霍尼韦尔DDC毕业设计-河职院报告厅中央空调节能改造 本文关键词：毕业设计，中央空调，节能，改造，职院
霍尼韦尔DDC毕业设计-河职院报告厅中央空调节能改造 本文简介：设计（论文）题目河职院报告厅中央空调节能改造学院：电子与信息工程学院学生姓名：不再是好学生专业班级：楼宇智能化工程技术一班学号：指导教师：蔡老师*年*月*日目录一.工程概述11.1报告厅中央空调系统图11.2工程平面图11.3风机分布图21.4报告厅中央空调节能改造目标3二.设计依据3三.系统设计3
霍尼韦尔DDC毕业设计-河职院报告厅中央空调节能改造 本文内容：
设计（论文）题目
河职院报告厅中央空调节能改造
学
院：
电子与信息工程学院
学生姓名：
不再是好学生
专业班级：
楼宇智能化工程技术一班
学
号：
指导教师：
蔡老师*年*月*日
目录
一.工程概述1
1.1报告厅中央空调系统图1
1.2工程平面图1
1.3风机分布图2
1.4报告厅中央空调节能改造目标3
二.设计依据3
三.
系统设计3
3.1系统拓扑图4
3.2制冷系统4
3.2.1报告厅中央空调设备4
3.2.2制冷系统监控系统点统计5
3.2.3制冷系统工作原理5
3.2.4制冷系统监控内容6
3.2.5
CARE软件编程7
3.3水泵的变频控制10
3.3.1水泵采用变频控制的优势10
3.3.2水泵变频监控点点数表10
3.3.3基于DDC的变频控制11
3.3.4变频控制回路方案11
3.3.5
CARE软件编程12
四.设备选型16
4.1直接数字控制系统DDC17
4.2温度传感器17
4.3湿度传感器18
4.4压差传感器19
4.5风阀执行器19
4.6水阀执行器20
4.7变频器21
五.设备清单及报价21
六．施工进度表22
七.总结22
八.参考文献23
1
一.工程概述
河源职业技术学院报告厅属于河源职业技术学院图书馆第三期工程；建筑面积为600平方米，整体建筑为三层；楼高12米；中央空调机房设置在三楼处，冷却塔则设置在楼顶处。河源职业技术学院报告厅的中央空调系统采用传统的水冷定流量控制方式，报告厅设有18个送风口和回风口。调节室内的温度主要通过温度控制器调节温度大小。
而目前报告厅中央空调目前存在的问题主要是能耗大、管理不方便以及自动化程度不高等。因此，迫切需要节能改造。主要针对水泵变频、制冷机组自动启停的进行改造；实现节能目标。
1.1报告厅中央空调系统图
图1-2-1
报告厅中央空调平面图
报告厅中央空调制冷机组、水泵等主要部件设置在报告厅三楼制冷室房间内，而出风口及回风口主要设置在学术报告厅演播厅内，冷却塔安置在报告厅楼顶；供水主要采取市内供水，中央控制室也设置在三楼房间内。
1.2工程平面图
图1-3-1报告厅平面图
报告厅建筑面积约600平方米，主要用途是学术表演及文化交流；厅内设有表演台、观众席、化妆间、安全出入口等。报告厅主要出入口设置两个，分别是前后进出口。报告厅安全疏散出口主要设置四个，分别位于四个角落处。
1.3风机分布图
图1-4-1报告厅风机分布图
报告厅内设计风机共有18个回风口、18个送风口。每个送风口附近均有一个回风口；这样足以保证厅内空气质量、湿度等都可以满足健康生活标准。厅内还设有18个温度控制器，可以根据观众个人感觉调整出风温度。
1.4报告厅中央空调节能改造目标
据统计，目前我国建筑能耗已占全国总能耗的1／3左右。而中央空调系统的能耗又几乎占了建筑能耗的50％以上，并且还有继续上升的趋势。
河源职业技术学院报告厅是河源职业技术学院校园文化以及学生才艺表演、展现之地，人员密集、流动大，对环境的要求也是要求相当高的；尤其是环境的湿度、温度和空气质量。而节能是一项基本国策，也是河源职业技术学院达成省内高校先进校园的重量考核标准。因此，针对于报告厅能耗排行进行分析与讨论，特此进行节能改造；实现对制冷系统启停监控、水泵的变频控制。
因此，为达成报告厅中央空调系统监控以及自动化的目标，采用了DDC数字控制器、CARE软件与微机相结合的自动控制系统；报告厅工作人员可以在报告厅灯光控制室内进行观察记录、启停以及检查中央空调机组各部件的运行状态。
二.设计依据
《智能建筑设计标准》（DBJ-08-47-95）。
《采暖通风与空气调节设计手册》(GB19-87)。
《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002。
《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）。
《制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范》（GB50274）。
3.
