節(jié)能視角下PLC中央空調(diào)系統(tǒng)分析

余圣虎

摘要：隨著現(xiàn)代建筑室內(nèi)環(huán)境要求的不斷提升，中央空調(diào)成為了一種必要的機(jī)電系統(tǒng)。隨之而來(lái)的是建筑能耗的顯著提高?；谏鲜霰尘埃醒肟照{(diào)系統(tǒng)的節(jié)能屬性顯得尤為重要。本文以此為目標(biāo)，對(duì)基于PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與具體應(yīng)用進(jìn)行分析，旨在為后續(xù)的研究與實(shí)現(xiàn)提供必要基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；PLC；節(jié)能；系統(tǒng)分析

中央空調(diào)是現(xiàn)代室內(nèi)氣溫調(diào)節(jié)的主要方式，由于其集中式處置方式與分體空調(diào)相比具有效果較好、穩(wěn)定性強(qiáng)等特征。然而，中央空調(diào)的大范圍使用也在客觀上增加了建筑的自身能耗，進(jìn)而產(chǎn)生了大量的額外成本。為了從根本上解決上述問(wèn)題，提高中央空調(diào)的使用效能，利用PLC形成智能化體系達(dá)到節(jié)能的目的成為了一種可行方式?；谏鲜霰尘?，本文在系統(tǒng)分析中央空調(diào)節(jié)能特征的基礎(chǔ)上，對(duì)PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行分析，旨在為后續(xù)的建設(shè)與應(yīng)用提供基本遵循。

一、中央空調(diào)系統(tǒng)能耗及節(jié)能可能

從根本上解決中央空調(diào)系統(tǒng)能耗問(wèn)題則需要我們對(duì)空調(diào)的能耗特征及其節(jié)能可能性加以分析。從能量守恒的角度來(lái)看，決定系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵因素在于需求與轉(zhuǎn)化率。需求降低則總體能耗降低；轉(zhuǎn)化率提升則系統(tǒng)能源的應(yīng)用效率提升，有效能耗占比增加。從上述的兩個(gè)基本點(diǎn)出發(fā)，我們需要格外注意中央空調(diào)在能源小號(hào)過(guò)程中的如下特征：一是中央空調(diào)的壓縮循環(huán)動(dòng)力單元是其能耗的主要來(lái)源。這就直接導(dǎo)致了其循環(huán)總量與能耗呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系；二是中央空調(diào)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中最大負(fù)載的10%-20%為設(shè)計(jì)余量，雖然在部分可調(diào)節(jié)空調(diào)中對(duì)該部分進(jìn)行了一定的控制，但是也無(wú)法滿足其節(jié)能效果；三是工況運(yùn)行狀態(tài)是能耗的主要節(jié)約節(jié)點(diǎn)。在在系統(tǒng)能耗計(jì)算過(guò)程中，往往默認(rèn)溫差在自流向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不產(chǎn)生能耗。而循環(huán)速率與溫差梯度之間的匹配度成為了控制空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)開關(guān)的有效方式。通過(guò)此種模式，能夠避免小梯度，高循環(huán)的高能耗模式。

除了上述所討論的相關(guān)能耗來(lái)源與可能的節(jié)能位點(diǎn)之外，在具體空調(diào)設(shè)計(jì)過(guò)程中循環(huán)泵組自身的能耗選擇、制冷劑選擇、管道保溫、自動(dòng)室內(nèi)調(diào)節(jié)等相關(guān)系統(tǒng)相關(guān)。故而，在復(fù)雜的系統(tǒng)功能下更需要利用PLC技術(shù)來(lái)予以綜合性調(diào)節(jié)，在系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)上達(dá)成各個(gè)環(huán)節(jié)的綜合節(jié)能調(diào)節(jié)目的。

二、基于PLC的節(jié)能系統(tǒng)分析

水泵變頻節(jié)能改造需要用到PLC，因此還可以附帶的增加做一些其他功能，比如整個(gè)系統(tǒng)主機(jī)和水泵、冷卻塔聯(lián)動(dòng)，短信報(bào)警，遠(yuǎn)程控制等，讓系統(tǒng)更智能化、自動(dòng)化。在具體設(shè)計(jì)與應(yīng)用過(guò)程中需要從如下幾方面入手：

第一，利用PLC控制系統(tǒng)與主機(jī)控制聯(lián)動(dòng)，達(dá)到智能化或自動(dòng)化中央空調(diào)的制冷主機(jī)控制系統(tǒng)一般只能控制本機(jī)的開停，無(wú)法自動(dòng)讓水泵提前開啟或滯后關(guān)閉，由于PLC控制變頻器只需要模擬量端口及少量I/O端口。剩余的I/O口則可以給控制主機(jī)控制信號(hào)，也可以接收主機(jī)反饋過(guò)來(lái)的信號(hào)，這樣我們就可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。通過(guò)此種模式來(lái)有效的形成系統(tǒng)控制與信息反饋的雙聯(lián)動(dòng)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)雙通道模式來(lái)形成實(shí)現(xiàn)，如采用Q0.0的信號(hào)端口可以控制主機(jī)的開停（連接主機(jī)設(shè)備提供的外接控制端口，或通過(guò)中間繼電器并聯(lián)間接發(fā)出控制信號(hào)。同樣I0.0可以接收主機(jī)反饋的信號(hào)），如此就可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)和智能化控制。

