建筑設備控制系統(tǒng) 第篇 冷熱源設備監(jiān)控系統(tǒng)

建筑設備控制系統(tǒng)第篇冷熱源設備監(jiān)控系統(tǒng)第1頁/共217頁蒸汽壓縮式制冷循，根據(jù)實際應用有單級、多級、復疊式等循環(huán)之分。在本章只介紹單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)，以及在樓宇智能化中經(jīng)常碰到的幾種制冷循環(huán)形式。第2頁/共217頁為了分析和討論，在本章第—節(jié)中先敘述逆卡諾循環(huán)—理想制冷循環(huán)。當然，逆卡諾循環(huán)的討論和比較同樣適用于其它形式的制冷循環(huán)。第3頁/共217頁一、逆向循環(huán)

在熱力學中，制冷循環(huán)、熱泵循環(huán)和熱化循環(huán)都稱為逆向循環(huán)。這是由于制冷循環(huán)、熱泵循環(huán)和熱化循環(huán)都是依靠外界能量的補償而使熱量從低溫熱源傳向高溫熱源，在狀態(tài)圖中循環(huán)的路線都是按照逆時針方向表述的結果。第4頁/共217頁在熱力學中，以制冷系數(shù)(ε或COP)來定義制冷循環(huán)的經(jīng)濟性；以供暖系數(shù)(εh或COPh)來定義熱泵循環(huán)的經(jīng)濟性。所謂制冷系數(shù)，就是完成制冷循環(huán)時從被冷卻系統(tǒng)中取出的熱量(制冷量)Q0，與完成循環(huán)所消耗的能(機械功Wnet或工作熱能Q)之比值，亦稱為性能系數(shù)(CofficientOfPerformance)。第5頁/共217頁即：ε=Q0/WNET=Q0/QK-Q0(2-2-1)或ε=Q0/Q=Q0/QK-Q0(2-2-2)式中：

ε—制冷系數(shù)；Q?！獜谋焕鋮s系統(tǒng)中取出的熱量，即制冷量，W或kW；Qk—向高溫熱源放出的熱量，W或kW；Wnet—完成循環(huán)所消耗的凈功，W或kW；Q—完成循環(huán)所消耗的工作熱能，W或kW。第6頁/共217頁制冷系數(shù)ε是衡量制冷循環(huán)經(jīng)濟性的指標，制冷循環(huán)中所消牦的機械功或工作熱能越少，從低溫熱源中吸取的熱量越多，則制冷系數(shù)ε值就越大，循環(huán)效率就越高。原則上ε值可大于1，小于1或等于1。但在通常的普冷工作條件，ε值總是大于1。所謂供暖系數(shù)，是指熱泵循環(huán)中向高溫熱源（被加熱系統(tǒng)）放出的熱量Qk與完成循環(huán)所消耗的能(機械功Wnet,或工作熱能Q)的比值。第7頁/共217頁即：εh=Qk/Wnet=Qk/(Qk-Q。)

（2-2-3）或εh=Qk/Q=Qk/(Qk-Q。)

（2-2-4）式中：εh—供暖系數(shù)；Qk—向高溫熱源(被加熱系統(tǒng))放出的熱量，W或kW；Q?！獜牡蜏責嵩慈〕龅臒崃?，W或kW；Wnet—完成循環(huán)所消耗的凈功，W或kW；Q—完成循環(huán)所消耗的工作熱能，W或KW。第8頁/共217頁同理，供暖系數(shù)εh表征了熱泵循環(huán)的經(jīng)濟性。熱泵循環(huán)消耗的機械功或工作熱能越少，向高溫熱源供熱越多，則供暖系數(shù)εh值越大，循環(huán)效率越高，并且εh值總是大于1的。

第9頁/共217頁下面除了特殊說明外，我們只討論制冷循環(huán)。

根據(jù)循環(huán)的可逆性，熱力學中將循環(huán)分為可逆循環(huán)和不可逆循環(huán)。在整個循環(huán)中，若系統(tǒng)與外界間或系統(tǒng)內(nèi)部都不存在不可逆損失，則這個循環(huán)就是可逆的。若系統(tǒng)與外界及組成循環(huán)的各個過程中，包含有不可逆過程或不可逆因素，則這個循環(huán)就是不可逆的。第10頁/共217頁在制冷循環(huán)中，各種形式的不可逆因素可分為兩大類:制冷劑在循環(huán)中因摩擦、擾動、內(nèi)部不平衡及不可逆壓縮、節(jié)流等而引起的損失，屬于循環(huán)的內(nèi)部不可逆；蒸發(fā)器、冷凝器等換熱設備及管路等有溫差時的傳熱損失等，屬于循環(huán)的外部不可逆。在恒溫熱源和冷源間工作的理想制冷循環(huán)，即逆卡諾循環(huán)(ReverseCarnotCycle或CarnotRefrigerationCycle)屬于可逆循環(huán)；在變溫熱源和變溫冷源間工作的理想制冷循環(huán)，即勞倫茲循環(huán)(LawrenceCycle)也屬于可逆循環(huán)；理論制冷循環(huán)和實際制冷循環(huán)屬于不可逆循環(huán)。第11頁/共217頁二、逆向卡諾循環(huán)

逆卡諾循環(huán)是由互相交替的兩個可逆絕熱過程和兩個可逆等溫過程所組成的在一個恒定高溫熱源和一個恒定低溫熱源間工作的逆向循環(huán)。并且制冷劑與高溫熱源、低溫熱源間的傳熱溫差為無限小，即TK＝TH，T。＝TL。這里TK為制冷劑向高溫熱源等溫放熱時的溫度；T。為制冷劑從低溫熱源等溫吸熱時的溫度；TH為高溫熱源溫度；TL為低溫熱源溫度。第12頁/共217頁所以逆向卡諾循環(huán)是可逆循環(huán)，亦稱理想制冷循環(huán)(或理想熱泵循環(huán))。氣相區(qū)逆卡諾循環(huán)如圖2-2-1所示。圖2-2-1氣相區(qū)逆卡諾循環(huán)

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在逆向卡諾循環(huán)1—2—3—4—1中，l一2過程是等熵壓縮過程；在該過程中，系統(tǒng)消耗壓縮功Wcop，工質(zhì)溫度由TL升高到TH；2—3過程為可逆等溫放熱過程，工質(zhì)向溫度為TH的高溫熱源放出熱量Qk；3-4過程為等熵膨脹過程，系統(tǒng)向外作膨脹功Wex，同時工質(zhì)溫度由TH降低到TL，4-1過程為可逆等溫吸熱過程，工質(zhì)從溫度為TL的低溫熱源吸熱Qo；從而完成了一個逆向循環(huán)。在這循環(huán)中，系統(tǒng)從低溫熱源吸取熱量Q。時必須消耗循環(huán)凈功：Wnet=Wcop-Wex。(絕對值之差)，并向高溫熱源放熱Qk(絕對值)。第14頁/共217頁根據(jù)熱力學第一定律，有：Qk=Q。+Wnet；(2-2-5)由T-S圖得到逆卡諾循環(huán)吸熱量Q0：Q。=TL(Sa—Sb)＝面積(1-4-3-2-1)(2-2-6)式中：Sa-狀態(tài)1、2的熵；

Sb-狀態(tài)3、4的熵。第15頁/共217頁循環(huán)放熱量Qk：Qk=TH(Sa-Sb)=面積(2-3-4-1-2)(2-2-7)循環(huán)凈功Wnet：Wnet=(TH-TL)(Sa-Sb)面積(1-2-3-4-1)(2-2-8)即：Wnet=Qk—Qo第16頁/共217頁逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)εc：

εc=Q0/(Qk-Q0)=Q0/Wnet=TL(Sa-Sb)/(TH-TL)/(Sb-Sa)=TL/(TH-TL)（2-2-9）同時，對于逆向卡諾循環(huán)有關系式：Qk/Q。=TH/TL（2-2-10a）或

Qk/TH=Q。/TL（2-2-10b）第17頁/共217頁2.2.1.2單級蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)基本組成在熱力學中，熱力循環(huán)理論告訴我們由壓縮、放熱、節(jié)流、吸熱四個過程組成的熱力循環(huán)可以實現(xiàn)制冷制熱的目的，且理想的循環(huán)為由等熵壓縮、等溫吸熱、等溫放熱與等熵節(jié)流組成的循環(huán)且經(jīng)濟性能最好。其熱力狀態(tài)圖如圖2-2-3。人們參照熱力學描述的理想循環(huán)和實際制冷循環(huán)提出了理論制冷循環(huán)的理想模型，即單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)。第18頁/共217頁一、單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)的組成

所謂單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)(以下簡稱單級理論制冷循環(huán))是以循環(huán)的四大部件為主體，并按理論制冷循環(huán)的假設條件所進行的熱力循環(huán)，亦稱為基本循環(huán)。圖2-2-2表示了單級理論制冷循環(huán)的原理圖。第19頁/共217頁

在單級理論制冷循環(huán)中的四大部件(即四類熱力設備)是指：圖2-2-2單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)原理圖第20頁/共217頁（1）制冷壓縮機