系统设计
3.1系统拓扑图
报告厅中央空调节能改造主要通过1条C-BUS总线将直接数字控制器Excel50与中央控制室计算机相连，Excel50通过LON-BUS线完成对制冷系统启停、各类传感器、执行器以及水泵变频改造监控。具体系统结构如图所示：
图3-1-1系统拓扑图
3.2制冷系统
3.2.1报告厅中央空调设备
报告厅中央空调系统设备组成主要有螺杆式冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔等部件，具体如图:
序号
设备名称
数量
说明
1
螺杆式冷水机组
1
位于报告厅三楼
2
冷却水泵
1
位于报告厅三楼
3
冷冻水泵
1
位于报告厅三楼
4
冷却塔
1
位于报告厅三楼
5
风机盘管
18
位于报告厅表演厅内
图3-2-1报告厅中央空调设备统计表
3.2.2制冷系统监控系统点统计
河源职业技术学院学术报告厅中央空调制冷系统监控点统计
设备名称
冷水机组
冷冻水泵
冷却水泵
冷却塔
膨胀水箱
冷冻水压差旁通
冷冻水总供水管
冷冻水总回水管
冷却水总供水管
冷却水总回水管
总计
DI
故障报警
1
1
1
1
4
液位高低
1
1
蝶阀状态
2
1
1
4
水流开关
1
1
AI
水油温度
1
1
1
1
4
流量
1
1
1
1
4
压力
1
1
DO
蝶阀开关
2
1
1
1
5
开关控制
2
1
1
1
5
AO
冷热水阀控制
1
1
图3-2-2报告厅中央空调制冷系统监控点统计
综合上图可以得出，河源职业技术学院学术报告厅中央空调制冷系统监控共计使用DI点10个，DO点10个，AI点9个，AO点1个。
3.2.3制冷系统工作原理
冷水机组有冷凝器、压缩机、蒸发器、膨胀阀等部件组成。压缩机将制冷剂压缩后送入冷凝器中，制冷剂被冷却水冷却后变成液体；而释放的热量被冷却水带走，在冷却塔中由冷却风机将热量散发出去。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器；在蒸发器吸收热使制冷剂变为气态,提供冷源送风机盘管；风机盘管将冷源送入报告厅内，使室内室温降低，达到设定标准。
图3-2-3制冷工作原理图
3.2.4制冷系统监控内容
制冷系统监控主要内容包括冷水机组、冷却水系统和冷冻水系统的监控；以确保冷冻机有足够的冷却水通过；冷却塔风机、水泵安全正常的运行；并根据实际负荷调整冷却水系统运行工作，以保证足够的冷冻水流量；并且按照相应设置的启停顺序进行启停。
（1）
自动启停时间顺序应设置为：对应冷却水、冷冻水管路上的阀门立即开启→冷却塔风机、冷却水泵、冷冻水泵的启动延迟2-3min执行→制冷主机延时启动3-4min执行。
（2）
冷冻水供/回水温监测：供水总管上的温度传感器TE-201经监测冷冻水供水温度后；将检测信号送入DDC(AI)中；回水总管上的温度传感器TE-102检测冷冻水回水温度，检测信号也送入DDC（AI)中。
（3）
冷冻水供水水流量控制：通过供水总管上的流量阀门FV-104控制供水水流量，送入DDC（DI、DO)中。
（4）
压差旁通控制：由压差传感器PdT-101检测冷水供、回水管之间的压差，送入DDC(AI)端口,与预先设定的压差值比较后，直接送入数字控制器送出相应信号（AO)；调节位于供、回水总管之间的旁通阀开度，实现进水与回水之间的旁通；以保持供、回水压差的恒定。
（5）
水流检测、水泵控制:冷却水泵、冷冻水泵启动后，通过水流开关FS控制水流大小，其信号送入DDC（DO）中，根据水流状态由直接数字控制器发出信号，通过电动阀调节水流；则（DI)反馈其状态。
（6）
冷却水温度监测：利用温度传感器TE-202检测冷却塔出水温度；检测信号送入DDC(AI)。
（7）
水箱补水控制：通过液位传感器LT-101检测水箱水位，直接数字控制器根据水位信号，控制进水电磁阀LV-101的开、闭。
（8）
工作状态、报警显示与打印：包括工作参数、设备状态及报警显示、各部件状态及故障显示等信息分别送入直接控制器中，并与监控中心进行信息交流。
图3-2-4制冷系统监控原理
3.2.5
CARE软件编程
