隨著我國經濟的發展，城市中智能建筑大量增加，這些建筑大都采用中央空調提供舒適的辦公或居住環境。但是中央空調能耗高的問題也在制約著中央空調的發展，因此節能、高效是中央空調系統的重要課題。下面以某寫字樓的中央空調系統的設計為對象，介紹該系統在節能、高效應用方面的設計。

1系統組成

1.1中央空調系統的組成

中央空調系統主要由冷熱源、冷凍水系統、冷卻水系統、冷卻塔和空調末端等組成。與一般中央空調系統不同的地方是該系統的冷源是靠水冷機組提供的，熱源是使用市政蒸汽通過熱板換進行熱量交換增加循環水水溫來實現的。采用兩臺130KW的壓縮式冷水機組提供冷源，用于制冷；采用兩套熱板換進行熱交換增加循環水水溫，用于制熱。這種冷熱源的配置方式達到了較好的節能效果。空調末端采用的是新風空調機組和風機盤管兩種類型，新風機組主要用于保證室內新鮮空氣的質量，控制送風溫濕度；風機盤管通過熱交換為室內提供冷量和熱量。

1.2控制系統的組成

目前，中央空調的控制方法主要有：繼電器控制、可編程邏輯控制（PLC控制）、直接數字控制器（DDC控制），更先進的則是采用建筑設備自動化系統（BAS）對中央空調等建筑設備進行監控和系統集成。繼電器控制系統由于故障率高、系統復雜、功耗高等缺點已逐漸被淘汰。傳統的中央空調控制方法是采用DDC控制方式，將各個溫度、濕度檢測點和控制點連接到多臺DDC上，進行多點監控。但是由于現代智能建筑樓層較多，多組中央空調設備位于不同樓層，溫濕度檢測點分布于各個房間，采用DDC方式進行控制有著線路復雜、施工不便、資源浪費、系統的實時性和可靠性不高等缺點。PLC控制集成度低于DDC，可以自由編寫，價格低，且運行可靠，抗干擾能力強，使用與維護均很方便，這些優點使其得到廣泛的應用。

中央空調系統的現場設備有一臺西門子的S7-200CPU226PLC作為主控制器；兩個EM223數字量輸入輸出模塊，分別為32DI/32DO和8DI/8DO；一個EM2318AI模擬量輸入模塊；一個EM2324AQ模擬量輸出模塊；一個EM321RTD熱電阻輸入模塊，提供兩路模擬量輸入；一個MP277觸摸屏最為上位機。上位機負責對整個系統的運行情況進行監測和控制，對各參數進行實時記錄，并保存入實時數據庫，系統的結構如圖1所示：

圖1中央空調系統結構圖

2系統應用及功能

2.1冷水機組的應用及功能

冷水機組為整個系統提供冷源。冷凍水循環系統通過冷水機組后，將循環水水溫降低。然后通過冷凍水泵、集水器供給空調末端。由于冷水機組的發展已經趨于成熟，本文不介紹其內部工作原理。為了滿足不同冷量的需求，在冷水機組較為成熟的基礎上，對冷水機組的投入數量以及冷量進行精確群控，以達到控制房間溫度恒定，且處于功耗平衡的目的。相對于單冷水機組的中央空調系統，群控擁有更多的冷量冗余和更節能的運行策略，可以滿足建筑群的不同時段對冷量的不同需求。

2.2控制系統的選型特點與功能

控制系統由S7-200系列PLC及HMI設備組成。在選型方面，由于西門子PLC的穩定性較強，而對于中央空調群控來說，無需大量冗余。所以可以選擇西門子S7-200系列PLC來擔當控制部分。由西門子EM231模塊對現場溫度和流量進行采集，以便于運算出當前系統冷量是否充足。通過調節冷凍水泵的轉速來調節冷量的輸送能力。由于中央空調的冷水機組可以通過出水水溫和回水水溫自動調節自身工作負荷。所以此類控制由冷水機組自行處理，不在群控PLC中予以干涉。