制冷壓縮機是在制冷循環(huán)中消耗外界機械功而壓縮并輸送制冷劑的熱力設備。單級蒸汽壓縮機吸取來自蒸發(fā)器的制冷劑蒸汽，經(jīng)過一級壓縮使制冷劑蒸汽壓力從蒸發(fā)壓力pO升壓至冷凝壓力pK，并輸送到冷凝器。常用的制冷壓縮機有活塞式、螺桿式、離心式、滾動轉子式和滑片式等種類。第21頁/共217頁（2）冷凝器

冷凝器是通過冷卻介質(zhì)來冷卻冷凝制冷壓縮機排出的制冷劑蒸汽，并將熱量qK傳給高溫熱源的熱力設備。常用的冷卻介質(zhì)有水、空氣等。常用的冷凝器的種類很多，有殼管式、淋澆式、風冷式、蒸發(fā)式等。第22頁/共217頁（3）節(jié)流器節(jié)流器是將冷卻冷凝后的制冷劑液體由冷凝壓力pk降壓至蒸發(fā)壓力po的熱力設備。常用于普冷中的節(jié)流器有節(jié)流閥、熱力膨脹閥、浮球節(jié)流閥、毛細管等。第23頁/共217頁（4）蒸發(fā)器蒸發(fā)器是制冷劑向低溫熱源吸熱的熱力設備。在蒸發(fā)器中，制冷劑所進行的主要是從沸騰為主的汽化過程。在實際制冷工程中，蒸發(fā)器的形式很多，一般根據(jù)不同用途選擇類型。第24頁/共217頁二、單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)的假設條件和熱力狀態(tài)圖

理淪制冷循環(huán)是不同于實際制冷循環(huán)的一種理想模型，它建立在下面主要假設基礎上：（1）制冷壓縮機進行干壓行程，并且吸汽時制冷劑狀態(tài)為干飽和蒸汽，壓縮過程為等熵過程。這說明理論制冷循環(huán)中不存在過熱所引起的有溫差傳熱和壓縮過程中的不可逆損失。第25頁/共217頁（2）理論制冷循環(huán)中制冷劑與熱源間進行熱交換：在蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑與低溫熱源間換熱時傳熱溫差為無限小，即蒸發(fā)溫度T0等于低溫熱源溫度TL(T0=TL)。在冷凝器中，只在過熱蒸汽被冷卻成干飽和蒸汽時存在傳熱溫差，而在干飽和蒸汽等壓冷凝成飽和液體時，制冷劑與高溫熱源間無傳熱溫差，即冷凝溫度Tk等于高溫熱源溫度TH(Tk=TH)，并且制冷劑在換熱設備內(nèi)流動時無流動阻力，無壓陣。第26頁/共217頁（3）制冷劑液體在節(jié)流前無過冷，并且等焓節(jié)流。（4）制冷劑在管道內(nèi)流動時，無流動阻力損失，無壓降，與外界無傳熱。這說明制冷劑在管道內(nèi)不發(fā)生任何狀態(tài)變化。第27頁/共217頁由上述的假設條件可知：理論制冷循環(huán)在外部僅存在壓縮后的過熱蒸汽被冷卻成干飽和蒸汽過程中的傳熱溫差這一不可逆耗散，在內(nèi)部僅存在節(jié)流這一不可逆耗散。所以說，理論制冷循環(huán)仍屬于不可逆循環(huán)的范疇，是不可逆性最少的不可逆循環(huán)。顯然上述假設條件與實際制冷循環(huán)是有區(qū)別的，但在以后的熱力分析中會發(fā)現(xiàn)這一假設能使實際制冷循環(huán)中許多因素得以簡化，從而使復雜的實際制冷循環(huán)能利用熱力學方法來進行分析和研究。第28頁/共217頁

根據(jù)上述假設條件可分別在壓焓圖和溫熵圖中畫出單級理論制冷循環(huán)熱力狀態(tài)圖(圖2-2-3)。a）T-S圖

a）T-S圖圖2-2-3單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)熱力狀態(tài)圖第29頁/共217頁在單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)中，制冷壓縮機自蒸發(fā)器吸入處于蒸發(fā)壓力P0下的干飽和蒸汽，經(jīng)過1-2等熵壓縮到冷凝壓力PK，并輸送至冷凝器，在壓縮過程中消耗壓縮功Wcop。過熱蒸汽在冷凝器內(nèi)經(jīng)2—3—4等壓冷卻冷凝成飽和液體。在等壓冷卻冷凝中，制冷劑向高溫熱源放熱qk。第30頁/共217頁在節(jié)流過程4—5中，制冷劑通過節(jié)流器后壓力，溫度都降低，即壓力由pk降低至Po，溫度由Tk降低至To，而節(jié)流過程中焓值保持不變，h4=h5。節(jié)流后制冷劑呈濕飽和蒸汽狀態(tài)。在蒸發(fā)器中，制冷劑經(jīng)5—1等壓等溫過程吸收低溫熱源熱量q。，而制冷劑汽化至于飽和蒸汽狀態(tài)1，以此周而復始地循環(huán)。第31頁/共217頁三、單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力性能及分析

理論制冷循環(huán)是在一定假設條件下所進行的，理論制冷循環(huán)并不涉及到制冷系統(tǒng)的大小和復雜性，所以理論制冷循環(huán)的性能指標有單位制冷量、單位容積制冷量、單位理論功(單位等熵壓縮功)、單位冷凝器負荷、理論制冷循環(huán)制冷系數(shù)及熱力完善度等。第32頁/共217頁1、單位制冷量qo單位制冷量q0指制冷壓縮機每輸送1kg制冷劑經(jīng)循環(huán)從低溫熱源中制取的冷量。Q0=h1-h5kJ/kg

在lgp-h圖中，單位制玲量q0相當于過程線1-5在h軸上的投影。在T—s圖中，單位制冷量q0相當于過程線1-5所對應的面積1-5-c-d-1。

第33頁/共217頁單位制冷量q0也可表示成制冷劑在蒸發(fā)壓力P0下的汽化潛熱r0和節(jié)流后的干度X5的關系，即：q0=r0(1-X5)kJ／kg(2-2-11)

由式(2-2-11)可知，制冷劑在蒸發(fā)壓力p0下的汽化潛熱r0越大、節(jié)流后的濕飽和蒸汽干度X5越小，則單位制冷量q0就越大。這說明單位制冷劑q0的大小與制冷劑的性質(zhì)和循環(huán)的工作溫度有關。第34頁/共217頁2、單位容積制冷量qv

單位容積制冷量qv指制冷壓縮帆每輸送lm3制冷劑蒸汽(以吸汽狀態(tài)計)經(jīng)循環(huán)從低溫熱源制取的冷量。qv=q0/v1=hl—h5/v1KJ/m3(2-2-12)第35頁/共217頁qv=q0/v1=hl—h5/v1KJ/m3式中：v1——制冷劑在制冷壓縮機吸汽狀態(tài)下的比容，m3/kg。由式(2-2-12)可知，吸汽比容v1將直接影響單位容積制冷量qv的大小。而且吸汽比容v1的大小隨蒸發(fā)溫度T0的下降而增大，所以理論制冷循環(huán)的單位容積制冷量qv不僅隨制冷劑的種類而改變，而且還隨循環(huán)的蒸發(fā)溫度而改變。第36頁/共217頁3、單位理論功w0

單位理論功w0是指制冷壓縮機按等熵壓縮時每壓縮輸送lkg制冷劑所消耗的機械功，所以也稱單位等熵壓縮功。由于在理論制冷循環(huán)中，以節(jié)流器代替膨脹機，所以制冷壓縮機所消耗的單位等熵壓縮功Wcop就是循環(huán)的單位循環(huán)凈功Wnet。單位理論功w?？杀硎緸椋簑0=h2-hlkJ／kg(2-2-13)第37頁/共217頁

w0=h2-hlkJ／kg在lgp-h圖中，單位理論功w0相當于壓縮過程線1-2在h軸上的投影。在T-s圖中，單位理論功w0相當于壓縮過程線1-2所對應的面積1-2-3-4-a-1。第38頁/共217頁2.2.1.3種形式的制冷機組

一、制冷方式的兩種形式

在中央空調(diào)系統(tǒng)中，目前常用的制冷方式主要有兩種形式：壓縮式制冷和吸收式制冷。中央空調(diào)系統(tǒng)常用的載冷劑是水，在一些要求特殊的場所，也有采用水與其他物質(zhì)組成的混合水溶液，如鹽水、乙二醇水溶液等。第39頁/共217頁1、壓縮式制冷低壓制冷劑蒸氣在壓縮機內(nèi)被壓縮為高壓蒸氣后進人冷凝器，制冷劑和冷卻水在冷凝器中進行熱交換，制冷劑放熱后變?yōu)楦邏阂后w，通過熱力膨脹閥后，液態(tài)制冷劑壓力急劇下降，變?yōu)榈蛪阂簯B(tài)制冷劑后進入蒸發(fā)器。第40頁/共217頁膨脹閥壓縮機圖2-2-4壓縮式制冷循環(huán)基本原理示意圖第41頁/共217頁在蒸發(fā)器中，低壓液態(tài)制冷劑通過與冷凍水的熱交換而發(fā)生汽化，吸收冷凍水的熱量而成為低壓蒸氣，再經(jīng)過回氣管重新吸人壓縮機，開始新的一輪制冷循環(huán)。很顯然，在此過程中，制冷量即是制冷劑在蒸發(fā)器中進行相變時所吸收的汽化潛熱。從壓縮機的結構來看，壓縮式制冷大致可分為往復壓縮式、螺桿壓縮式和離心壓縮式3大類，近年來新研究的渦旋壓縮式制冷機，也已開始在一些小型機組上逐漸應用。第42頁/共217頁2、吸收式制冷