主要对中央空调制冷系统启停进行DDC端子配置，其中DI监控部件是冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔、制冷主机的运行状态、故障，AO主要监控部件是冷却水阀、冷冻水阀等；DO端口负责机组开关量，如：水泵、冷却塔、制冷主机启动等。AI端口负责监控冷冻水管网、冷却水管网的压力、流量及压差进行监控。
图3-2-5制冷系统CARE属性图
通过监控原理图进行DDC模拟软件绘制制冷系统工作原理；通过预先设置DDC各个端点等属性进行编制启停等条件，为CARE软件模拟启停及监控提供基础。
图3-2-6制冷系统CARE软件plant图
学术报告厅是学校社团文化、学生表演及学校文化的场所，而报告厅使用时间基本上是晚上19:00分至晚上21:30分。因此按照学术报告厅演播时间进行编写周时间程序，设定中央空调机组晚上18:30分开始启动工作，到晚上22:00分停止。如图：
图3-2-7制冷系统CARE软件时间程序图
中央空调机组启动顺序：当晚上时间18:30分时，中央控制室通过开启程序启动，冷却水阀、冷冻水阀立即开启，待时间至18:33分时，冷却塔风机、冷却水泵、冷冻水泵相应启动；时间至18:34分时，制冷主机自动开启；整个中央空调机组启动完成。
图3-2-8制冷系统启停监控效果图
中央空调机组停止顺序：通过预先设定好的停止时间控制程序进行仿真模拟；当晚上时间22:00分时，制冷主机自动停止；待时间至22:03分时，冷却塔风机、冷却水泵、冷冻水泵相应停止运行；时间至22:04分时，冷却水阀、冷冻水阀逐渐关闭，因此整个中央空调机组停止完成。
图3-2-9制冷系统启停监控效果图
通过运用DDC数字控制器与CARE软件对制冷系统启停的监控，大大的改善了报告厅中央空调机组启停的人力投入和管理。也使河源职业技术学院报告厅自动化进一步提升；使学校学术表演以及文化交流奠定良好的表演地域硬件条件。
3.3水泵的变频控制
3.3.1水泵采用变频控制的优势
A、
调节效率高，可以实现从0～50
Hz范围内的无级调速。节能效果显著。
B、
变频器提供了丰富的输入输出信号端子；利用这些端子，可方便地实现电机的启停、调速，再加上速度检测回路，形成闭环控制，很容易实现自动化控制。变频器在调速范围内、加减速性能、速度、精度等方面优势和其增速特征，可使节能效率显著提高。
C、
能同时实现软启动和软停止。
D、
易进行设备改造。改造设备时，不涉及电动机及所驱动的风机、泵本身，停机改造时间短。
E、
安装地点灵活。不限于电动机轴端或靠近处；方便处理。
3.3.2水泵变频监控点点数表
在制冷系统启动好相关部件后，进行冷却水泵、冷冻水泵变频改造，下图是变频监控点数统计表：
河源职业技术学院学术报告厅中央空调水泵变频监控点数表
设备名称
冷冻水泵变频器
冷却水泵变频器
冷冻水回水温度传感器
冷却水供水温度传感器
冷却水回水温度传感器
总计
AI
温度
1
1
1
3
AO
阀门
DI
故障报警
1
1
2
DO
开关控制
1
1
2
图3-3-1水泵变频点数统计表
由点数统计表中可以得出，水泵变频控制使用了DDCAI点数3个，主要是监控温度传感器，DI2个，主要负责反馈水泵工作状态；DO2个，实现开关控制。
3.3.3基于DDC的变频控制
水泵变频主要通过DDC数字系统、温度传感器、变频器来进行控制，温度传感器将检测到的信号经过变送器转变为标准的电信号。如；DC0-10V或DC0-20mA的标准电信号进入到DDC模拟量输入口（AI)，经过内部的A/D转换器变成数字量，再由DDC计算机从事先编制好的用户程序进行分析处理。达到进一步节能。
3.3.4变频控制回路方案
考虑到河源职业技术学院学术报告厅的使用用途及节能改造目标，因此选择变频器带软启动旁路方式，该方案适用于负载对可靠性运行要求较高；且负载功率较大，旁路软启动的场所，变频器出现故障，则可以手动切换到旁路；通过软启动器启动运行。同时可以检修变频器。
注意事项：A、变频器主路出口设置有1只接触器，同时与旁路出口接触器进行机械电气连锁，其作用是防止在旁路工作时，电源接通到变频器的出口，不能安全检修变频器，同时也可能损坏变频器。
