中央空調系統制冷過程與能耗分析

能源是驅動社會發展的重要動力，也是人們創造物質生活的重要基礎。人類與能源都是自然界中的重要組成部分，我們必須科學合理的使用能源，能夠確保人與自然和諧相處，維護共同的美好家園。對于日漸嚴重的環境問題，國家必須承擔起環境保護責任，在科學指導觀念的引導下，將環境與節約能源融入國家發展策略中，提出一系列的節能減排措施。隨著社會主義市場經濟逐步發展，人們的生活水平逐漸提高，人們對于室內溫度的舒適度也有了多元化的要求，所以中央空調在家居與超市、企業的應用逐漸廣泛。在中央空調制冷系統過程中，也制定了一定的節能減排策略。主要是制定中央空調的能耗標準，以及中央空調運行過程中的有效管理，進一步優化維護中央空調。由于當前我國大部分使用的中央空調是老式空調，節能效果以及制冷效率較低。基于此，采用太陽能發電技術或者是變頻技術，對新式空調加強研究力度，運用先進的技術與新材料，切實提高制冷效果，做到節能減排。
一、中央空調考核實驗設備,中央空調實訓考核設備,中央空調實訓考核裝置中央空調分類
中央空調由水系統與風系統構成，水系統與風系統的功能有較大的差異，兩者具有難以替代的重要作用，水系統與風系統能夠進一步優化中央空調的制冷系統，所以值得我們深層次的探究。
1、中央空調考核實驗設備,中央空調實訓考核設備,中央空調實訓考核裝置水系統
中央空調的水系統主要是由冷凍水循環系統與冷卻水循環系統、主機系統三個部分構成，每個系統中有相關聯的小系統。冷凍水循環系統是由冷凍水泵和室內風機、冷凍水管道構成。冷卻水循環系統是由冷卻水塔和冷凝器、冷卻泵構成。主機系統由節流器和制冷劑、壓縮機與冷凝器、蒸發器等構成。
中央空調水系統制冷過程中，主要是應用制冷劑加壓物體，熱脹冷縮，釋放能量，吸收熱量，通過壓縮機對于壓力較小且氣態的制冷劑進行加壓，制冷器在壓力作用下進入冷凝器，冷凝器中凝集較多的制冷劑后，便會產生較大的溫度差，制冷劑轉向為液態，釋放熱量的同時，冷卻水，實現熱交換，當冷卻水進入冷卻塔后帶走熱量。制冷劑在冷凝器內已經成為液體，經過節流器進入蒸發器，在此過程中，節流器會減少制冷劑的壓力，由液體的制冷劑轉換為氣體和液態進入蒸發器。蒸發器中制冷劑由液體變為氣體，體積和狀態進行變化時降低溫度。制冷劑與蒸發器的冷凍水進行熱交換，所以迅速降低冷凍水溫度，進而起到降低目標溫度這一效果。蒸發器將制冷劑低壓運回壓縮機，進行再次加壓，循環上述過程。在此過程中，蒸發器已經完成熱交換，冷凍水降低溫度后，通過冷凍水泵施壓流入蒸發器，然后從冷凍水管道出水與空氣進行熱交換。經過過濾、交換后的空氣溫度迅速降低，由室內風機吹向室內，從而降低了室內的溫度，進一步實現了室內溫度的熱交換。冷凍水過濾時溫度提高，冷凍水管道再次流回蒸發器與新汽化的制冷劑再次接觸時，從而起到降溫效果，如此循環上述步驟。冷凍劑在壓縮機中由氣態轉變為液態，釋放熱量，應用冷卻水與制冷器進行熱量交換，帶走熱能的同時，冷卻水提高溫度。冷卻泵施加壓力，冷卻水進入冷卻塔中，與冷卻塔中的大氣進行熱交換，當冷卻水溫度降低后，再被減壓，送回至冷凝器再與液態制冷劑進行熱量交換，循環以上步驟。
2、中央空調考核實驗設備,中央空調實訓考核設備,中央空調實訓考核裝置風系統
中央空調中的風系統是由空氣處理裝置、風管末端裝置組成。空調風系統是將紅標空氣過濾掉粉塵與懸浮顆粒，清潔空氣的同時，再送入冷凍水管中，與冷凍水進行熱量交換，從而降低空氣的溫度。將過濾與降溫的空氣運輸至送風狀態，然后滿足室內用戶的環境需求。空調中的制冷系統是運用空調進行熱量交換，將室內的熱量由室內傳遞到室外。通過水循環與風循環的有效結合，實現熱量的有效轉移，風機盤管系統則是在室內制冷，實現熱量的傳遞，室內環境進行直接接觸，設定室內溫度設定值。
二、中央空調考核實驗設備,中央空調實訓考核設備,中央空調實訓考核裝置中央空調系統制冷過程的能耗分析
1、中央空調考核實驗設備,中央空調實訓考核設備,中央空調實訓考核裝置實現節約耗能的重要環節
電能是促使中央空調持續運行的重要保障，也是中央空調中的重要消耗資源。電能在使用過程中，人們通常是關注中央空調是否能夠正常運行與操作，是否能夠調節溫度，卻忽略了電能消耗方面。由于電能能夠促使空調正常運行，但是如果人們發現空調的電能消耗量較大，也會下意識的認為空調產生的能源費用較高，但是，空調的運行過程中，部分電能雖然推動了系統運行，但是也有一部分電能是被浪費的，所以本文研究如何降低能耗，減少空調電費的投入，并且分析空調的制冷過程。
空調的冷水機組產生冷水，過程中需要一定的低溫冷凍水，智能水環節需要消耗能量，在空調能量消耗過程中占據較大的比例。冷水泵能夠促進出水入水的有效循環，冷水泵運行的能耗量較大。冷卻泵與冷卻塔風機能夠促進室內的熱空氣有效排出，或者是排出空調系統運行過程中產生的熱量，在此過程中，冷卻泵與冷卻塔風機消耗的能量較多。風機盤管系統將空調中的冷風循押送至室內，風機運行過程中消耗的能量，也是空調能耗中的重要組成部分。
2、中央空調考核實驗設備,中央空調實訓考核設備,中央空調實訓考核裝置中央空調系統制冷過程中的注意事項
由此可以看出，中央系統制冷工程的環節緊密相關，要想降低中央空調的制冷能耗，就必須減少啟動次數與運行時間，此種方法必須充分重視空調系統與子系統間的協調性，進一步掌握系統的運行時間與次數，滿足室內溫度的情況下，減少不必要的浪費。所以裝置變頻技術能夠有效的控制空調電動機的頻率，確保空調發電機能夠在低線水平內平穩運轉，有助于控制機體溫度，不僅能夠提高制冷效率與質量，也能夠減少由于熱量而消耗的能源。
三、中央空調考核實驗設備,中央空調實訓考核設備,中央空調實訓考核裝置產品舉例介紹：

