節能視角下PLC中央空調系統分析

余圣虎

摘要：隨著現代建筑室內環境要求的不斷提升，中央空調成為了一種必要的機電系統。隨之而來的是建筑能耗的顯著提高。基于上述背景，中央空調系統的節能屬性顯得尤為重要。本文以此為目標，對基于PLC系統的設計與具體應用進行分析，旨在為后續的研究與實現提供必要基礎。

關鍵詞：中央空調；PLC；節能；系統分析

中央空調是現代室內氣溫調節的主要方式，由于其集中式處置方式與分體空調相比具有效果較好、穩定性強等特征。然而，中央空調的大范圍使用也在客觀上增加了建筑的自身能耗，進而產生了大量的額外成本。為了從根本上解決上述問題，提高中央空調的使用效能，利用PLC形成智能化體系達到節能的目的成為了一種可行方式。基于上述背景，本文在系統分析中央空調節能特征的基礎上，對PLC系統的設計與應用進行分析，旨在為后續的建設與應用提供基本遵循。

一、中央空調系統能耗及節能可能

從根本上解決中央空調系統能耗問題則需要我們對空調的能耗特征及其節能可能性加以分析。從能量守恒的角度來看，決定系統能耗的關鍵因素在于需求與轉化率。需求降低則總體能耗降低；轉化率提升則系統能源的應用效率提升，有效能耗占比增加。從上述的兩個基本點出發，我們需要格外注意中央空調在能源小號過程中的如下特征：一是中央空調的壓縮循環動力單元是其能耗的主要來源。這就直接導致了其循環總量與能耗呈現出顯著的正相關關系；二是中央空調在設計的過程中最大負載的10%-20%為設計余量，雖然在部分可調節空調中對該部分進行了一定的控制，但是也無法滿足其節能效果；三是工況運行狀態是能耗的主要節約節點。在在系統能耗計算過程中，往往默認溫差在自流向運動過程中不產生能耗。而循環速率與溫差梯度之間的匹配度成為了控制空調循環系統開關的有效方式。通過此種模式，能夠避免小梯度，高循環的高能耗模式。

除了上述所討論的相關能耗來源與可能的節能位點之外，在具體空調設計過程中循環泵組自身的能耗選擇、制冷劑選擇、管道保溫、自動室內調節等相關系統相關。故而，在復雜的系統功能下更需要利用PLC技術來予以綜合性調節，在系統建設的基礎上達成各個環節的綜合節能調節目的。

二、基于PLC的節能系統分析

水泵變頻節能改造需要用到PLC，因此還可以附帶的增加做一些其他功能，比如整個系統主機和水泵、冷卻塔聯動，短信報警，遠程控制等，讓系統更智能化、自動化。在具體設計與應用過程中需要從如下幾方面入手：

第一，利用PLC控制系統與主機控制聯動，達到智能化或自動化中央空調的制冷主機控制系統一般只能控制本機的開停，無法自動讓水泵提前開啟或滯后關閉，由于PLC控制變頻器只需要模擬量端口及少量I/O端口。剩余的I/O口則可以給控制主機控制信號，也可以接收主機反饋過來的信號，這樣我們就可以實現聯動。通過此種模式來有效的形成系統控制與信息反饋的雙聯動。在實際的設計過程中通過雙通道模式來形成實現，如采用Q0.0的信號端口可以控制主機的開停（連接主機設備提供的外接控制端口，或通過中間繼電器并聯間接發出控制信號。同樣I0.0可以接收主機反饋的信號），如此就可以實現聯動和智能化控制。

另外，根據需求可以增加GPRSDTU模塊，實現故障報警發送至指定手機以及實現手機或PC遠程監視和控制開停機，存檔溫度數據等。

第二，通過PLC控制器實現水泵組的智能控制。通過上文的分析我們可以看出水泵組的循環能耗是解決節能的關鍵。利用PLC系統可以實現對循環冷卻液溫度的監控，根據可供調節的需求溫度設定獲得穩定的溫度差。而在溫度差判斷的基礎上來形成水泵組的開關自我控制，最終達到變頻節能的根本目的。在實際的設計過程中通過采樣器的周期性設定（一般不超過30s）而活動穩定的循環溫度曲線，利用室內控制的權重最值形成闕值指標，以此為控制形成水泵組的開關與輸出電壓，進而達到綜合控制的根本目的。

第三，通過PLC控制器實現水泵組的變頻控制。除了開關控制（流量控制）之外，通過對水泵組的變頻控制（流速控制）也能夠在滿足中央空調對室內氣溫調節要求的基礎上實現有效的節能。其具體設計是通過監控制冷劑的壓縮比來形成更為科學的水泵頻率曲線。而利用曲線的控制形成其與輸出溫度的有效對應。此種對應關系則可以建立在對室內溫度的監控基礎上。通過此種模式能夠有效的增加或者減少恒定溫度下的能源輸送，最終達到合理穩定室內氣溫的根本目的。以夏季制冷為例，如在實際的設計過程中冷卻劑溫度在7～12攝氏度之間。而室內溫度設定在25攝氏度，則可以看出其溫度差在13～18攝氏度的區間范圍內，而該區間范圍則可以穩定在額定頻率輸出的60%左右范圍之內。故而在考慮制冷系統蒸發溫度與蒸發壓力的前提下，最大壓縮比使之在4.5～5.0Bar之間進行波動既可以滿足系統需求。而在PLC引入的條件下，系統除了對冷卻液溫度進行監控之外，還可以對室內的實際溫度進行監控，基于普遍數據與建筑溫度恒定設計則可以相對靈活的調節水泵組的頻率。

除了上述的三點之外，PLC系統還能夠有效的支持后續可能出現的功能拓展，如檢測指標的實時顯示；控制系統的交互界面、自動情節與運行狀態報警等功能。通過上述的建設進一步增加中央空調系統的智能化與自動化。與此同時，還能給形成手動控制與自動控制之間的有效切換，最終實現能耗效益的最大化。

三、總結

中央空調被廣泛的應用于商業建筑內，近年來部分民用住宅也有應用中央空調集中調節的趨勢。通過本文的研究我們發現利用PLC構建空調控制系統能夠有效在其警報、水泵組開關及變頻方面形成有效的控制，進而綜合提高相關系統的節能效果。在未來一定時期內，該系統值得推廣。

參考文獻：

[1]陳武.PLC與變頻器在中央空調系統節能系統的應用[J].科技風，2017，（12）：285-286.

[2]于然.節能視角下的空調暖通系統工程管理與技術分析[J].科技創新與應用，2017，（17）：233.