基于组态王的蒸发冷却单室变风量空调监控系统设计

　　蒸发冷却是一种环保、经济、高效的冷却方式。它成本低,能够大幅度降低用电量,可广泛应用于居住建筑和公共建筑[1]。变风量(variable airvolume,VAV)空调系统是一种通过改变送风量而不是送风温度来调节和控制某一区域温度的空调系统。笔者以西门子PLCS7-200为平台,结合组态王设计人机界面,完成对蒸发冷却空调机组的自动控制、监测和故障保护,以实现蒸发冷却空调机组的全面智能化节能控制,达到显著降低能耗的目的。

　　1 系统总体设计

　　《公共建筑节能设计标准》(GB50189)2005)5.3.4规定:下列全空气型空气调节系统宜采用变风量空气调节系统:

　　1)在同一个空气调节风系统中,各空调区的冷热负荷差异及变化大、低负荷运行时间较长,且需要分别控制各空调区温度。

　　2)建筑内区全年需要送冷风。

　　单室变风量空调系统是由一组空气处理机为一单室大空间建筑物供风,宴会厅、大会议室、展览厅等可采用风机变频调速,改变风机转速,从而改变送风量,以满足大空间建筑物的负荷要求[2]。

　　送入房间的风量可按式(1)确定:

　　式中:G为送风量(m3/h);Q为空调房间室内负荷(W);hn为室内空气状态点的焓值(kJ/kg);hw为送风状态点的焓值(kJ/kg)。由于hn和hw已经确定,当室内Q变化时,通过调节系统送风量G保持室内温湿度恒定。

　　图1所示为蒸发冷却单室变风量空调系统控制原理图。控制系统采集室外温湿度,通过PLC计算,分为不同的控制工况(夏季控制工况、舒适季节控制工况、冬季控制工况),对蒸发冷却单室变风量空调系统进行控制。

　　1)夏季开启直接段和间接段。将TE3采集到的信号(送风温度)送至PLC,PLC输出与偏差信号成PID关系的模拟量电信号(4~20mA),通过变频器控制间接段风机转速,实现送风温度恒定[3]。其次,将TE1采集到的信号(回风温度,即被控房间的平均温度)送至PLC,PLC输出与偏差信号成PID关系的模拟量电信号(4~20mA),通过变频器改变送风机的送风量,用以补偿室内负荷的变化,保持室内温度恒定[4]。西北干旱地区夏季空气处理过程的h-d图如图2所示。图2中,WX为夏季室外设计状态点;Wc为经过间接段处理状态点;OX为送风状态点;NX为夏季室内设计状态点。

　　2)冬季开启直接段和加热段。将TE3采集到的信号(送风温度)送至PLC,以此信号控制加热阀门的开启程度,实现送风温度恒定。用回风温度值控制变频器频率改变送风机的送风量,保证室内温度恒定。西北干旱地区冬季空气处理过程h-d图如图3所示。图3中,Wd为冬季室外设计状态点;Wc为经过预热段处理状态点;Od为送风状态点;Ocd为经过直接段处理的状态点;Cd为室内外混合状态点;Nd为冬季室内设计状态点。