MY-512E 中央空調考核實驗設備

一）、中央空調考核實驗設備,中央空調實訓考核設備,中央空調實訓考核裝置產品概述：
本裝置適合高等職業院校、中等職業學校及本科院校的機電設備安裝與維修、機電技術應用、電氣運行與控制、電氣技術應用、電機與電器、制冷和空調設備運用與維修等專業的《制冷空調機器設備》、《制冷空調裝置的安裝操作與維修》、《制冷空調自動化及機電一體化》、《空氣調節技術與運用》等課程的教學與實訓。
二）、中央空調考核實驗設備,中央空調實訓考核設備,中央空調實訓考核裝置設備特點：

（1）中央空調系統實訓平臺是根據目前國內建筑電氣，樓宇智能化精心設計的綜合實驗裝置，本裝置結合當前安防領域的先進技術，從教學實驗的要求的角度出發，以工程化的設計理念完整的實現了中央空調全空氣調節系統的工作過程。

綜合性；采用國內先進的二次回風系統，在同一臺實驗臺上完整的完成不同制冷系統工況

工程化；數字輸入輸出模塊整套控制系統大部分采用工業現場實際應用部件,水閥調節采用4-20MA電流輸入型PDI調節方式，控制冷凍水流量。

開放性；裝置采用透明化，開放性設計，學生能夠清晰的了解整個系統工作原理

安全保護；裝置設有強電漏電系統裝置

（2）實用性強：控制器采用市場上廣泛應用的DDC控制器及相關繼電器、控制開關、指示燈、標準通信接口可編程控制器，上位機軟件實時顯示系統運行狀態及數據。

（3）直觀性強：實訓裝置直觀展示了中央空調的系統結構、工作原理，可清楚的看到制冷循環系統結構及主要部件的實物，系統還配置有系統完整流程圖、交流電壓表、交流電流表、真空壓力表、信號指示燈使整個系統的實時工作狀態一目了然；便于教學演示講解及學生對課本知識的理解掌握。此外，管路中設有視液鏡可觀察制冷劑狀態；高壓管路為紅色部分，低壓管路為藍色部分。

（4）綜合性強：整套實訓裝置集制冷系統、電氣控制系統、故障模擬系統于一體，滿足對實訓的要求。

（5）中央空調制冷、制熱循環輸送管路：用最新型色鋁塑管以及銅件連接,并標有明顯的走向標志。輸送管路經電磁閥、風機盤管輸送給模擬房間或模擬風管、根據所需調節風速開關或風量。

（6）帶電腦串行接口,組成智能化測試裝置：系統的控制軟件采用全漢化菜單式操作。測溫器是高精度的熱電鍋,自A/D摸數轉換器轉換成數字信號,經Rs232電腦接口輸出,在電腦安置相關程序之后,屏上清楚記錄、采樣、通過打印機輸出進行理論分析。
（7）制冷量調節控制裝置：
1）、通過自動調節提高冷媒流量，可以有效降低壓縮機的排氣溫度，擴大壓縮機高效做功區。采用雙向電子控制系統，可實現雙向熱泵功能、冷庫控制，空用制冷機組，變頻機組、中央空調機組的的節能控制和流量自動調整。
2）、軟件控制，能在線控制系統的溫度，讀取機組在最佳溫度系統制冷冷媒的流量開度數，調整制冷機組的過熱度，過冷度。該文本顯示界面的左側，以文本的形式實時顯示當前機組的運行數據。在界面右側的上半部分，是對通訊信息的顯示，包括通訊角色及通訊端口的設定值以及對當前通訊狀態的顯示。在界面右側的下半部分“數據信息”中，顯示當前接收到哪種數據幀、接收到的數據幀的地址、等信息。具有上位機調節的線上和手動調節功能：
8）、系統特點：
A）、4路實時溫度顯示：控制器同時檢測系統的制冷多點溫度，來控制機組過冷/過熱度。