B、变频器主路和旁通各设一只主断路器，同时两者之间进行电气连锁，防止主路和旁通同时投入工作。
图3-3-2变频控制回路方案
3.3.5
CARE软件编程
（1）.通过DDC变频进行CARE软件编程，主要对中央空调变频改造部件进行编写。其中AO代表部件是冷却水泵变频器、冷冻水泵变频器，AI代表部件是冷冻水回水温度、冷却水回水温度及冷却水供水温度。如图：
图3-5-1变频原理图
（2）.通过变频原理图进行DDC模拟软件绘制水泵变频工作原理；通过设置DDC各个端点进行编制变频部件的属性，为CARE软件模拟变频提供基础。如图：
图3-5-2变频属性图
（3）.通过控制策略主要是对冷冻水泵跟冷冻回水温度形成PID控制。根据回水温度改变冷冻水泵的运转频率。当中央空调机组刚开启时，冷冻水泵全负荷运转；即50Hz；冷冻水回水温度为12℃。当中央空调制冷到一定程度时，比如冷冻水回水温度为11℃时，冷冻水泵运转频率则为40Hz。如图：
图3-5-3冷冻水泵变频控制策略
冷却水泵跟冷却水供水温度、冷冻水供水温度也形成PID控制，通过会回水温度和供水温度形成温差；当温差大小等于5℃时，冷却水泵全负荷运行，即以50Hz的频率运转。比如当回水温度、供水温度分别是26℃、21℃时；冷却水泵频率为50HZ，当回水温度、供水温度分别是25℃、21℃时，冷却水泵运转频率为40Hz。
图3-5-4冷却水泵变频控制策略
（4）.当属性、原理图及控制策略准备完毕后，进行软件仿真模拟，通过预先设定好的条件，进行冷冻水泵变频。当晚上18:30分时，冷冻水回水温度是12℃时，水泵变频器开启时的频率50Hz,进行运转。
图3-5-5冷冻变频仿真效果图
当运行一段时间之后，比如晚上19:00左右，冷冻水回水温度是11℃时，水泵运行频率为40Hz。如图：
图3-5-6变频仿真效果图
冷却水泵运转频率跟冷却回水温度、冷却供水温度之间的温差形成变频条件，当晚上18:30分时，冷却水回水温度、供水温度分别是37℃、32℃时，冷却水泵变频器开启时的频率50Hz,进行运转。如图：
图3-5-7冷却水泵变频仿真效果图
当晚上19:00分左右，冷却水回水温度、供水温度分别是36℃、32℃时，冷却水泵变频器开启时的频率40Hz,进行运转。如图：
图3-5-8冷却水泵变频仿真效果图
通过回水温度、供水温度与水泵运转频率形成PID控制策略，不仅方便管理人员管理与调控，也延迟了水泵工作寿命，而且还进一步节省了能耗；达到预期设计的节能改造目标。
四.设备选型
4.1直接数字控制系统DDC
根据河源职业技术学院中央空调制冷系统点数统计表和水泵、风机变频点数统计表可以得出，共计使用DDCAI点数12个，DI点数12个，AO点数1个，DO点数12个。因此选用霍尼韦尔3台Excel50设备。
（1）Excel50有8个模拟输入、4个模拟输出、4个数字输入及6个数字输出。
（2）所有的输入和输出都有高达24VAC和35VAC的过电压保护，数字输出有短路保护。
（3）采用不同的方式进行通讯，比如通过XI584、服务软件或C-Bus均可进行程序下载。
（4）拥有两种使用模块，XD50-FCS和XD50-FCL。
4.2温度传感器
选用霍尼韦尔系列AF20的温度传感器，其主要特性如下：
（1）.温度元件NTC20K。
（2）.工作温度-30
~
+60℃。
（3）.盒体材料塑料(PC-ABS)。
（4）.电气连接AF20：接线端子规格2
x
1.5
mm2。
（5）.防护等级IP30。
4.3湿度传感器
选用霍尼韦尔HIH4000系列的温度传感器，其主要特性如下:
（1）.精
度：
±3.5%RH（0~100%RH非凝结）。
（2）.温度范围：
–40℃~85℃。
（3）.热固性聚合物电容传感器，带集成信号处理电路。
（4）.5VDC恒压供电，0.8-3.9VDC
放大线形电压输出。
（5）.快速响应
15秒慢流动的空气中稳定性好,低温飘,抗化学腐蚀性强。
4.4压差传感器
选用霍尼韦尔系列的P7620C0040A压差传感器，其主要特性如下：
（1）.精度
≤
±0.5%