當樓群的冷量需求較大時，群控PLC通過壓差信號和流量計算當前所需冷量，是否大于當前冷水機組額定冷量的80%.如果大于，在對冷凍水出水溫度與回水溫度比較是否大于允許的設定數值（如冷凍水出水溫度是否大于7℃，回水溫度是否大于12℃），如果大于該數值，且當前第一組冷水機組已經工作在80%的額定狀態，則進行加機操作，使另外一臺冷水機組投入運行。在系統運行過程中，如果系統計算得出的冷量，小于冷水機組減1的80%額定冷量，且出水水溫和回水水溫都在設定值之下。則可以執行減機操作。在系統中將一臺冷水機組停止。

綜上所述，控制系統的S7-200PLC主要的功能是對系統冷量進行運算，以達到加機運行和減機運行的目的。使用此類控制系統，結合多臺小功率冷水機組，組成的群控系統。使得樓群輸送冷量更容易滿足要求，且能一直保持在所需冷量與消耗冷量持平的方式運行。提高了中央空調的舒適度，也防止了能源浪費。

由于本文所述的系統控制部分均放在樓群的底層（-1層）。所以在選擇監視和控制機構時選擇使用更能適用于當前環境的觸摸屏（MP277-10寸）作為主要設備。此款觸摸屏除擁有基本的控制和監視功能外，還可以滿足系統報表和數據統計的需求，且符合工業標準。

2.3冷凍水循環系統

冷凍水循環系統在整個系統中起到將冷量或者熱量傳輸的功能。使用3臺37KW的變頻調速電機作為動力源。在制冷過程中，冷凍水泵將從冷水機組中流出的冷凍水輸送到樓群末端進行熱交換。在制熱過程中亦是如此。

不同的地方在于，本系統中的3臺冷凍水泵由一臺MM440變頻器驅動。借用恒壓供水中的一臺變頻驅動多臺電機的方法。始終只有一臺泵處于變頻調速狀態，這樣可以有效的減少硬件成本。而對于泵的工頻與變頻切換部分，也由群控PLC來完成。

2.4冷卻水循環系統

在冷水機組工作過程中，冷凍水回水水溫由于已經在空調末端參與了熱量交換。在熱交換過程中，水溫升高。冷水機組在通過熱交換，對冷凍水水溫進行降溫。在降溫過程中產生的熱量，便是由冷卻水循環系統來釋放。冷卻水循環系統將冷水機組熱交換中產生的熱量帶入冷卻塔中。在由冷卻塔進行釋放。本例中冷卻水循環系統由2臺冷卻水循環泵，和2個冷卻塔組成。所有的電機均由冷水機組內部程序單獨控制，在群控系統中不予以干涉。

2.5熱板換制熱部分

本系統采用熱板換內供入市政蒸汽來加熱水溫的方法實現制熱。由冷凍水循環系統來傳導熱量到樓群末端。由于后期國家對供熱蒸汽計量的不斷實施。所以在市政蒸汽供熱端使用流量計和可調節的比例閥來控制。對流量統計且可以調節流量大小。市政蒸汽的調節方式加上冷凍水泵在制熱循環系統中的變頻調節，達到防止能源浪費的目的。而以上的控制部分也是由群控PLC來完成。

在制熱過程中，群控PLC通過回水溫度與出水溫度的差值來判斷泵的投入數量和市政端比例閥開啟的程度。以上控制通過PID來實現。

3系統功能必要性總結

在本系統的實施過程中，基于當前中央空調行業冷水機組的技術不斷趨于成熟為起點，對樓群制冷和制熱方面進行分配和能源管理優化為目的，使用多臺小功率（相對于總制冷功率）冷水機組為系統分散式冷源，然后加以群控為手段，來達到冷量可調節范圍更寬，能量利用效率提高的目的。