B）、閥的開度實時顯示：控制對象為最大500P開度設定。可自行制冷系統制冷劑流量設定最小開度。
C）、24路參數控制參數設置：控制器內所有與控制相關的溫度參數、時間參數、控制參數、等24個參數都可以調整，以適應制冷/熱泵/冷庫/水機等設備。
D）、自動調節：設備運行時有斷電記憶功能，保持當前值不變。確保制冷/熱泵/冷庫/水機等狀態下的閥門開度。
E)、6路用戶模擬環境數據入設定如下圖：在調試中通過軟件模擬設定，可模擬制冷主機組在各個溫度條件下，閥的開度狀態來積累大量數據，從而根據每一個制冷機組的特點來設定閥的標準開度值。具體參照24路參數設定
F)、多達8路設備運行監控：在線監控機組的壓縮機、膨脹閥、各點溫度、保護動作電路等運行狀態。
G)、過冷/熱度控制范圍：2-15攝氏度。可自行設定制冷主機的過/冷、過熱度為設計提供數據。
H)、制冷劑：適應R134AR22R410A等其它冷媒
9）脫機手動設定
A）溫度和開度可顯示查詢/設置：控制器所有檢測到的溫度都可以被查詢開度也可以實時查詢顯示
B）調節功能：在機組開發和調試階段，可以通過控制器手動調節功能，取得有效的試驗數據。
C）數碼管顯示器在線顯示開度和溫度以及故障代碼。
D）數碼管顯示器在線顯示開度和溫度以及故障代碼
三）、中央空調考核實驗設備,中央空調實訓考核設備,中央空調實訓考核裝置技術參數：
1、電源：三相五線 AC 380 V±10% 50Hz；
2、最大供冷量：7.5kW；
3、最大輸入總功率：6.5kW；
4、制冷額定功率：7.5.kW；
5、最大堵轉電流：50A；
6、制熱額定功率：2.0kW；
7、額定輸入電流：7A；
8、循環風量：700m3/h；
9、制冷劑：R22；
10、漏電動作電流：≤30mA；
11、噪聲：35－40dB（A）；
12、安全保護措施：具有過壓、過流、過載、漏電、接地四種保護措施，符合國家相關標準。
四）、中央空調考核實驗設備,中央空調實訓考核設備,中央空調實訓考核裝置設備的配置：
1、控制器系統配置：
控制系統由可編程控制器、數據采集、力控組態軟件等組成。控制器采用一臺DDC控制器采集模塊。系統具有手動和自動兩種控制方法控制，并且可通過上位機力控軟件監測系統運行工況，即系統中制冷狀態、制熱狀態、溫度大小、設備運行狀態等情況。通過模擬量模塊采集溫度等相關系統參數對整個系統進行自控。通過對控制程序編輯，可改變系統的控制過程。組態軟件借助于Windows /XP多任務環境，是本系統的管理與調度的中心，實現對整個系統的集中管理、以及對整個樓宇的被控設備進行監測、調度、管理，實現設備的聯動控制。在不接對象時，還能完成中央空調電氣系統排故實訓。
2、控制柜：
鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，結構堅固。前門采用透明設計，可觀察到中央控制器、接觸器、熱保護器等控制元件。面板上面有控制開關旋鈕、工作狀態指示燈、系統流程圖及數字控制主機單元
3、主機參數：
1).電壓+24V
2).AI模擬量輸入輸出點：12個
3).AO模擬量輸出輸出點：5個
4).DI數字量輸入點：8個
5).DO數字量輸入點：8個
4).數字控制器點表