吸收式制冷與壓縮式制冷一樣，都是利用低壓制冷劑的蒸發(fā)產(chǎn)生的汽化潛熱進行制冷。兩者的區(qū)別是：壓縮式制冷以電為能源，而吸收式制冷則是以熱為能源。在高層民用建筑空調(diào)制冷中，吸收式制冷所采用的制冷劑通常是溴化鋰水溶液，其中水為制冷劑，溴化鋰為吸收劑。因此，通常溴化鋰制冷機組的蒸發(fā)溫度不可能低于0℃，在這一點上，可以看出溴化鋰制冷的適用范圍不如壓縮式制冷，但在高層民用建筑空調(diào)系統(tǒng)中，由于要求空調(diào)冷水的溫度通常為6～7℃，因此還是比較容易滿足的。第43頁/共217頁圖2-2-5溴化鋰吸收式制冷循環(huán)基本原理示意圖第44頁/共217頁來自發(fā)生器的高壓蒸汽在冷凝器中被冷卻為高壓液態(tài)水，通過膨脹閥后成為低壓蒸汽進入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器中，冷媒水與冷凍水進行熱交換發(fā)生汽化，帶走冷凍水的熱量后成為低壓冷媒蒸汽進入吸收器，被吸收器中的溴化鋰溶液(又稱濃溶液)吸收，吸收過程中產(chǎn)生的熱量由送人吸收器中的冷卻水帶走。吸收后的溴化鋰水溶液(又稱稀溶液)由溶液泵送至發(fā)生器，通過與送人發(fā)生器中的熱源(熱水或蒸汽)進行熱交換而使其中的水發(fā)生汽化，重新產(chǎn)生高壓蒸汽。第45頁/共217頁同時，由于溴化鋰的蒸發(fā)溫度較高，稀溶液汽化后，吸收劑則成為濃溶液重新回到吸收器中。在這一過程中，實際上包括了兩個循環(huán)，即制冷劑(水)的循環(huán)和吸收劑(溴化鋰溶液)的循環(huán)，只有這兩個循環(huán)同時工作，才能保證整個制冷系統(tǒng)的正常運行。第46頁/共217頁從溴化鋰制冷機組制冷循環(huán)中可以看出，它的用電設備主要是溶液泵，電量為5～10kW，這與壓縮式冷水機組相比是微不足道的。與壓縮式冷水機組相比，它只是在能源的種類上不一樣(前者消耗礦物能，后者消耗電能)。因此，在建筑所在地的電力緊張而無法滿足空調(diào)要求的前提下，作為采用低位能源的溴化鋰吸收式冷水機組可以說是—種值得考慮的選擇；如果當?shù)氐碾娏ο到y(tǒng)可以允許的話(當然，作為建設單位，還要考慮各地一些不同的能源政策)，還是應優(yōu)先選擇壓縮式冷水機組的方案。第47頁/共217頁二、幾種壓縮式制冷機組的組成

壓縮式制冷機組主要有活塞式冷水機組、螺桿式冷水機組、離心式冷水機組幾種形式，下面逐一介紹。第48頁/共217頁1、活塞式冷水機組的組成

活塞式冷水機組在結構上的主要特點是冷凝器和蒸發(fā)器均為殼管式換熱器，它們或上下疊置或左右并置，壓縮機直接置于“兩器”上面，或通過鋼架置于“兩器”之上。由于活塞式制冷壓縮機運轉時的往復運行會產(chǎn)生較大的往復慣性力，從而限制了壓縮機的轉速，不能太高。故其單位制冷量的重量指標和體積指標較大。因此，單機容量不能過大，否則機器顯得笨重，振動也大?；钊嚼渌畽C組的單機容量一般在500—700KW以下。第49頁/共217頁

目前，國產(chǎn)活塞式冷水機組配用壓縮機的臺數(shù)大多為1臺，少數(shù)為2臺或2臺以上。配2臺以上壓縮機的冷水機組只有上海合眾—開利生產(chǎn)，最多配6臺壓縮機以上。第50頁/共217頁圖2-2-6活塞式冷水機組系統(tǒng)圖第51頁/共217頁2、螺桿式冷水機組的組成

螺桿式冷水機組是由螺桿制冷壓縮機組、冷凝器、蒸發(fā)器以及自控元件和儀表等自控元件和儀表等組成的一個完整制冷系統(tǒng)。它具有結構緊湊、體積小、重量輕、占地面積小、操作維護方便、運轉平穩(wěn)等優(yōu)點，因而獲得了廣泛的應用。第52頁/共217頁說明：1-螺桿式制冷壓縮機2-吸氣過濾器3-蒸發(fā)器4-冷凝器5-氟利昂干燥過濾器6-油分器7-安全旁通閥8-油冷卻器9-油粗濾器10-油泵11-油精濾器12-油壓調(diào)節(jié)閥13-油分配器14-四通閥圖2-2-7螺桿式冷水機組第53頁/共217頁3、離心式冷水機組的組成

離心式冷水機組的單機容量大，適用于大型空調(diào)工程中。離心式冷水機組常采用單筒式結構，即冷凝器和蒸發(fā)器放在一個簡體內(nèi)。第54頁/共217頁說明：1-離心式制冷壓縮機2-增速器3-封閉式電動機4-冷凝器5-蒸發(fā)器6-節(jié)流裝置7-制冷劑回收裝置8-油泵9-油冷卻器10-油過濾器2-2-8R1l系列離心式冷水機組第55頁/共217頁三、溴化鋰吸收式制冷機的組成

溴化鋰吸收式制冷機屬于熱力式制冷機的一種。以水作為制冷劑，吸收劑，依靠外界不斷供應的熱能實現(xiàn)的熱力循環(huán)。以溴化鋰水溶液作為溴化鋰吸收式制冷機的種類較多，根據(jù)溴化鋰吸收式制冷機采用的熱源不同、制冷機結構及能源利用等區(qū)別，溴化鋰吸收式制冷機分為單效、雙效等不同種類。不同種類的溴化鋰吸收式制冷機，其組成也有所不同。圖2-2-9為蒸汽雙效溴化鋰吸收式制冷機典型系統(tǒng)流程圖。第56頁/共217頁說明：1-高壓發(fā)生器2-冷凝器3-低壓發(fā)生器4-蒸發(fā)器5-吸收器6-凝水回熱器7-低溫熱交換器8-高溫熱交換器9-發(fā)生器泵10-吸收器泵11-蒸發(fā)器泵圖2-2-9為蒸汽雙效溴化鋰吸收式制冷機