（2）.介质温度范围
-25
~+85℃。
（3）.储藏温度范围
-25
~
+100℃。
（4）.电压输出信号（
电压，三线）
0
~
10V。
（5)
.电源
15
~
32Vdc（通常24Vdc）。
（6）.电源输出信号（电流，双线）
4
~
20mA。
4.5风阀执行器
选用霍尼韦尔系列的CS8120A1007压差传感器，其主要特性如下：
（1）.电气连接：接线端子的允许电缆规格为0.344~2.0mm2(22~14AWG)。
（2）.电源电压：AC230V-15%/+20%，50/60Hz
。
（3）.旋转角度：最大95°±3°，旋转行程机械可调。
（4）.手动调节：按下手动离合按钮后，可手动调整风门位置。
（5）.运行温度：-20~+60℃（-5~+140℉）。
4.6水阀执行器
选用霍尼韦尔系列的V5013P1002
ML74208008-E配套DN32二通压差传感器，其主要特性如下：
（1）.供电电压：24Vac±15%，50/60Hz。
（2）.功率消耗：14VA。
（3）.额定推力：1800N。
（4）.工作环境温度：-10至50℃。
4.7变频器
根据冷冻水泵、冷却水泵的额定电压选择220V的低压变频器。选用三菱FR-D740-3.7K-CHT紧凑型通用变频器，其主要参数如下：
（1）.功率范围：0.4~7.5KW。
（2）.通用磁通矢量控制，1Hz时150%转矩输出。
（3）.采用长寿命元器件。
（4）.内置Modbus-RTU协议。
（5）.扩充PID，三角波功能。
（6）.带安全停止功能。
五.设备清单及报价
编号
设备名称
品牌型号
单位
数量
单价（元）
金额（元）
备注
1
DDC控制器
霍尼韦尔Excel50
个
3
12000
36000
2
温度传感器
霍尼韦尔AF20
个
4
305
1220
3
湿度传感器
霍尼韦尔HIH4000
个
4
69
276
4
风阀执行器
霍尼韦尔CS8120A1007
个
1
1283
1283
5
水阀执行器
霍尼韦尔V5013P1002
个
2
1876
3752
6
压差传感器
霍尼韦尔P7620C0040A
个
3
2508
7542
7
变频器
三菱FRD7403.7KCHT
个
2
4000
8000
8
计算机
戴尔赛扬
台
1
2799
2799
9
超五类双绞线
山泽
米
100
2
200
10
水晶头
山泽
个
6
0.5
3
11
继电器
霍尼韦尔
GR-4C
个
7
18
126
12
施工费
7000
13
总计
68831
六．施工进度表
施工项目
2015年1月
3
4
5
6
7
签订合同
材料准备
线槽敷设
配线施工
安装设备
调试设备
交工验收
注：本次施工项目施工人员两名。
七.总结
本次课程设计，主要从河源职业技术学院学术报告厅中央空调系统能耗以及长久发展要求，进行节能改造。该课程从制冷系统监控以及水泵、风机变频控制进行节能改造；使用霍尼韦尔设备，如：压差传感器、DDC控制器、风阀执行器、湿度传感器、水阀执行器等，配合使用霍尼韦尔CARE软件进行自动化监控与启停控制。因此，大大的节省了河源职业技术学院学术报告厅的能耗；也是报告厅自动化进一步提升。
在进行CARE软件编程时，遇到种种问题，比如：原理图绘制出现部件选型错误、属性更改不正确以及仿真模拟存在较大错误；致使毕业设计面各种各样的问题导致无法进行下一步撰写。在进行设备改造方面，由蔡志敏老师带领进行实地考察与设备选型。在蔡志敏老师的指导下，一步步解决相关问题，致使毕业设计能够如期完成。
再次万分感谢蔡志敏指导老师的帮助以及鼓舞。
八.参考文献
余跃进《中央空调系统设计》。
姚卫丰《楼宇设备监控及组态》。
孙建君《制冷与空调装备自动控制技术》。
张建一、李莉《制冷空调装置节能原理与技术》。
王晓丽《智能建筑的制冷系统的计算机监控》会议论文
2001。
王慧杰
《DDC与DCS集散型控制系统
》期刊论文
2002。
郭风雷《风机、水泵变频控制的设计和研究》期刊论文
2007。
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