序號	AI	AO	DI	DO
1	冷卻水供水溫度10K	水閥流量調節	壓縮機狀態
2	蒸發器溫度10K		冷凍水泵狀態	冷凍水泵啟停
3	高壓0-5V		冷卻水泵狀態	冷卻水泵啟停
4	低壓0-5V		冷卻風機狀態	冷卻風機啟停
5	鍋爐出水10K		制熱水泵狀態	制熱水泵啟停
6	管道送風溫度4-20MA		鍋爐狀態	鍋爐啟停
7	管道回風溫度4-20MA		送風機狀態	送風機啟停
8	管道送風濕度4-20MA		本地/遠控
9	管道回風濕度4-20MA
10	水調節閥回饋4-20MA
11	過濾網壓差開關（常開閉合報警）
12	水流量開關（常閉，開路報警）

5）交流電源控制單元：
三相四線制AC 380V電源供電，并設有漏電保護器控制控制屏總電源。
6）測量儀表
1）電源電壓指示單元：提供1只交流電壓表和1只交流電流表，用于測量系統電網電壓與測量壓縮機、冷卻水泵、冷凍水泵工作電流。制冷系統壓力檢測單元：
2）提供2只0-5V電壓型壓力傳感器和1只雙組壓力控制器，測量范圍分別為-0.1～1.5MPa、-0.1～3.5MPa,可顯示系統壓縮機低壓側和高壓側的壓力變化，對壓縮機起到保護作用
7）該裝置可實現手動控制和計算機控制兩種控制方式：
A手動控制按鈕在控制柜的門上，這些控制按鈕接入到DDC各個相應的輸入變量上，可直接對整個中央空調進行控制；
B計算機控制則采用組態技術建立計算機與模塊之間的穩定通訊，從而控制整個中央空調，并實現對空調運行數據的顯示、分析等各種功能，同時也可通過網絡升級建立遠程計算機與現場計算機的通訊，實現對中央空調的遠程控制
8）系統原理圖：
為了能更好的掌握中央空調的控制和系統原理，控制面板上畫有制冷系統流程圖，并配有對對應的相關器件工作指示燈，開啟或關閉對應的部件時，相應的狀態指示燈亮或關閉
9）控制柜配置表：