第57頁/共217頁2.2.1.4熱源站基本知識凡是采暖的地區(qū)，均離不開熱源，供熱大體有兩種方式：一種是集中供熱，其熱源來自熱電廠、集中供熱鍋爐廠等；另一種是由分散設在一個單位或一座建筑物的鍋爐房供熱這里的供熱指的是熱水和蒸汽，一般用于生活用水和空氣調(diào)節(jié)。第58頁/共217頁一、熱源分類1、按熱源性質(zhì)分類1)蒸汽蒸汽熱值較高，載熱能力大，且不需要輸送設備(只靠自身的壓力即可送至用戶的空調(diào)機組之中)。其汽化潛熱在2200kJ／kg左右(隨蒸汽壓力的不同略有區(qū)別)，占使用的蒸汽熱量的95%以上。第59頁/共217頁在采用蒸汽作為空調(diào)熱源的工程中，通常都采用表壓為0.2MPa以下的蒸汽。當凝結水回水較為暢通時，可以采用背壓回水，反之，則應使用凝結水泵。另外，如果蒸汽壓力過高，也限制了換熱器的使用類型。采用蒸汽為熱源時，與之配套使用的一系列附件如減壓閥、安全閥和疏水器等性能都直接關系到熱源的合理利用，設計及管理人員應充分重視。第60頁/共217頁2)熱水熱水在使用的安全性方面比蒸汽優(yōu)越，與空調(diào)冷水的性質(zhì)基本相同，傳熱比較穩(wěn)定。在空調(diào)機組中，采用冷、熱盤管合用的方式(亦即人們常說的兩管制)，以減少空調(diào)機組及系統(tǒng)的造價，熱水能較好的滿足此種方式而蒸汽盤管通常不能與冷水盤管合用。再一點就是，熱水使用時，不像蒸汽系統(tǒng)那樣需要許多的附件，也給運行管理及維護帶來了一定的方便。第61頁/共217頁空調(diào)熱水在使用的過程中系統(tǒng)內(nèi)存在結垢問題。水的結垢與其水質(zhì)和水溫有關。當水溫超過70℃時，結垢現(xiàn)象變得較為明顯，它對換熱設備的效率將產(chǎn)生較大的影響。因此，空調(diào)熱水應盡可能地采用軟化水，至少也應考慮如加藥、電子除垢器等防止或緩解水結垢的一些水處理措施。第62頁/共217頁2、按熱源裝置分類1)鍋爐供熱用鍋爐分為熱水鍋爐和蒸汽鍋爐。在空調(diào)熱水系統(tǒng)中，由于空調(diào)機組及整個水系統(tǒng)要隨建筑的使用要求進行調(diào)節(jié)與控制，通常設有中間換熱器。設有蒸汽鍋爐的建筑也為其冬季空調(diào)加濕提供了一個較好的條件。第63頁/共217頁2)熱交換器從結構上來分，熱交換器有3種類型，即列管式、螺旋板式及板式換熱器。板式換熱器是近十多年來大量使用的一種高效換熱器，其結構如圖2-2-10所示。第64頁/共217頁前支柱接管法蘭墊片板片固定壓緊板圖2-2-10板式換熱器結構第65頁/共217頁目前，大多數(shù)板式換熱器都是按等截面(BR型)設計的，即一、二次熱媒的流通截面積相等。在實際工程中，一、二次熱媒的進出水溫差不同，且一次熱媒的溫差大于二次熱媒。正是由于這一原因，有的廠家開發(fā)研制了不等截面型板式換熱器(BB型)，通過對流道的重新設計，使一次熱媒側流通面積小于二次熱媒側，盡可能使兩側的熱媒流速相接近，以利于在不增大水流阻力的情況下提高傳熱系數(shù)。第66頁/共217頁板式換熱器對安裝的要求相對較高，尤其是各板片組合時，密封墊片與板的配合要準確，否則易發(fā)生漏水現(xiàn)象，在拆開檢修后更要注意此點。通常，以水蒸氣為一次熱媒的換熱器，其靜特性均為線性特性，而以水為一次側介質(zhì)的換熱器，無論其二次側介質(zhì)是水還是空氣，其靜特性都是非線性的。第67頁/共217頁2.2.1.5其他形式的冷熱水機組直燃吸收式冷水機組(簡稱直燃機)就是把鍋爐與溴化鋰吸收式冷水機組合二為—，通過燃氣或燃油產(chǎn)生制冷所需的能量。直燃機按功能可分為3種形式：單冷型——只提供夏季空調(diào)用冷凍水；冷、暖型——在夏季提供空調(diào)用冷凍水而冬季供應空調(diào)用熱水；多功能型——除能夠提供空調(diào)用冷、熱水外，還能提供生活用熱水。第68頁/共217頁直燃機由高／底壓發(fā)生器，高低壓換熱器、冷凝器、蒸發(fā)器、冷劑水泵、溶液泵、控制設備及輔機等主要設備組成。它的工作原理分為制冷循環(huán)、供熱循環(huán)和衛(wèi)生熱水循環(huán)3個不同方式。空調(diào)供熱循環(huán)產(chǎn)生的熱水溫度一般為55～60℃，工作原理如圖2-2-11所示。第69頁/共217頁

圖2-2-11直燃機組空調(diào)供熱循環(huán)第70頁/共217頁在空調(diào)供熱循環(huán)中，蒸發(fā)器用作為冷凝器，通過閥門的切換使高壓發(fā)生器產(chǎn)生的冷凝水蒸氣直接進入蒸發(fā)器與熱水進行熱交換后變?yōu)槔鋭┧M入吸收器，高壓發(fā)生器產(chǎn)生的中間溶液流人吸收器中，吸收由蒸發(fā)器來的經(jīng)放熱后的冷劑水而成為稀溶液，通過溶液泵重新送人高壓發(fā)生器中，完成了一個供熱循環(huán)過程。在這一過程中，冷劑水泵停止運行。第71頁/共217頁直燃機可以在空調(diào)供冷的同時供應生活熱水，也可同時供應空調(diào)熱水和生活熱水。但不能同時供應空調(diào)用冷、熱水。第72頁/共217頁2.2.1.6空調(diào)水系統(tǒng)的基本知識

空調(diào)水系統(tǒng)指由中央設備供應的冷(熱)水為介質(zhì)并送至末端空氣處理設備的冷凍（熱）水路系統(tǒng)和帶走制冷機組冷凝器中制冷劑的熱量到環(huán)境中取得冷卻水系統(tǒng)的。第73頁/共217頁1、冷凍（熱）水系統(tǒng)由冷水機組、冷凍水泵、分水器、集水器及空調(diào)末端組成的水路系統(tǒng)就是冷凍水系統(tǒng)。按照不同的依據(jù)，有如下分類：

(1)按水壓特性劃分，可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。

(2)按冷、熱水管道的設置方式劃分，可分為雙管制系統(tǒng)、三管制系統(tǒng)和四管制系統(tǒng)。

(3)按各末端設備的水流程劃分，可分為同程式系統(tǒng)和異程式系統(tǒng)。

(4)按水量特性劃分，可分為定水量系統(tǒng)和變水量系統(tǒng)。第74頁/共217頁2、冷卻水系統(tǒng)如圖2-2-12中由冷水機組、冷卻水泵、冷卻塔組成的水路系統(tǒng)就是冷卻水系統(tǒng)。冷卻水系統(tǒng)是開式系統(tǒng)。第75頁/共217頁2-2-12空調(diào)水系統(tǒng)圖第76頁/共217頁在建筑設備自動化系統(tǒng)中，應針對不同形式的冷凍水系統(tǒng)采取不同的控制方法，但是根據(jù)水系統(tǒng)回路運行的特點，每個回路的控制原理是相同的。以下介紹幾種常用的空調(diào)水系統(tǒng)，方便進行冷熱源及空調(diào)控制時參考。第77頁/共217頁一、開式和閉式

1．開式系統(tǒng)圖2-2-13所示為開式系統(tǒng)。空調(diào)冷(熱)水流經(jīng)末端空氣處理設備后，回水靠重力作用流人回水池中。一旦供水泵停止運行，管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的水面只能與水池水面保持同一高度。此高度以上的管道內(nèi)均為空氣。因此，開式系統(tǒng)即是管道與大氣相通的一種水系統(tǒng)。第78頁/共217頁2．閉式系統(tǒng)圖2-2-14所示為閉式系統(tǒng)。閉式系統(tǒng)管道內(nèi)沒有任何部分與大氣相通，無論是水泵運行或停止期間，管內(nèi)都應始終充滿水，以防止管道的腐蝕。因此，要求在閉式系統(tǒng)中，必須設置一定的定壓設備以保持高層建筑頂部水管完全充滿水(即管內(nèi)處于正壓狀態(tài))。此定壓設備常用開式膨脹水箱，水箱水位應高出最高的系統(tǒng)水管1.5m以上。在一些工程中，為了防止開式水箱引起的腐蝕，或在屋頂設置開式水箱有困難時，也可采用了氣體定壓罐，定壓罐壓力應高出系統(tǒng)內(nèi)最低的靜水壓力點15kPa以上。第79頁/共217頁圖2-2-13開式水系統(tǒng)第80頁/共217頁

圖2-2-14閉式水系統(tǒng)第81頁/共217頁(1)設置膨脹水箱的閉式空調(diào)水系統(tǒng)如圖2-2-14所示，膨脹水箱作為系統(tǒng)的補水、膨脹及定壓設備，其結構簡單、造價低廉，對系統(tǒng)的水壓穩(wěn)定性好，控制也非常容易。由于水直接與大氣接觸，水質(zhì)條件相對較差，另外，它必須放在系統(tǒng)的最高處。膨脹水箱從結構上可分為方形和圓形，從補水方式可分為水位電信號控制水泵補水和浮球閥自動水兩種方式。第82頁/共217頁

膨脹水箱由箱體、膨脹管、溢水管、循環(huán)管、補水量及補水裝置(或水位裝置)、玻璃管液位計及人梯等幾部分組成，如圖2-2-15所示。在高層民用建筑中，通常設有屋頂生活水箱，因此，只要膨脹水箱比屋頂生活水箱低一定的高度，就可以直接從生活水箱對此進行補水。但是，這種補水方式適用于生活給水水質(zhì)較軟的地區(qū)。第83頁/共217頁用水位傳感器控制補水泵的方式，其控制簡單，運行比較可靠。為了防止補水泵頻繁起停，延長補水泵壽命，水箱容積應稍大一些，且補水泵的工作參數(shù)(尤其是流量)的選擇應較符合實際，不能超過太多。這種方式也比較適用于采用軟化水設備的補水系統(tǒng)。膨脹水箱必須設于水系統(tǒng)最高點之上(通常在最高空調(diào)使用樓層的上一層)，很顯然，空調(diào)熱水管不能到達該處。因此，冬季的防凍就是一個值得注意的問題。第84頁/共217頁(2)設置氣體定壓罐的閉式空調(diào)水系統(tǒng)氣體定壓罐通常采用隔膜式，其空氣與水完全分開，因此對水質(zhì)的保證性較好。另外，氣體定壓罐的布置較為靈活方便，不受位置高度的限制，通?？芍苯臃旁诶鋬鰴C房﹑熱交換站或水泵房內(nèi)，因此也不存在防凍問題。采用定壓罐時，通常其定壓點放在水泵吸人端，如圖2-2-16所示。第85頁/共217頁圖2-2-15膨脹水箱構造第86頁/共217頁圖2-2-16氣體定壓罐定壓第87頁/共217頁(3)水泵

