编程逻辑控制器通过开关量输出接口，智能控制各水路的电动阀开启和关闭；依据进出水温度差智能控制冷却塔风机的开启和关闭；达到以末端冷量需求为导向的智能制冷系统运行，避免水泵、风机定负荷运行和制冷主机的过度投入，造成电能损失；再者，通过智能控制各水路电动阀开启和关闭，保证制冷主机在得到适量水流量，带走热量提高制冷主机工作效率的同时提高节电率，达到更大的节能空间。

Claims

1.一种中央空调节能管理装置，包括制冷主机、冷冻系统和冷却系统，冷冻系统设置有冷冻水泵、水管及其阀门，冷却系统包括有冷却水泵、冷却塔、冷却塔风机、水管及其电动阀，其特征是，还包括有PLC可编程逻辑控制器，PLC可编程逻辑控制器内写入特定程序，以使PLC可编程逻辑控制器发出相应指令，按照所设定的程序智能控制整机制冷系统，PLC可编程逻辑控制器分别连接有温度模块、压力模块和变频器通讯模块；其中，所述温度模块至少包括两组温度传感器，一组为冷冻水温度传感器，分别安装在冷冻水系统出水口和回水口，另一组为冷却水温度传感器，分别安装在冷却水系统的出水口和回水口；所述压力模块上设置有压力传感器，压力传感器固定在冷冻系统的未端；所述变频器通讯模块包括有冷冻水泵变频器和冷却水泵变频器，它们分别与对应的冷冻水泵和冷却水泵电连接；所述PLC可编程逻辑控制器上分别具有主机通讯接口、开关量输入接口以及开关量输出接口，主机通讯接口用于与主机高阶通讯口相接，开关量输入接口分别与控制按钮以及各类运行状态按钮相连，而开关量输出接口则分别连接电动阀、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔；所述PLC可编程逻辑控制器的前端还连接有可供人们直接操控的人机界面。

2.根据权利要求1所述的中央空调节能管理装置，其特征是，所述人机界面外还连接有可供远程控制的PC电脑。

3.根据权利要求1所述的中央空调节能管理装置，其特征是，所述电动阀是电动碟阀。