CN2807112Y - 中央空调系统的节能控制装置 - Google Patents

Abstract

一种中央空调系统的节能控制装置，其特征在于：包括入口温度传感器(1)、出口温度传感器(2)、控制器(3)和变频器(4)，入口温度传感器(1)和出口温度传感器(2)分别与控制器(3)的两个输入端连接，控制器(3)的输出端与变频器(4)的控制端连接。本实用新型在应用时将其入口和出口温度传感器分别置于空调系统冷热源的入口和出口处，通过调节水泵电机转速将入口和出口处的温度差控制在一定的数值。其优点是根据负载改变电机的转速，具有明显的节能效果。

Description

中央空调系统的节能控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种控制装置，具体是一种中央空调系统的节能控制装置。

背景技术

现有技术包括供、回水干管压差保持恒定的压差控制方式和末端环路压差控制方式，其缺点是能耗较高。

发明内容

本实用新型的目的就是提供一种中央空调系统的节能控制装置，以解决现有技术存在的能耗较高的问题。

本实用新型的技术方案是：包括入口温度传感器、出口温度传感器、控制器和变频器，入口温度传感器和出口温度传感器分别与控制器的两个输入端连接，控制器的输出端与变频器的控制端连接。

所述的控制器采用可编程控制器PLC。

所述的控制器包括单片机、可编程计数器、脉冲信号形成电路和变频器驱动电路，单片机的两个输入端分别与所述的入口温度传感器和出口温度传感器连接，单片机的输出端连接可编程计数器后与脉冲信号形成电路的输入端连接，后者的输出端通过变频器驱动电路与所述的变频器的控制端连接。

本实用新型在应用时将其入口和出口温度传感器分别置于空调系统冷热源的入口和出口处，通过调节水泵电机转速将入口和出口处的温度差控制在一定的数值。其优点是根据负载改变电机的转速，具有明显的节能效果。

附图说明

图1是本实用新型的总体构成电路框图；

图2是本实用新型采用PLC控制器的实施例电路框图；

图3是本实用新型采用单片机控制器的实施例电路框图；

图4是本实用新型的应用示意图；

图5是水泵在恒速下的扬程-流量(H-Q)特性曲线；

图6是流量-转速与电力消耗量的相对比例曲线；

图7是不同控制方式下水泵运动工况比较示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型包括入口温度传感器1、出口温度传感器2、控制器3和变频器4，入口温度传感器1和出口温度传感器2分别与控制器3的两个输入端连接，控制器3的输出端与变频器4的控制端连接。

所述的控制器3采用可编程控制器PLC(图2)。

所述的控制器也可采用单片机控制系统(参见图3)，包括单片机ηPD7810、可编程计数器(8254)、脉冲信号形成电路(可采用专用SPWM芯片HEF4752)和变频器驱动电路(主要由专用驱动电路MPD1203构成)。上述个电路采用常规连接：单片机的两个输入端分别与所述的入口温度传感器1和出口温度传感器1连接，单片机的输出端连接可编程计数器后与脉冲信号形成电路的输入端连接，后者的输出端通过变频器驱动电路与所述的变频器4的控制端连接。变频器4的电压检测端和过流检测端连接至但单片机的两个对应端。

参见图4，本实用新型在应用时将其入口和出口温度传感器1和2分别置于空调系统冷热源9的入口和出口处，通过调节水泵电机6转速改变水泵7的转速，将入口和出口处的温度差控制在一定的数值(如5℃)。水泵7的出口通过用户的换热器8连接到冷热源9的入口。

本实用新型的节能原理分析如下(参见图5～7)：

通过图5可说明其节电原理：图5中曲线1为水泵在恒速下的扬程-流量(H-Q)特性。曲线2为恒速下功率-流量(P-Q)特性。曲线3为管阻特性(阀门开度全开)。

假设水泵在设计时工作在A点效率最高，输出流量Q为100％，此时轴功率P₁与Q₁、H₁的乘积AH₁0Q₁成正比。根据工艺要求，当流量需要从Q1减少到Q₂(例如50％流量)，如采用调节阀门方法，相当于增加管阻力，使管阻力特性变到曲线4，系统由原来工况点变到新的工况点B运行，由图中可以看出，扬程反而增加，轴功率P₂与面积BH₂0Q₂成正比，水泵的轴功率减少不多。如果采用调速控制方式，转速由n₁降到n₂，根据泵参数的比例定律，画出在转速n₂下的扬程-流量(H-Q)特性，如曲线5所示。可见在满足同样流量Q₂的情况下，扬程H₃(相当于面积CH₃OQ₃，其中Q₂＝Q₃)随着显著减少，节省功率损耗ΔP＝ΔHQ₂与面积BH₂H₃C成正比。