水泵是空調(diào)水系統(tǒng)中提供動力的輸送設備。在開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)中都要用到。第88頁/共217頁二、兩管制、三管制及四管制

1．兩管制系統(tǒng)圖2-2-17所示為兩管制系統(tǒng)。由冷凍站來的冷凍水和由熱交換站來的熱水在空調(diào)供水總管上合并后，通過閥門切換，把冷、熱水用同一管道不同時送至空氣處理設備，同樣，其回水通過總回水管后分別回至冷凍機房和熱交換站。第89頁/共217頁系統(tǒng)中冷、熱源設備是各自獨立，但對于冷、熱源以外的水路，則是冷、熱水共用同一管道。在夏季，關閉熱水總管閥門，打開冷凍水總管閥門，系統(tǒng)內(nèi)充滿冷凍水，作供冷運行；在冬季則操作方式相反，系統(tǒng)作供熱運行。由此可看出，這一系統(tǒng)不能同時既供冷又供熱，只能按不同時間分別運行。國內(nèi)應用較多的是兩管制系統(tǒng)。第90頁/共217頁2．三管制系統(tǒng)圖2-2-18所示為三管制系統(tǒng)。冷熱水供水管同時接至末端設備(盤管仍為冷、熱合用)，在末端設備接管處進行冬、夏自動轉換。這樣可使每個末端設備獨立供冷或供熱。但所有末端設備的回水仍是通過一條回水總管混合后，分別再回到冷凍機房或熱交換站中。這種方式對于過渡季節(jié)的適用性較好。第91頁/共217頁

圖2-2-17兩管制水系統(tǒng)

圖2-2-18三管制水系統(tǒng)第92頁/共217頁3．四管制系統(tǒng)

圖2-2-19所示為四管制系統(tǒng)。所有末端設備中的冷、熱盤管均獨立工作，冷凍水和熱水可同時獨立送至各個末端設備。各末端設備可隨時自由選擇供熱或供冷的運行模式，相互沒有干擾，因此各末端所服務的空調(diào)區(qū)域均獨立控制溫度等參數(shù)。第93頁/共217頁

圖2-2-19四管制水系統(tǒng)第94頁/共217頁

圖2-2-21所示異程系統(tǒng)中，水流經(jīng)每個末端的流程是不相同的，通常越遠離冷、熱源機房的末端，同路阻力越大。采用異程系統(tǒng)的主要優(yōu)點是節(jié)省管道及其占用空間(一般來說它與同程系統(tǒng)相比可節(jié)省一條回水總管)，節(jié)約投資。第95頁/共217頁圖2-2-210同程系統(tǒng)

圖2-2-21異程系統(tǒng)第96頁/共217頁四、定水量和變水量系統(tǒng)

1．定水量系統(tǒng)在定水量系統(tǒng)中，沒有任何自動控制水量的措施，系統(tǒng)水量的變化基本上由水泵的運行臺數(shù)決定。因此，通常通過各末端的水量也是一個定值，或隨水泵運行臺數(shù)呈階梯性變化，而不能對水量進行連續(xù)的調(diào)節(jié)控制。這帶來的一個缺點是，當末端負荷減少時，無法控制溫、濕度等參數(shù)，造成區(qū)域過冷或過熱。第97頁/共217頁為了解決末端控制問題，有的工程在末端設三通自動調(diào)節(jié)閥(見圖2-2-22)。當負荷變化時，通過自動控制三通閥開度，調(diào)整旁流支路與直流支路的水流量?；蛟谀┒嗽O二通調(diào)節(jié)閥，在供回水干線上設壓差旁通閥。從而控制通過末端設備的水量。

第98頁/共217頁

圖2-2-22末端設通自動調(diào)節(jié)閥第99頁/共217頁2．變水量系統(tǒng)(1)一次泵變水量系統(tǒng)在兩通閥的調(diào)節(jié)過程中，管路性能曲線將發(fā)生變化，因而系統(tǒng)負荷側水量將發(fā)生變化，如果沒有其他相關措施的話，這些變化將引起水泵和冷水機組的水流量改變(沿水泵特性曲線上下移動工作點)。第100頁/共217頁而對于冷水機組來說，通常一個恒定的水流量(或較小范圍的波動)對于保證蒸發(fā)器內(nèi)水流速的均勻是重要的。如果流量減少，必然造成水流速不均勻，尤其是在一些轉變(如封頭)處更容易使流速減慢甚至形成不流動的“死水”。由于蒸發(fā)溫度極低，在蒸發(fā)器不斷制冷的過程中，低流速水或“死水”極容易產(chǎn)生結凍的情況，從而對冷機組造成破壞。因此，冷水機組是不宜作變水量運行的。大多數(shù)冷水機組內(nèi)部都沒有自動保護元件，當水量過小(通過測量機組進、出水壓差)時，自動停止運行的保護冷水機組。第101頁/共217頁如前面所述，一方面，從末端設備使用要求來看，用戶要求水系統(tǒng)作變化量運行；另一方面，冷水機組的特性要求定水量運行。解決此矛盾的最常用方法是在供、回水總管上設置壓差旁通閥，則一次泵變水量系統(tǒng)如圖2-2-23所示。第102頁/共217頁在系統(tǒng)處于設計狀態(tài)下，所有設備都滿負荷運行，壓差旁通閥開度為零(無旁通水流量)，這時壓差控制器兩端接口處的壓力差(又稱用戶側供、回水壓差)ΔP0即是控制器的設定壓差值。當末端負荷變小后，末端的兩通閥關小，供、回水壓差ΔP將會提高而超過設定值，在壓差控制器的作用下，旁通閥將自動打開，由于旁通閥與用戶側水系統(tǒng)并聯(lián)，它的開度加大將使總供、回水壓差ΔP減少直至達到ΔP0時才停止繼續(xù)開大，部分水從旁通閥流過而直接進入回水管，與用戶側回水，混合后進入水泵及冷水機組。在此過程中，基本保持了冷凍水泵及冷水機組的水量不變。第103頁/共217頁水泵與冷水機組獨立并聯(lián)的方式(見圖2-2-24)，在實際工程設計中，接管相對較為方便(尤其是冷水機組與冷凍水泵位置相距較遠時更為明顯地體現(xiàn)出此點)，機房布置整潔、有序，因而目前有相當多的工程采用此種方式。第104頁/共217頁圖2-2-23一次泵變水量系統(tǒng)(先串后并的方式)

圖2-2-24一次泵變水量系統(tǒng)(先并后串方式)

第105頁/共217頁(2)二次泵變水量系統(tǒng)在實際水系統(tǒng)中，一次泵系統(tǒng)存在非線性問題，既浪費能量又影響系統(tǒng)及設備的正常使用。因而在這種情況下，可采用二次泵系統(tǒng)。常見的二次泵變水量系統(tǒng)如圖2-2-25所示。第106頁/共217頁在這一系統(tǒng)的機房側管路中，由旁通平衡管AB把水泵分為兩級，即初級泵和次級泵。初級泵克服平衡管AB以下的水路水流阻力(即冷水機組、初級水泵及其支路附件的阻力)，次級泵克服AB平衡管以上的環(huán)路阻力(包括用戶側水阻力)。顯然，在這一系統(tǒng)中，次級泵與初級泵是串聯(lián)運行的。第107頁/共217頁初級泵隨冷水機組聯(lián)鎖啟停，次級泵則根據(jù)用戶側需水量進行臺數(shù)啟?？刂?。當次級泵組總供水量與初級泵組總供水量有差異時，相差的部分從平衡管AB中流過(可以從A流到B，也可以B流向A)，這樣就可解決冷水機組與用戶側水量控制不同步的問題。用戶側供水量的調(diào)節(jié)通過二次泵的運行臺數(shù)及壓差旁通閥V1來控制(壓差旁通閥控制方式與一次泵系統(tǒng)相同)。因此，V1閥的最大旁通量為一臺次級泵的流量。第108頁/共217頁五、冷卻水系統(tǒng)

1．冷卻水概述空調(diào)系統(tǒng)中的冷卻水系統(tǒng)，是專為水冷冷水機組或水冷直接蒸發(fā)式空調(diào)機組而設置的利用循環(huán)水進行冷卻的系統(tǒng)如圖2-2-26所示。第109頁/共217頁圖2-2-25二次泵變水量系統(tǒng)