編號	名稱	單位	數量
1	配電控制柜，網絡式機柜	套	1	1800700700MM,采用藍色框架結構，白色為搭配色，前后開門，方便實訓操作，前門采用玻璃裝飾，美觀大方
2	三相4P帶漏電開關	只		32A
3	三相保險	臺	1	32A
4	450V電流表，30A電流表	個	1	6L2
5	按鈕	套	7	自鎖不帶燈
6	開關電源:為控制系統提供電源	套	1	Q100.:提供+24V.+5V
7	中間繼電器	套	7	24V
8	交流接觸器	套	11	220V
9	12位接線端子	套	2
10	3位接線端子	只	11
11	本地/遠控動旋鈕開關	只	1	一組常開，一組常閉
12	通信線模塊	只	1	與DDC配套
13	制熱水泵	個	1
14	中央空調控制實訓軟件	套	1
15	實驗操作指導書	套	1
16	10K傳感器	只	3
17	數字量模塊	臺	1	1).電壓+24V 2).AI模擬量輸入輸出點：12個 3).AO模擬量輸出輸出點：5個 4).DI數字量輸入點：8個 5).DO數字量輸入點：8個
18	4-20MA溫度傳感器	個	2
19	4-20M濕度傳感器	個	2
20	壓力變送器，0-5V	只	2
22	可移動式學生終端計算機臺架	套	1	（鋼木結構≥ 材500×550×900 mm）
23	系統流程圖	套	1
24	中央空調初效過濾網	個	1	37034020MM
25	風壓差開關	個	1	3點開關型或者0-10V(100KP)
26	流量開關	個	個	3點開關型或者0-10V/DN15
27	流量調節閥	個	1	4-20MA，時間45S,帶有反饋信號，手動可調開度

10）中央空調實訓考核裝置采用3匹水冷機組：
為整機系統提供冷源，采用一套分水器對冷量進行分配調節，整個中央空調采用PLC作為主控機，由計算機通過通信線與數字控制器進行通信，從而控制整個空調的運行，也可通過網絡實現遠程控制。空調的運行參數由傳感器及變送器進行采集，并通過A/D模塊轉換后送入數字控制器中，再由數字控制器送到計算機中進行實時顯示監控。
11）冷水機配置表

編號	名稱	單位	數量
1	壓縮機（3P）	臺	1	渦旋壓縮機，在同等功率下渦旋壓縮機能提供更大的制冷壓縮比
2	蒸發器，干式3P	只	1	304不銹鋼，內部采用19MM不銹鋼管作為蒸發器，克服了個別地區水的酸堿比重較高，容易損壞蒸發器（銅一般3年就損壞）
3	模擬鍋爐	臺	1	40L
4	儲液器2P	個	1
5	水冷凝器	套	1	304不銹鋼，內部采用19MM不銹鋼管作為蒸發器，克服了個別地區水的酸堿比重較高，容易損壞蒸發器（銅一般3年就損壞）
6	3T冷卻水塔	套	1
7	冷卻風機	個	1	軸流FN吸風式－220/300MM
8	熱力膨脹閥	只	1	丹佛斯進口
9
10	手閥	只	4	包含：，1只加液閥，1個截止閥，2只高低壓傳感器截止閥
11	角閥		2	2只制冷劑回收閥
12	高低壓表	只	2
13	冷卻閥門	個	4	采用黃銅升降閘閥，結構：多圈手輪式
14	冷卻水泵	只	2	一個作為主泵，一個當成備用制冷水泵使用，當主泵損壞時，可啟動備用水泵

12）冷凍水系統和制冷系統：
水系統是中央空調的神經末端系統，為終端用戶提供冷媒水和熱媒水，系統配置2臺冷卻水泵（其中1臺備用）、2臺冷凍水泵，1臺制熱水泵，，采用一套分水器對冷量進行分配調節，整個中央空調采用PLC作為主控機，由計算機通過通信線與PLC進行通信，從而控制整個空調的運行，也可通過網絡實現遠程控制。空調的運行參數由傳感器及變送器進行采集，并通過A/D模塊轉換后送入PLC中，再由PLC送到計算機中進行實時顯示監控。
13）冷水和制熱機配置表：

