【项目背景】

中央空调系统已广泛应用于工业与民用领域，在宾馆、酒店、写字楼、商场、住院部大楼、工业厂房中的中央空调系统，其制冷压缩机组、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、冷却塔风机系统、新风系统等的容量大多是按照建筑物最大制冷、制热负荷选定的，且再留有充足余量。在没有使用具备负载随动调节特性的控制系统中，无论季节、昼夜和用户负荷怎样变化，各电动机都长期固定在工频状态下全速运行，造成了能量的巨大浪费。近年来由于电价的不断上涨，使得中央空调系统运行费用急剧上升，致使它在整个大厦营运成本费用中占据越来越大的比例，加之目前各生产、服务业竞争激烈，多数企业利润空间不够理想。因此电能费用的控制显然已经成为经营管理者所关注的问题。

据统计，中央空调的用电量占各类大厦总用电量的70％以上，其中中央空调水泵的耗电量约占总空调系统耗电量的20％～40％，故节约低负荷时压缩机系统和水系统的消耗的能量，具有很重要的意义。所以，随着负荷变化而自动调节变化的变流量变频空调水系统和自适应智能负荷调节的压缩机系统应运而生，并逐渐显示其巨大的优越性，而且得到越来越广泛的推广与应用。采用变频调速技术不仅能使空调系统发挥更加理想的工作状态，更重要的是通常其节能效果高达30％以上，能带来良好的经济效益。

中央空调系统一般主要由制冷压缩机系统、冷媒（冷冻和冷热）循环水系统、冷却循环水系统、盘管风机系统、冷却塔风机系统等组成。制冷压缩机组通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中，冷冻循环水系统通过冷冻水泵将常温水泵入蒸发器盘管中与冷媒进行间接热交换，这样原来的常温水就变成了低温冷冻水，冷冻水被送到各风机风口的冷却盘管中吸收盘管周围的空气热量，产生的低温空气由盘管风机吹送到各个房间，从而达到降温的目的。冷媒在蒸发器中被充分压缩并伴随热量吸收过程完成后，再被送到冷凝器中去恢复常压状态，以便冷媒在冷凝器中释放热量，其释放的热量正是通过循环冷却水系统的冷却水带走。冷却循环水系统将常温水通过冷却水泵泵入冷凝器热交换盘管后，再将这已变热的冷却水送到冷却塔上，由冷却塔对其进行自然冷却或通过冷却塔风机对其进行喷淋式强迫风冷，与大气之间进行充分热交换，使冷却水变回常温，以便再循环使用。在冬季需要制热时，中央空调系统仅需要通过冷热水泵（在夏季称为冷冻水泵）将常温水泵入蒸汽热交换器的盘管，通过与蒸汽的充分热交换后再将热水送到各楼层的风机盘管中，即可实现向用户提供供暖热风。

图4-37所示是典型的中央空调工作示意和空调风机。

目前的中央空调系统中，变频风机正在被广泛使用，它有如下突出的优点：节能潜力大，控制灵活，可避免冷冻水、冷凝水上顶棚的麻烦等。然而变频风机系统需要精心设计，精心施工，精心调试和精心管理，否则有可能产生诸如新风不足、气流组织不好、房间负压或正压过大、噪声偏大、系统运行不稳定、节能效果不明显等一系列问题。

【项目要求】

图4-38所示为某一建筑物内的空调风机温度控制，其控制要求如下：

图4-37 中央空调工作示意与空调风机

a）中央空调工作示意 b）空调风机

图4-38 空调风机温度控制

1）空调风机为三相380V、2.2kW；

2）采用温度控制，能方便设定温度，并实时反映温度变化；

3）以冬季取暖为例，进行PID控制。

【项目实施】

实施步骤①：中央空调风机的变频节能硬件设计。

如图4-39所示为该恒温变频控制系统，其中变频器选用D700变频器，并采用内置PID运行控制。

图4-39 恒温变频控制系统

针对本项目来说，图4-40所示为硬件设计原理图，它采用电位器Rp进行压力设定，通过热电阻温度传感器经智能仪表XMZ601B作为实际温度反馈。利用变频器内部的PID调节功能，目标信号SV是一个与温度的控制目标相对应的值，反馈信号PV是温度变送反馈回来的信号，该信号是一个反映实际压力的信号。PV和SV两者是相减的，其合成信号（SP-PV）经过PID调节处理后得到频率给定信号MV，决定变频器的输出频率f。同时，这里采用的是冬季取暖的负作用。

实施步骤②：中央空调风机的变频器参数设置和调试。

1.变频器参数设置

该中央空调风机恒温控制系统的变频器参数设置见表4-10，主要包括模拟量通道的设定（如给定量和实际反馈量的信号类型），还有PID作用类型、使能与比例积分微分环节的系数。

图4-40 硬件设计原理图

表4-10 中央空调风机恒温控制系统的变频器参数设置(www.daowen.com)

2.智能仪表参数设置

智能仪表XMZ601B是实现温度反馈的重要环节，必须进行参数设置，具体设置如下。

（1）按键定义

功能键：用于选择窗口页面，不同页面用J1、J2、COM指示灯区别。

位选键：循环选定页面内的数码管，选定的数码管呈闪烁状态。

增加键：改变闪烁位数码管的数值（第一位数码管从0到9、“－”、－1循环，后三位数码管数值从0到9循环）。

（2）操作方法

用键选择窗口页面，用键和键改变页面内数码管数值。

（3）操作步骤

参照使用操作流程图，分为PP89、PP36、PP57三项内容，分别进行操作。

1）置出PP89进入A1页，通过设定输入信号编号及变送输出编号，确定一种符合要求的输入信号和变送输出信号。

2）置出PP36进入A2页，确定输入信号对应的显示范围和变送输出范围。

3）置出PP57进入A4页，用户可以设定零点误差修正值、温度单位、滤波系数，满足现场使用要求。

3.温度设定电位器的选择

图4-41所示为电位器旋钮刻度盘，它与多圈电位器Rp配套使用，尤其适用于需要设定指示的场合。在本项目中，采用温度设定0～40℃非常适合，只要按照刻度盘的旋转就能清楚地知道需要设定的温度值。

图4-41 电位器旋钮刻度盘

答疑

问：在空调风机控制系统中，经常会出现温度达到时变频器在低速运转，有什么办法可以将此时的变频器停下来？

答：休眠功能，就是变频器在低频率运行时，如果其产生的作用对于生产过程已经没有太多作用时，可以暂时停机，一旦生产过程需要变频器运转时，变频器又能马上投入运行。这样的过程类似于“休眠”与“唤醒”，它只是在变频器无级调速的低频段设置了阈值开关，低于阈值开关值的为休眠，高于阈值开关值的为唤醒，因此它不是真正意义上的停机。因为在休眠期间，变频器的输出是关断的，所以休眠功能也能在一定程度上节约电能。

要实现休眠功能，一般通过设置阈值开关即可。为了防止系统在开关附近来回反复切换和频繁启动，阈值开关往往是有一定宽度的，包括零频阈值频率和零频回差。

在D700变频器中，PID运算后的输出频率未满Pr.576（输出中断检测水平的状态）其持续到Pr.575（输出中断检测时间）所设定的时间以上时，中断变频器的运行。PID输出中断功能动作中，偏差（即目标值－测量值）到达PID输出断路解除水平（Pr.577设定值－1000％）后，解除PID输出中断功能，自动重新开始PID控制运行。