节能视角下PLC中央空调系统分析

余圣虎

摘要：随着现代建筑室内环境要求的不断提升，中央空调成为了一种必要的机电系统。随之而来的是建筑能耗的显著提高。基于上述背景，中央空调系统的节能属性显得尤为重要。本文以此为目标，对基于PLC系统的设计与具体应用进行分析，旨在为后续的研究与实现提供必要基础。

关键词：中央空调；PLC；节能；系统分析

中央空调是现代室内气温调节的主要方式，由于其集中式处置方式与分体空调相比具有效果较好、稳定性强等特征。然而，中央空调的大范围使用也在客观上增加了建筑的自身能耗，进而产生了大量的额外成本。为了从根本上解决上述问题，提高中央空调的使用效能，利用PLC形成智能化体系达到节能的目的成为了一种可行方式。基于上述背景，本文在系统分析中央空调节能特征的基础上，对PLC系统的设计与应用进行分析，旨在为后续的建设与应用提供基本遵循。

一、中央空调系统能耗及节能可能

从根本上解决中央空调系统能耗问题则需要我们对空调的能耗特征及其节能可能性加以分析。从能量守恒的角度来看，决定系统能耗的关键因素在于需求与转化率。需求降低则总体能耗降低；转化率提升则系统能源的应用效率提升，有效能耗占比增加。从上述的两个基本点出发，我们需要格外注意中央空调在能源小号过程中的如下特征：一是中央空调的压缩循环动力单元是其能耗的主要来源。这就直接导致了其循环总量与能耗呈现出显著的正相关关系；二是中央空调在设计的过程中最大负载的10%-20%为设计余量，虽然在部分可调节空调中对该部分进行了一定的控制，但是也无法满足其节能效果；三是工况运行状态是能耗的主要节约节点。在在系统能耗计算过程中，往往默认温差在自流向运动过程中不产生能耗。而循环速率与温差梯度之间的匹配度成为了控制空调循环系统开关的有效方式。通过此种模式，能够避免小梯度，高循环的高能耗模式。

除了上述所讨论的相关能耗来源与可能的节能位点之外，在具体空调设计过程中循环泵组自身的能耗选择、制冷剂选择、管道保溫、自动室内调节等相关系统相关。故而，在复杂的系统功能下更需要利用PLC技术来予以综合性调节，在系统建设的基础上达成各个环节的综合节能调节目的。

二、基于PLC的节能系统分析

水泵变频节能改造需要用到PLC，因此还可以附带的增加做一些其他功能，比如整个系统主机和水泵、冷却塔联动，短信报警，远程控制等，让系统更智能化、自动化。在具体设计与应用过程中需要从如下几方面入手：

第一，利用PLC控制系统与主机控制联动，达到智能化或自动化中央空调的制冷主机控制系统一般只能控制本机的开停，无法自动让水泵提前开启或滞后关闭，由于PLC控制变频器只需要模拟量端口及少量I/O端口。剩余的I/O口则可以给控制主机控制信号，也可以接收主机反馈过来的信号，这样我们就可以实现联动。通过此种模式来有效的形成系统控制与信息反馈的双联动。在实际的设计过程中通过双通道模式来形成实现，如采用Q0.0的信号端口可以控制主机的开停（连接主机设备提供的外接控制端口，或通过中间继电器并联间接发出控制信号。同样I0.0可以接收主机反馈的信号），如此就可以实现联动和智能化控制。

另外，根据需求可以增加GPRSDTU模块，实现故障报警发送至指定手机以及实现手机或PC远程监视和控制开停机，存档温度数据等。

第二，通过PLC控制器实现水泵组的智能控制。通过上文的分析我们可以看出水泵组的循环能耗是解决节能的关键。利用PLC系统可以实现对循环冷却液温度的监控，根据可供调节的需求温度设定获得稳定的温度差。而在温度差判断的基础上来形成水泵组的开关自我控制，最终达到变频节能的根本目的。在实际的设计过程中通过采样器的周期性设定（一般不超过30s）而活动稳定的循环温度曲线，利用室内控制的权重最值形成阙值指标，以此为控制形成水泵组的开关与输出电压，进而达到综合控制的根本目的。

第三，通过PLC控制器实现水泵组的变频控制。除了开关控制（流量控制）之外，通过对水泵组的变频控制（流速控制）也能够在满足中央空调对室内气温调节要求的基础上实现有效的节能。其具体设计是通过监控制冷剂的压缩比来形成更为科学的水泵频率曲线。而利用曲线的控制形成其与输出温度的有效对应。此种对应关系则可以建立在对室内温度的监控基础上。通过此种模式能够有效的增加或者减少恒定温度下的能源输送，最终达到合理稳定室内气温的根本目的。以夏季制冷为例，如在实际的设计过程中冷却剂温度在7～12摄氏度之间。而室内温度设定在25摄氏度，则可以看出其温度差在13～18摄氏度的区间范围内，而该区间范围则可以稳定在额定频率输出的60%左右范围之内。故而在考虑制冷系统蒸发温度与蒸发压力的前提下，最大压缩比使之在4.5～5.0Bar之间进行波动既可以满足系统需求。而在PLC引入的条件下，系统除了对冷却液温度进行监控之外，还可以对室内的实际温度进行监控，基于普遍数据与建筑温度恒定设计则可以相对灵活的调节水泵组的频率。

除了上述的三点之外，PLC系统还能够有效的支持后续可能出现的功能拓展，如检测指标的实时显示；控制系统的交互界面、自动情节与运行状态报警等功能。通过上述的建设进一步增加中央空调系统的智能化与自动化。与此同时，还能给形成手动控制与自动控制之间的有效切换，最终实现能耗效益的最大化。

三、总结

中央空调被广泛的应用于商业建筑内，近年来部分民用住宅也有应用中央空调集中调节的趋势。通过本文的研究我们发现利用PLC构建空调控制系统能够有效在其警报、水泵组开关及变频方面形成有效的控制，进而综合提高相关系统的节能效果。在未来一定时期内，该系统值得推广。

参考文献：

[1]陈武.PLC与变频器在中央空调系统节能系统的应用[J].科技风，2017，（12）：285-286.

[2]于然.节能视角下的空调暖通系统工程管理与技术分析[J].科技创新与应用，2017，（17）：233.