由流体力学原理知道，流量Q与转速的一次方成正比，扬程H与转速的平方成正比。当流量减少、水泵转速下降时，其功率降低很多。参见图6，直线M表示机械控制水泵的耗电情况，曲线P为变频控制的耗电情况。从图中看出，转速下降到80％，则轴功率P下降到51.2％。如果转速下降到50％，功率P则下降约87％。

水泵随负荷变化进行变流量运行，最佳的方式是让水泵的转速随负荷变化。根据水泵的相似定律，水泵的流量、扬程、功率和转速之间存在以下关系：

                  Q₁/Q₀＝(n₁/n₀)           (1)

                  H₁/H₀＝(n₁/n₀)²         (2)

                  N₁/N₀＝(n₁/n₀)³         (3)

式是Q₀H₀N₀n₀额定工况下水泵的流量、扬程、轴功率和转速。

Q₁H₁N₁n₁在转速为n₁时水泵的流量、扬程、轴功率。

从上列公式可以看出，

当Q₁/Q₀＝0.8时，N₁/N₀＝(n₁/n₀)³＝(Q₁/Q₀)³＝(0.8)³＝0.512

当Q₁/Q₀＝0.5时，N₁/N₀＝(n₁/n₀)³＝(Q₁/Q₀)³＝(0.5)³＝0.125

上式计算说明，当Q₁＝0.8Q₀时，水泵的轴功率仅为额定功率的50％左右，水泵运行能耗下降50％左右。

                水泵电机转速n＝60f/p         (4)

式中f供电频率(变频器输出频率)；p电机的极对数。

从上式可以看出，只要改变变频器的输出频率即可实现水泵的变转速运行。

水泵变流量控制有以下三种方式：

1、供、回水干管压差保持恒定的压差控制(简称压差控制)；

2、末端(最不利)环路压差保持恒定的末端环路压差控制(简称末端压差控制)；

3、供、回水干管水温差保持恒定(Δt＝5℃)的温差控制(简称温差控制)，是本实用新型的控制方式。

图7是不同控制方式下水泵运动工况示意图。采用不同的控制方式，所对应的管路特性曲线各不相同。曲线A是采用温差控制的管路特性曲线(即空调水系统原有的管路特性曲线)。Q＝0，水泵扬程H＝0。曲线B是采用末端压差控制时的管路特性曲线。H₁是末端环路要求保持的压差。Q＝0，水泵扬程H＝H₁。曲线C是采用压差控制时的管路特性曲线，H₂是要求保持的压差。Q＝0时，水泵扬程H＝H₂。

水泵流量从Q₀变化为0时，A、B、C三条曲线所对应的水泵转速分别为n_A、n_B、n_C。水泵的扬程分别为H_A、H_B、H_C。

分析它们的节能效果，特举例加以说明。

某空调水系统水泵流量Q₀′＝400m³/h、扬程H₀＝33m、水泵轴功率N₀＝48kw。采用压差控制H₂＝16m，采用末端压差控制H₁＝8m。当流量变化为Q₀′＝0.7Q₀＝280m³/h时，计算在三种不同控制方式下水泵的节能效果。

①温差控制Q₀′＝280m³/h，H_A＝16.17m，η_A＝63％，N_A＝19.58kw。

②末端环路压差控制Q₀′＝280m³/h，H_B＝20.25m，

η_B＝68％，N_B＝22.72kw。

③压差控制Q₀′＝280m³/h，H_C＝24.33m，η_C＝69％，N_C＝26.6kw。

N_A/N_C＝73.6％，N_B/N_C＝85.4％。

它们的节电率分别为Φ_A＝59.1％，Φ_B＝52.6％，Φ_C＝44.6％。

从上面的分析可以看出，采用不同控制策略它们的节能效果是不同的。采用本实用新型的温差控制方式的节能效果最好。

Claims (3)

1.一种中央空调系统的节能控制装置，其特征在于：包括入口温度传感器(1)、出口温度传感器(2)、控制器(3)和变频器(4)，入口温度传感器(1)和出口温度传感器(2)分别与控制器(3)的两个输入端连接，控制器(3)的输出端与变频器(4)的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的中央空调系统的接节能控制装置，其特征在于：所述的控制器(3)采用可编程控制器(PLC)。

3.根据权利要求1所述的中央空调系统的节能控制装置，其特征在于：所述的控制器(3)包括单片机、可编程计数器、脉冲信号形成电路和变频器驱动电路，单片机的两个输入端分别与所述的入口温度传感器(1)和出口温度传感器(2)连接，单片机的输出端连接可编程计数器后与脉冲信号形成电路的输入端连接，后者的输出端通过变频器驱动电路与所述的变频器(4)的控制端连接。

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