編號	名稱	單位	數量
1	分水器	套	1	一進4出：采用304不銹鋼制作，設計有排水口，設備停止使用時可排出設備內的水
2	分水器配套閥門	個	5	采用黃銅升降閘閥，結構：多圈手輪式
2	集水器	套	1	一進4出：采用304不銹鋼制作，設計有排水口，設備停止使用時可排出設備內的水
3	集水器配套閥門	個	5	采用黃銅升降閘閥，結構：多圈手輪式
2	不銹鋼補水水箱400300350	套	1	不銹鋼補水水箱400300350
5	制冷水泵	只	2	一個作為主泵，一個當成備用制冷水泵使用，當主泵損壞時，可啟動備用水泵
6	制冷閥門	個	5	采用黃銅升降閘閥，結構：多圈手輪式
7	制冷水泵	只	2	一個作為主泵，一個當成備用制冷水泵使用，當主泵損壞時，可啟動備用水泵
8	制熱閥門	個	2	采用黃銅升降閘閥，結構：多圈手輪式
9	制熱水泵	只	1
10	管路			采用新型鋁塑管結構，：管子為雙層塑料中間采用0.1MM形鋁方式，耐用耐壓，可重復折裝
11	黃銅接頭	只	80	接頭使用6分黃銅接頭，可重復拆裝不損壞。

14）中央空調末端系統：
由一個模擬房間，和一個組合式風柜組成。模擬房間采用30*30工業標準鋁型材和雙面烤漆木板結構，內部裝有和真實空調末端同樣的風機盤管，三級調速，由調整開關用戶自由調。組合式風柜系統由回風口，新空氣混合風口，送風機，中央空調蒸發器，管道，電磁閥組成。
15）中央空調末端系統置表

編號	名稱	單位	數量
1	模擬客房	套	1	2000900800，鋁木結構裝有四個輪子，方便移動，門使用有機玻璃，提高實用性
2	房間風機盤管	套	1	F34 功能：三檔風速度調節
3	風速調整開關			86型
4	回風口	套	1
5	空氣混合風口	套	1	帶有調節功能
6	送風管道	套	1	PVC
7	組合式風柜	套		采用PV板材制作，保溫效果好，不會結露，
8	送風機	個	1	300MM,風量2800/S
9	中央空調專業冷排	個	1	20平方
10	風管風閥	個	1	3點開關型或者0-10V

五）、中央空調考核實驗設備,中央空調實訓考核設備,中央空調實訓考核裝置實訓內容：
1、認識中央空調的結構及設備的實訓；
2、中央空調啟動和停止的實訓；
3、中央空調的運行、調節操作實訓；
4、對DDC控制中央空調的運行工況及各運行參數進行檢測實訓；
5、對可編程控制器DDC進行高級編程及DDC的安裝接線調試進行實訓；
6、配套壓力、溫度傳感器和相應的A/D轉換功能模塊，可對整個中央空調的運行進行采集、實時監控等實訓；
7、組態技術應用實訓：采用組態技術實現對中央空調運行進行動畫顯示，運行數據顯示、實時監控、組態等功能；
8、遠程控制實訓；
9、網絡的安裝及設置實訓；
10、傳感器及變送器安裝和使用實訓。
11、觸摸屏實訓
12、屏和數字通信使用
四、中央空調考核實驗設備,中央空調實訓考核設備,中央空調實訓考核裝置結束語
綜上所述我們能夠看出，隨著我國建筑工程種類的多元化發展，建筑工程不僅提高了工程質量與效率，也對于室內舒適度進行了更高水平的優化。人們享受舒適空間的同時，也希望室內溫度能夠保持在適中溫度上，所以中央空調是建筑物中使用較為廣泛的家用電器。中央空調調溫技術是通過空調系統結構的有效運行，將室內的熱風進行過濾與降溫，將原有的空氣有排風口排出，切實加強送風與排風量，有助于完成室內溫度升降的效果。中央空調已經走入千家萬戶，尤其是商場與企業中，中央空調的適用范圍逐漸廣泛，人們也極為好奇空調系統的制冷過程與原理，并且進一步探究空調能耗。隨著節能減排與低碳環保政策的有效實施，我們必須正確認識如何優化中央空調系統制冷過程，日常使用過程中，合理的掌控空調的運行時間與次數，才能夠確保空調發電機在低線水平運行。

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