基于DDC的中央空调节能改造及应用分析

（宁夏人民会堂管理中心，宁夏 银川 750000）

为解决空调产业现状，各大空调公司开始了大规模的改革，利用西门子控制器，还有变频器，将冷却水泵和冷冻水泵进行调控，以达到节能的效果，并且在空调中装置位机，可以对空调的运作进行监控管理。

1 中央空调系统现状

在经济发展的带动下，居民对生活水平的要求越来越高，这也使大量的中央空调投入使用。目前，我国的空调产业还不是很成熟，全国统一的空调运行系统下显露出中央空调的一大弊端，那就是耗电量问题。目前市场上的中央空调都是大型且耗电量极高的空调，不仅给使用者经济上的压力，还十分不利于管理，完全手动化的系统需要人力的投入，这些弊端都对空调业的发展造成了威胁。

1．1 空调系统示意

本试验对学校教学楼内的中央空调进行研究分析，其主机为螺杆式，额定功率为80kW，以及冷却水泵一台、冷冻水泵一台、冷却塔一台。机器末端联系风机盘管。中央空调具体系统见图1。

1．2 水量大耗电问题

在空调工作时，会把负荷控制在60%的范围内，以保证空调长久稳定的运行。而冷却水泵和冷冻水泵在运作时，其所产生的电量是由水量决定，这种设计有很多弊端，空调工作需要的水量大，而供回水的温差小，如此一来，就耗费了很多电力。

图1 中央空调系统示意图

1．3 手动系统难管理问题

对于中央空调在使用的过程中出现的一系列问题，不能直观地表达出来，无法实现智能化的数据反馈保存，这也是管理上十分困难的问题，数据不能直观地显示，就需要有专门的人员对中央空调进行定期检测，这不仅浪费了人力物力资源，更给中央空调的管理造成了困扰。

2 自动化技能改造分析

经过对中央空调结构、系统的分析，得出有效的解决方案。为了缓解中央空调耗电大的问题，在空调的设计上，可以利用西门子控制器，以及变频器，对冷冻水泵进行调控，并减弱冷却塔风机的转动速度，控制冷却水泵闭环，以上述手段控制空调耗电。

2．1 改变水泵转速来改变轴功率，达到节能目的

其中Q1、Q2为流量；H1、H2为扬程；N1、N2为轴功率；n1、n2为转速。进行理论分析并求证：

根据对试验的考证以及对文献记载的参考，可以发现，水泵轴功率不仅和水泵转速的三次方成正比例关系，水泵轴功率和很多种相关因素有关，但其试验结果无一不证明，可以通过改变水泵转速来改变轴功率，这个方法是目前改变中央空调耗电大问题的最有效手段。

2．2 通过改变频调率改变水泵转速，达到节能的目的

其中n为转速；f为频率；p为磁极对数；s为转差率，进行理论分析并求证。

根据上述公式，对试验反复推敲并求证，可以得出结论，要想改变水泵的转速，有三种可行性方法，首先，可以通过改变频调率来改变水泵转速；其次，可以通过改变电机磁极对数来改变水泵的转速；最后，可以通过改变转差率来改变水泵的转速。再次，对已知条件进行试验，可以得出结论，在上述三个改变水泵转速的方法中，通过改变频率来改变水泵转速的方法最为合适，因为调速范围大，而且其静态稳定性高，运行效率显著。

2．3 通过末端传感器，实行自动化控

我国市场上的中央空调所面临的问题，除了耗电量大，还有一个是管理不方便的问题。因为中央空调的运作需要的是人力维护，不能做到自动化运行，而且中央空调不能对自身数据进行反馈，这给中央空调的管理造成了一定的困难。针对中央空调管理不方便的问题，做出研究与调查，并得出了结论。可以在中央空调的西门子控制器，温感器上加装数据设备，通过设备的投入，对中央空调的各项数据进行收集校对，并传递到监控设备上。如此一来，中央空调的各种信息都可以及时准确地反馈给工作人员，不仅减少了人力的投入，还保证了数据的准确。工作人员也可以通过设备对空调进行开关机处理，并且可以通过对数据的监控分析，确保中央空调的稳定运行，并且可以在中央空调出现问题时及时进行检修。

3 节能改造措施

3．1 冷冻水泵的控制

目前我国市场上的中央空调所利用的冷冻水泵，都是通过供回水的压差来进行控制的，可以考虑在供回水干管上端加装一个压差传感器，再次通过压差传感器把供回水压差模拟信号传送给西门子控制器的AI1接口位置，将西门子控制器的AO1接口连接变频器处，并对西门子控制器进行编程设置，重新设定压差数值，并将供回水压差数值由末端风机盘管全部开启时的压差确定。通过试验可以得知，当实际供回水压差增大时，可以看到负荷减小，这时可以超控控制器给出变频器信号，让通过变频器频率减小，达到减少水泵转速的目的。反之，当末端负荷不断增大时，实际供回水压差会随之减小。

3．2 冷却水泵及冷却塔风机的控制

通过多次试验比对，得出结论，可以通过对冷却水泵的利用，对供回水的温差进行控制，可以在中央空调的供回水干管上装置一个温度感应器，通过温度感应器将供回水温差的模拟信号传输到西门子控制器的AI2、AI3接口上，而将西门子控制器的AO2接口连接到变频器，对西门子 控制器进行重新编程设计，设定供回水温差为10℃，当温度感应器传出来的实际温差不断增大时，可以说明中央空调的负荷也在增大，此时，让控制器给变频器信号，控制变频器频率增大，以达到增大水泵及风机转速的目的，反之当中央空调末端负荷减小时，实际温差也会随之减小，将控制器显示出的实际温差和设定温差进行比较后得出结论，变频器频率减小时，水泵及冷却塔转速也会降低。

3．3 组态监控系设计

现在，许多空调技术公司为缓解以上弊端，都采取智能化系统代替人工系统，在空调末端加入传感装置，将空调系统的实时数据进行监控。例如，对约克、麦克威尔空调主机的品牌系列中央空调进行试验，控制器使用一台XH50的控制器，通过传感器对冷冻水温度、冷却水温度的供回水温度、变频器、冷水阀等相关数据进行实时监控，同时通过网络连接到计算机的操控系统，工作人员通过计算机造作系统对整个中央空调系统进行监控。监控系统组成结构图如图2所示。

图2 中央空调监控系统组成结构图

4 结语

随着我国经济水平的发展，人们对生活水平的要求越来越高，这就造成了大量中央空调的投入使用。中央空调的大量使用导致中国社会电力需求持续增长，人们也发现了重要空调的弊端，比如耗电量大、监控管理不完善。为了解决上述问题，各个企业通过加设监控系统、对冷冻水泵的控制等方式，大大缓解了重要空调的耗电问题，规避了耗电，优化了管理，这些都将推动中央空调产业的持续发展。