圖2-2-26冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

第110頁/共217頁從冷卻塔來的較低溫度的冷卻水(通常為32℃)，經(jīng)冷卻泵加壓后送人冷水機組，帶走冷凝器的熱量。高溫的冷卻回水(通常設計為37℃)重新送至冷卻塔上部噴淋。由于冷卻塔風扇的轉動，使冷卻水在噴淋下落過程中，不斷與室外空氣發(fā)生熱濕交換而冷卻，冷卻后的水落人冷卻塔集水盤中，又重新送人冷水機組而完成冷卻水循環(huán)。第111頁/共217頁顯然，在冷卻水的循環(huán)過程中，冷卻水量存在一定的損失。這有兩部分：一是由于冷卻水蒸發(fā)部分，二是由于風機排風而“飄走”吹出的部分。前一部分是極少的，后一部分則與冷卻塔的結構有關。但總而言之，損失的水量比起冷卻水循環(huán)流量來都是很小的，一般大約只有冷卻塔循環(huán)水量的0.3%~1%。對于損失部分，可通過自來水得到補充。第112頁/共217頁2.冷卻塔在循環(huán)冷卻系統(tǒng)中，冷卻塔是一個重要的設備。從構造上來分，目前使用的定型冷卻塔大致有4種類型：逆流式、橫流式、蒸發(fā)式和引射式。通常后3者的外形以方形(或矩形)為主，前者則有方形和圓型兩種外形。第113頁/共217頁3.冷卻水系統(tǒng)設計冷水機組運行時要求其冷卻水應保證一定的流量。當多臺冷水機組并聯(lián)運行時，通常冷卻水泵、冷卻塔及冷水機組采用一一對應的運行方式。在管道連接時，對冷卻水泵而言，既可采用與冷水機組一一對應的連接，見圖2-2-27a，也可采用冷卻水泵與冷水機組獨立并聯(lián)后通過總管相連接的方式，見圖2-2-27b；而對冷卻塔而言，考慮到冷卻塔通常遠離冷凍機房，因而一般是冷卻塔全部并聯(lián)后通過冷卻水總管接至冷凍機房。第114頁/共217頁圖2-2-287冷卻水系統(tǒng)第115頁/共217頁在水系統(tǒng)處于低負荷時，有兩種情況是設計中應考慮的：(1)設備運行臺數(shù)不變，但各設備均在部分負荷運行時這時各冷卻塔如果按滿負荷運行，其出水溫度將低于設計值，對冷水機組來說，過低的冷卻水進水溫度也同樣是不利于其正常運行的。因此，為保證滿足設計的冷卻水溫度，這時應采取一定措施：第116頁/共217頁1)當每組冷卻塔中有多個風機時(實際上相當于系統(tǒng)中有多臺冷卻塔)，通過回水溫度控制風機的運行臺數(shù)。2)當每組只有一個風機時(通常如圓形冷卻塔)，則在冷卻水供、回水總管上設置旁通電動閥，通過總回水溫度調(diào)節(jié)旁通量，保證冷卻水進水溫度不變(如圖2-2-27a或圖2-2-27b)。3)改變風機轉速，降低冷卻能力。第117頁/共217頁(2)空調(diào)負荷降至設計值的50％時仍以圖2-2-27來說明。這時冷水機組、冷卻泵及冷卻塔都應停止一組運行，并且停止運行的冷卻塔進水管電動蝶閥應關閉(否則此塔將旁通部分水量但未能正常冷卻，造成冷水機組供水溫度過高)。在上述兩種低負荷情況中，如果都采用旁通閥作為進水溫度的調(diào)節(jié)手段，則水泵超流量的狀況將比較嚴重。第118頁/共217頁第二節(jié)冷熱源設備監(jiān)控系統(tǒng)的原理及組成

2.2.2.1一次泵冷凍水系統(tǒng)的監(jiān)控1．設備聯(lián)鎖一次泵冷凍水系統(tǒng)，在起動或停止的過程中，冷水機組應與相應的冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔等進行電氣聯(lián)鎖。只有當所有附屬設備及附件都正常運行工作之后，冷水機組才能起動；而停車時的順序則相反，應是冷水機組優(yōu)先停車啟停順序。第119頁/共217頁當有多臺冷水機組并聯(lián)且在水管路中泵與冷水機組不是一一對應連接時，則冷水機組冷凍水和冷卻水接管上還應設有電動蝶閥(如圖2-2-24所示)，以使冷水機組與水泵的運行能一一對應進行，該電動蝶閥應參加上述聯(lián)鎖。因此，整個聯(lián)鎖起動程序為：水泵—電動蝶閥—冷水機組；停車時聯(lián)鎖程序相反。第120頁/共217頁2．壓差控制末端采用兩通閥的空調(diào)水系統(tǒng)，冷凍水供、回水總管之間必須設置壓差控制裝置，通常它由旁通電動兩通閥及壓差控制器組成。電動閥的接口應盡可能設于水系統(tǒng)中水流較為穩(wěn)定的管道上。在一些工程中，此旁通閥常接于分水缸、集水缸之間，這對于閥的穩(wěn)定工作及維護管理是較為有利的，但是如果冷水機組是根據(jù)冷量來控制其運行臺數(shù)的話，這樣的設置也許不是最好的方式，它會使控制誤差加大，原因在以后關于流量計及溫度計位置設置部分中將會提到。第121頁/共217頁壓差控制器(或壓差傳感器)的兩端接管應盡可能靠近旁通閥兩端并也應設于水系統(tǒng)中壓力較穩(wěn)定的地點，以減少水流量的波動，提高控制的精確性。壓差傳感器精度通常來說以不超過控制壓差的5%~10%為宜。目前常用產(chǎn)品中，此精度大多在10~14kPa之間。第122頁/共217頁3.設備運行臺數(shù)控制

為了延長各設備的使用壽命，通常要求設備的運行累計小時數(shù)盡可能相同。因此，每次初起動系統(tǒng)時，都應優(yōu)先起動累計運行小時數(shù)最少的設備(除特殊設計要求——比如某臺冷水機組是專為低負荷節(jié)能運行而設置的)。這要求在控制系統(tǒng)中有自動記錄設備運行時間的儀表。第123頁/共217頁(1)回水溫度控制回水溫度控制冷水機組運行臺數(shù)的方式，適合于冷水機組定出水溫度的空調(diào)水系統(tǒng)，這也是目前廣泛采用的水系統(tǒng)形式。通常冷水機組的出水溫度設定為7℃，則不同的回水溫度實際上反映了空調(diào)系統(tǒng)中不同的需冷量。回水溫度傳感器丁的設置位置如圖2-2-24和圖2-2-25所示。第124頁/共217頁