另外，根據(jù)需求可以增加GPRSDTU模塊，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警發(fā)送至指定手機(jī)以及實(shí)現(xiàn)手機(jī)或PC遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制開停機(jī)，存檔溫度數(shù)據(jù)等。

第二，通過(guò)PLC控制器實(shí)現(xiàn)水泵組的智能控制。通過(guò)上文的分析我們可以看出水泵組的循環(huán)能耗是解決節(jié)能的關(guān)鍵。利用PLC系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)冷卻液溫度的監(jiān)控，根據(jù)可供調(diào)節(jié)的需求溫度設(shè)定獲得穩(wěn)定的溫度差。而在溫度差判斷的基礎(chǔ)上來(lái)形成水泵組的開關(guān)自我控制，最終達(dá)到變頻節(jié)能的根本目的。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)采樣器的周期性設(shè)定（一般不超過(guò)30s）而活動(dòng)穩(wěn)定的循環(huán)溫度曲線，利用室內(nèi)控制的權(quán)重最值形成闕值指標(biāo)，以此為控制形成水泵組的開關(guān)與輸出電壓，進(jìn)而達(dá)到綜合控制的根本目的。

第三，通過(guò)PLC控制器實(shí)現(xiàn)水泵組的變頻控制。除了開關(guān)控制（流量控制）之外，通過(guò)對(duì)水泵組的變頻控制（流速控制）也能夠在滿足中央空調(diào)對(duì)室內(nèi)氣溫調(diào)節(jié)要求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)有效的節(jié)能。其具體設(shè)計(jì)是通過(guò)監(jiān)控制冷劑的壓縮比來(lái)形成更為科學(xué)的水泵頻率曲線。而利用曲線的控制形成其與輸出溫度的有效對(duì)應(yīng)。此種對(duì)應(yīng)關(guān)系則可以建立在對(duì)室內(nèi)溫度的監(jiān)控基礎(chǔ)上。通過(guò)此種模式能夠有效的增加或者減少恒定溫度下的能源輸送，最終達(dá)到合理穩(wěn)定室內(nèi)氣溫的根本目的。以夏季制冷為例，如在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中冷卻劑溫度在7～12攝氏度之間。而室內(nèi)溫度設(shè)定在25攝氏度，則可以看出其溫度差在13～18攝氏度的區(qū)間范圍內(nèi)，而該區(qū)間范圍則可以穩(wěn)定在額定頻率輸出的60%左右范圍之內(nèi)。故而在考慮制冷系統(tǒng)蒸發(fā)溫度與蒸發(fā)壓力的前提下，最大壓縮比使之在4.5～5.0Bar之間進(jìn)行波動(dòng)既可以滿足系統(tǒng)需求。而在PLC引入的條件下，系統(tǒng)除了對(duì)冷卻液溫度進(jìn)行監(jiān)控之外，還可以對(duì)室內(nèi)的實(shí)際溫度進(jìn)行監(jiān)控，基于普遍數(shù)據(jù)與建筑溫度恒定設(shè)計(jì)則可以相對(duì)靈活的調(diào)節(jié)水泵組的頻率。

除了上述的三點(diǎn)之外，PLC系統(tǒng)還能夠有效的支持后續(xù)可能出現(xiàn)的功能拓展，如檢測(cè)指標(biāo)的實(shí)時(shí)顯示；控制系統(tǒng)的交互界面、自動(dòng)情節(jié)與運(yùn)行狀態(tài)報(bào)警等功能。通過(guò)上述的建設(shè)進(jìn)一步增加中央空調(diào)系統(tǒng)的智能化與自動(dòng)化。與此同時(shí)，還能給形成手動(dòng)控制與自動(dòng)控制之間的有效切換，最終實(shí)現(xiàn)能耗效益的最大化。

三、總結(jié)

中央空調(diào)被廣泛的應(yīng)用于商業(yè)建筑內(nèi)，近年來(lái)部分民用住宅也有應(yīng)用中央空調(diào)集中調(diào)節(jié)的趨勢(shì)。通過(guò)本文的研究我們發(fā)現(xiàn)利用PLC構(gòu)建空調(diào)控制系統(tǒng)能夠有效在其警報(bào)、水泵組開關(guān)及變頻方面形成有效的控制，進(jìn)而綜合提高相關(guān)系統(tǒng)的節(jié)能效果。在未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)，該系統(tǒng)值得推廣。

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