盡管從理論上來說回水溫度可反映空調(diào)需冷量，但由于目前較好的水溫傳感器的精度在大約0.4℃，而冷凍水設計供、回水溫差大多為12℃，因此，回水溫度控制的方式在控制精度上受到了溫度傳感器的約束，不可能很高。為了防止冷水機組起停過于頻繁，采用此方式時，一般不能用自動起停機組而應采用自動監(jiān)測、人工手動起停的方式。第125頁/共217頁當系統(tǒng)內(nèi)只有一臺冷水機組時，回水溫度的測量顯示值范圍為6.6~12.4℃(假定精度為0.4℃)，顯然，其控制冷量的誤差在16%左右。第126頁/共217頁當系統(tǒng)有兩臺同樣制冷量的冷水機組時，從一臺運行轉為兩臺運行的邊界條件理論上說應是回水溫度為9.5℃，而實際測量值有可能是9.1~9.9℃。這說明當顯示回水溫度為9.5℃時，系統(tǒng)實際需冷量的范圍是在總設計冷量的42%~58%之間。第127頁/共217頁如果此時是低限值，則說明轉換的時間過早，已運行的冷水機組此時只有其單機容量的84%而不是100%，這時投入兩臺會使每臺冷水機組的負荷率只有42%，明顯是低效率運轉而耗能的。如果為高限值(58%)，則說明轉換時間過晚，已運行的冷水機組的負荷率已達到其單機容量的116%，處于超負荷工作狀態(tài)。第128頁/共217頁當系統(tǒng)內(nèi)有3臺同冷量水機組時，上述控制的誤差更為明顯。從理論上說，回水溫度在8.7℃及10.3℃時分別為1臺轉兩臺運行及2臺轉為3臺運行的轉換點。但實際上，當測量回水溫度值顯示8.7℃時，總冷量可能的范圍為26%~42%，相當于單機的負荷率為78%~126%。因此，在一臺轉為兩臺運行時，轉換點過早或過晚的問題更為明顯。第129頁/共217頁。同樣，當回水溫度顯示值為10.3℃時，實際總冷量可能在58%~74%之間，相當于兩臺已運行冷水機組的各自負荷率為87%~111%，顯然同樣存在上述問題?？梢砸源祟愅频慕Y論是：冷水機組設計選用臺數(shù)越多而實際運行數(shù)量越少時，上述誤差越為嚴重。第130頁/共217頁為了保證投入運行的新一臺冷水機組達到所必須負荷率(通常按20%~30%考慮)，減少誤投入的可能性及降低由于遲投入帶來的不利影響，可采用回水溫度來決定冷水機組的運行臺數(shù)，但要求系統(tǒng)內(nèi)冷水機組的臺數(shù)不應超過兩臺。第131頁/共217頁(2)冷量控制冷量控制是用溫度傳感器Tl、T2和流量傳感器F測量用戶的供、回水的溫度T1、T2及冷凍水流量W，計算實際需冷量Q=W(T2-T1)，由此可決定冷水機組的運行臺數(shù)。第132頁/共217頁在這種控制方式中，各傳感器的設置位置是設計中主要的考慮因素，位置不同，將會使測量和控制誤差出現(xiàn)明顯的區(qū)別。目前通常有兩種設置方式：一種是把傳感器設于旁通閥的外側(即用戶側)，如圖2-2-28中的各個位置；另一種是把位置定在旁通閥內(nèi)側(即冷源側)如圖2-2-28中A、B、C三點。第133頁/共217頁圖2-2-28水系統(tǒng)各傳感器位置選擇第134頁/共217頁用冷量控制時，傳感器設于用戶側是更為合理的。如果把旁通閥設于分、集水缸之間，則傳感器的設置就無法滿足這種要求。因此會使冷量的計算誤差偏大，對機組臺數(shù)控制顯然是不利的。第135頁/共217頁測量水的溫傳感器相對精度低于測量流量的傳感器相對精度。當水溫傳感器測量精度為0.4℃時，其水溫測量的相對誤差對供水來說為0.4%~0.7%，對回水而言則為0.4%~0.3%，它們都遠大于流量傳感器1%的測量精度。第136頁/共217頁同時，上述分析是在假定水系統(tǒng)為線性系統(tǒng)的基礎上的，如果水系統(tǒng)呈一定程度的非線性，則用戶側回水溫度在低負荷時可能會更高一些(大于12℃)。這時如果把傳感器設于用戶側，相當于提高了回水溫度的測量精度，其計算的結果會比上述第一種情況的結果誤差更小一些。第137頁/共217頁為了保證流量傳感器達到其測量精度，還應把它設于管路中水流穩(wěn)定處，并在設計安裝時保證其前面(來水流方向)直管段長度不小于5倍接管直徑，后面直管段長度不小于3倍接管直徑。第138頁/共217頁2.2.2.2二次泵冷凍水系統(tǒng)的監(jiān)控二次泵系統(tǒng)監(jiān)控的內(nèi)容包括：設備聯(lián)鎖、冷水機組臺數(shù)控制和次級泵控制等。從二次泵系統(tǒng)的設計原理及控制要求來看，要保證其良好的節(jié)能效果，必須設置相應的自動控制系統(tǒng)才能實現(xiàn)。這也就是說，所有控制都應是在自動檢測各種運行參數(shù)的基礎上進行的。第139頁/共217頁二次泵系統(tǒng)中，冷水機組、初級冷凍水泵、冷卻泵、冷卻塔及有關電動閥的電氣聯(lián)鎖起停程序與一次泵系統(tǒng)完全相同。第140頁/共217頁1．冷水機組臺數(shù)控制在二次泵系統(tǒng)中，由于連通管的作用，無法通過測量回水溫度來決定冷水機組的運行臺數(shù)。因此，二次泵系統(tǒng)臺數(shù)控制必須采用冷量控制的方式，其傳感器設置原則與上述一次泵系統(tǒng)冷量控制相類似，如圖2-2-25所示。第141頁/共217頁2．次級泵控制次級泵控制可分為臺數(shù)控制、變速控制和聯(lián)合控制3種。第142頁/共217頁(1)次級泵臺數(shù)控制采用這種方式時，次級泵全部為定速泵，同時還應對壓差進行控制，因此設有壓差旁通電動閥。應注意，壓差旁通閥旁通的水量是次級泵組總供水量與用戶側需水量的差值，通管AB的水量是初級泵組與次級泵組供水量的差值。這兩者是不一樣的。壓差控制旁通閥的情況與一次泵系統(tǒng)相類似。第143頁/共217頁1)壓差控制當系統(tǒng)需水量小于次級泵組運行的總水量時，為了保證次級泵的工作點基本不變，穩(wěn)定用戶環(huán)路，應在次級泵環(huán)路中設旁通電動閥，通過壓差控制旁通水量。當旁通閥全開而供、回水壓差繼續(xù)升高時，則應停止一臺次級泵運行。當系統(tǒng)需水量大于運行的次級泵組總水量時，反映出的結果是旁通閥全關且壓差繼續(xù)下降，這時應增加一臺次級泵投入運行。第144頁/共217頁因此，壓差控制次級泵臺數(shù)時，轉換邊界條件如下：停泵過程：壓差旁通閥全開，壓差仍超過設定值時，則停一臺泵；起泵過程：壓差旁通閥全關，壓差仍低于設定值時，則起動一臺泵。第145頁/共217頁由于壓差的波動較大，測量精度有限(5%~10%)，很顯然，采用這種方式直接控制次級泵時，精度受到一定的限制，且由于必須了解兩個以上的條件參數(shù)(旁通閥的開、閉情況及壓差值)，因而使控制變得較為復雜。第146頁/共217頁2)流量控制

既然用戶側必須設有流量傳感器，因此直接根據(jù)此流量測定值并與每臺次級泵設計流量進行比較，即可方便地得出需要運行的次級泵臺數(shù)。由于流量測量的精度較高，因此這一控制是更為精確的方法。此時旁通閥仍然需要，但它只是用作為水量旁通用而并不參與次級泵臺數(shù)控制。第147頁/共217頁(2)變速控制變速控制是針對次級泵為全變速泵而設置的，其被控參數(shù)既可是次級泵出口壓力，又可是供、回水管的壓差。通過測量被控參數(shù)并與給定值相比較，改變水泵電機頻率，控制水泵轉速。第148頁/共217頁(3)聯(lián)合控制聯(lián)合控制是針對定—變速泵系統(tǒng)而設的，通常這時空調(diào)水系統(tǒng)中是采用一臺變速泵與多臺定速泵組合，其被控參數(shù)既可是壓差也是壓力。這種控制方式，既要控制變速泵轉速，又要控制定速泵的運行臺數(shù)，因此相對來說此方式比上述兩種更為復雜。同時，從控制和節(jié)能要求來看，任何時候變速泵都應保持運行狀態(tài)，且其參數(shù)會隨著定速泵臺數(shù)起停時發(fā)生較大的變化。第149頁/共217頁在變速過程中，如果無控制手段，在用戶側，供、回水壓差的變化將破壞水路系統(tǒng)的水力平衡，甚至使得用戶的電動閥不能正常工作，因此，變速泵控制時，不能采用流量為被控參數(shù)而必須用壓力或壓力差。第150頁/共217頁無論是變速控制還是臺數(shù)控制，在系統(tǒng)初投入時，都應先手動起動一臺次級泵(若有變速泵則應先起動變速泵)，同時監(jiān)控系統(tǒng)供電并自動投入工作狀態(tài)。當實測冷量大于單臺冷水機組的最小冷量要求時，則聯(lián)鎖起動一臺冷水機組及相關設備。第151頁/共217頁2.2.2.3冷卻塔的控制冷卻塔與冷水機組通常是電氣聯(lián)鎖的，但這一聯(lián)鎖并非要求冷卻塔風機必須隨冷水機組同時運行，而只是要求冷卻塔的控制系統(tǒng)投入工作。一旦冷卻回水溫度不能保證時，則自動起動冷卻塔風機。第152頁/共217頁因此，冷卻塔的控制實際上是利用冷卻回水溫度來控制相應的風機(風機作臺數(shù)控制或變速控制)，不受冷水機組運行狀態(tài)的限制(如室外濕球溫度較低時，雖然冷水機組運行，但也可能僅靠水從塔流出后的自然冷卻而不是風機強制冷卻即可滿足水溫要求)，它是一個獨立的控制回路。第153頁/共217頁2.2.2.4熱水系統(tǒng)及冬夏轉換控制1．熱交換器的控制空調(diào)熱水系統(tǒng)與冷水系統(tǒng)相似，通常是以定供水溫度來設計的。因此，控制熱交換器的常見做法是：在二次水出口設溫度傳感器，由此控制一次熱媒的流量。當一次熱媒的水系統(tǒng)為變水量系統(tǒng)時，其控制流量應采用電動兩通閥；若一次熱媒不允許變水量，則應采用電動三通閥。當一次熱媒為熱水時，電動閥調(diào)節(jié)性能應采用等百分比型；一次熱媒為蒸汽時，電動閥應采用直線閥。如果有凝結水預熱器，一般來說作為一次熱媒的凝結水的水量不用再作控制。第154頁/共217頁當系統(tǒng)內(nèi)有多臺熱交換器并聯(lián)使用時，與冷水機組一樣，應在每臺熱交換器二次熱水進口處加電動蝶閥，把不使用的熱交換器水路切斷，保證系統(tǒng)要求的供水溫度。第155頁/共217頁2．冬、夏工況的轉換空調(diào)水系統(tǒng)冬、夏工況的切換只是在兩管制系統(tǒng)中才具有的，通常是通過在冷、熱的回供、回水總管上設置閥門來實現(xiàn)，自動控制設備的使用方式?jīng)Q定了冷、熱水總管的接口位置及切換方式。第156頁/共217頁(1)冷熱計量分開，壓差控制分開這種情況下，冷熱水總管可接入分、集水器(見圖2-2-29)。從切換閥的使用要求來看，當使用標準不高時，可采用手動閥。但如果使用的自動化程度要求較高，尤其是在過渡季有過能要求來回多次切換的系統(tǒng)，為保證切換及時并減少人員操作的工作量，這時應采用電動閥切換。第157頁/共217頁圖2-2-29的一個主要優(yōu)點是冷熱水旁通閥各自獨立，因此各控制設備的均能根據(jù)冷、熱水系統(tǒng)的不同特點來選擇、設置和控制，這對于壓差控制及測量精度都是較高的。這一系統(tǒng)的主要缺點是由于分別計量及控制，使投資相對較大。第158頁/共217頁(2)冷、熱計量及壓差控制冬夏合用這種方式的優(yōu)缺點正好與上一種方式相反(見圖2-2-30)。通常此時冷、熱量計量及測量元件和壓差旁通閥都按夏季來選擇，當用于熱水時，由于流量測量儀表及旁通閥的選擇偏大，將使其對熱水系統(tǒng)的控制和測量精度下降。第159頁/共217頁在這時，冷、熱水切換不應放在分、集水器上而應設在分、集水器之前的供、回水總管上(見圖2-2-30)，以保證前面所述的冷、熱量計算的精度。從實際情況來看，總管通常位于機房上部較高的位置，手動切換是較為困難的。因此，這時通常采用電動閥切換(雙位式閥門，如電動蝶閥等)。同時，壓差控制器應裝在較容易設定及修改冬、夏壓差控制值(通常冬季運行時的控制壓差小于夏季)的地方。第160頁/共217頁在按夏季工況選擇旁通閥后，為了盡可能使其在冬季時的控制較好，這里有必要研究冬季供熱和對熱水系統(tǒng)的設計要求。第161頁/共217頁

圖2-2-29冷、熱水分別控制及計量圖2-2-30冷、熱水合用控制及計量第162頁/共217頁假定夏季、冬季的設計控制壓差分別為ΔＰs、ΔＰd（Ｐa），最大旁通流量分別為ＷS、Ｗd（ｍ3/h），則按夏季選擇時，閥的流通能力為：（2-2-14）第163頁/共217頁按冬季理想控制來選擇，則閥的流通能力為：（2-2-15）第164頁/共217頁由于采用同一旁通閥，因此，同時滿足夏季與冬季控制要求的閥門應是CS=Cd則由上兩式得：ΔPS/ΔPd=(Ws/Wd)2（2-2-16）第165頁/共217頁與夏季壓差旁通控制相同的是：冬季最大旁通量也為一臺二次熱水泵的水量。因此，當ΔＰs、ΔＰd、及WS都已計算出的情況下，可由式2-2-16計算出Wd，這就是二次熱水泵的水量，這一水量即是最為理想的對二次熱水泵的流量要求，在控制過程中，由Wd并根據(jù)總熱負荷及熱水供、回水溫差即可反過來確定出熱交換器及二次熱水泵的臺數(shù)(一一對應)。第166頁/共217頁當然，由此確定熱交換器的臺數(shù)后，還應符合熱交換器的設置原則：一臺熱交換器停止運行時，其余的應保證總供熱量70%以上。如果不能滿足這一原則，則應以此原則決定熱交換臺數(shù)，而犧牲對熱水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。第167頁/共217頁2.2.2.5冷熱源機組設備監(jiān)控系統(tǒng)冷水機組的監(jiān)測與自動控制原理圖如圖2-2-31所示。第168頁/共217頁1．冷水機組的監(jiān)測與自動控制冷凍站一般有多臺冷水機組及其輔助設備，共同構成了冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng),由DDC直接控制每臺冷水機組的運行和監(jiān)測冷凍水、冷卻水系統(tǒng)的流量、溫度和壓力等參數(shù)。第169頁/共217頁冷凍水系統(tǒng)：把冷水機組所制冷凍水經(jīng)冷凍水泵送入分水器，由分水器向各空調(diào)分區(qū)的風機盤管、新風機組或空調(diào)機組供水后返回集水器經(jīng)冷水機組循環(huán)制冷的冷凍水環(huán)路，稱為冷凍水系統(tǒng)。第170頁/共217頁冷卻水是指制冷機的冷凝器和壓縮機的冷卻用水。在高層建筑物內(nèi)通常采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)。冷卻水由冷卻水泵送人冷凍機進行冷卻，然后循環(huán)進入冷卻塔再對冷卻水進行冷卻處理，這個冷卻水環(huán)路稱為冷卻水系統(tǒng)。下面以3臺冷水機組為例，討論冷水機組的監(jiān)測與自動控制系統(tǒng)的構成。第171頁/共217頁(1)冷凍站運行參數(shù)的監(jiān)測1)冷水機組出口冷凍水溫度。采用溫度傳感器測量冷水機組出口水溫度，并在DDC及中央操作站(COS)顯示。2)分水器供水溫度。采用溫度傳感器測量分水器冷凍水溫度，并在DDC及COS顯示。3)集水器回水溫度。采用溫度傳感器測量集水器回水溫度，并在DDC及COS顯示。分水器供水溫度及集水器回水溫度測量值之差的大小，反映了空調(diào)房間冷(熱)負荷的大小。第172頁/共217頁4)冷卻水泵進口水溫度。采用溫度傳感器測量冷卻水泵進口溫度，并在DDC及COS顯示。5)冷水機組出口冷卻水溫度。采用溫度傳感器測量冷水機組出口冷卻水溫度，并在DDC和COS顯示。冷卻水泵進口水溫度與冷水機組冷卻水管出口水溫之差，間接反映了冷負荷的變化，同時也反映了冷卻塔的冷卻效率。6)冷水機組出口冷凍水壓力。采用壓力變送器測量冷凍水壓力，并在DDC和COS顯示。第173頁/共217頁7)冷凍水回水流量。采有電磁流量計測量冷凍水回水流量，并在DDC和COS顯示、計算。流量測量當采用節(jié)流孔板時，現(xiàn)場應增加差壓變送器或流量變送器。8)旁通電動閥開度顯示。取V101旁通電動閥反饋信號(0～10V)作為閥門開度顯示信號。第174頁/共217頁9)冷水機組，冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔運行狀態(tài)顯示及故障報警。冷水機組，冷卻塔的運行狀態(tài)信號取自主電路接觸器輔助接點。冷凍水泵、冷卻水泵的運行狀態(tài)是采用FSl01~FSl06流量開關進行監(jiān)測的。當水泵接受起動指令后開始運行，其出口管內(nèi)即有水流，流量開關在流體動能作用下迅速閉合，輸出接點信號顯示水泵確實進入工作狀態(tài)。利用流量開關測量水泵的工作狀態(tài)要比采用接觸器輔助接點可靠的多，但要增加投資，故僅在主設備上采用。第175頁/共217頁故障報警信號取自冷水機組，冷凍(卻)水泵、冷卻塔電機主電路熱繼電器的輔助常開接點。第176頁/共217頁(2)冷水機組運行參數(shù)的自動控制1)冷卻水環(huán)路壓差的自動控制。為了保證冷凍水泵流量和冷水機組的水量穩(wěn)定，通常采用固定供回水壓差的辦法。當負荷降低時，用水量下降，供水管道壓力上升；當供、回水管壓差超過限定值時，壓差控制器動作，DDC根據(jù)此信號開啟分水器與集水器之間連通管上的電動旁通閥，使冷凍水痙旁通閥流回集水器，減小了系統(tǒng)的壓差。當壓差回到設定值以下時，旁通閥關斷。第177頁/共217頁2)冷水機組的節(jié)能控制。測量冷水機組供、回水溫度及回水流量，計算空調(diào)實際所需冷負荷。根據(jù)冷負荷決定冷水機開啟臺數(shù)。第178頁/共217頁根據(jù)水的冷量計算公武

Q=41．868×L×(CPtl×T1-CPt2×T2)(2-2-17)式中Q-空調(diào)所需要的冷負荷(Kw/h)；

L-冷水機組回水流量(m3/h)；

T1-冷水機組供水管流量(m3／h)；

T2-冷水機組供水管溫度(m3／h)；

CPt1-對應于T1時水的比熱容(kJ／kg·℃)CPt2-對應于T2時水的比熱容(kJ／kg·℃)第179頁/共217頁由上式知道，當空調(diào)所需冷負荷增加，回水溫度T2下降，溫差ΔT=(T1-T2)就會加大，因此Q值上升。當空調(diào)所需冷負荷減少，T2上升，ΔT下降，此時Q值也下降。第180頁/共217頁當冷水機組進入穩(wěn)態(tài)運行后，建筑物自動化系統(tǒng)實時進行冷負荷計算。根據(jù)冷負荷情況自動控制冷水機組，冷凍水泵的起、停臺數(shù)，從而達到節(jié)能的目的。另外DDC還可進行冷負荷計算，可分時段查閱冷負荷總量。第181頁/共217頁(3)冷水機組的聯(lián)鎖控制為了保證機組的安全運行，對冷水機組及輔機實施起、停聯(lián)鎖控制。1)起動順序控制。冷卻塔→冷卻水泵→冷凍水泵→冷水機組。2)停機順序控制。冷水機組→冷凍水泵→冷卻水泵→冷卻塔。第182頁/共217頁圖2-2-31冷水機組的檢測與自動控制原理圖第183頁/共217頁2．鍋爐機組的監(jiān)測與自動控制在夏季制冷、冬季采暖的建筑物中，當制冷設備采用離心式冷水機組或螺桿式冷水機組時，冬季采暖在沒有外來熱源的情況下就要依賴于鍋爐房。下面以4臺電鍋爐為例，討論鍋爐機組的監(jiān)測與自動控制。鍋爐機組的監(jiān)測和自動控制原理圖如圖2-2-32所示。第184頁/共217頁(1)鍋爐運行參數(shù)的檢測1)鍋爐出口熱水溫度。采用TE201~TE204鉑電阻測量鍋爐出口水溫度DDC和COS顯示，超