中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計(jì)與開發(fā)

姜國偉　趙薇　趙辛

摘 要：中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺是各大、中專院校在專業(yè)教學(xué)及相關(guān)科研中必不可少的實(shí)驗(yàn)平臺。目前市場上存在的實(shí)驗(yàn)平臺大部分是模型化設(shè)計(jì)，與工程實(shí)際存在一定的差距。在教學(xué)及科研中也暴露出很大的局限性。針對這樣的不足，我們提出一種廉價(jià)的貼近工程實(shí)際的中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；實(shí)驗(yàn)平臺；計(jì)算機(jī)控制；空氣處理

1 引言

中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺主要是為建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及相關(guān)科研專門開發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺，該實(shí)驗(yàn)平臺具有專業(yè)性強(qiáng)、功能完善、自動(dòng)化程度高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。適合自主開發(fā)，能有針對性的將暖通空調(diào)理論教學(xué)與工程實(shí)踐相結(jié)合。

2 系統(tǒng)流程及方案設(shè)計(jì)

2.1 水系統(tǒng)流程及方案設(shè)計(jì)

圖1為該實(shí)驗(yàn)平臺的水系統(tǒng)流程圖。主要設(shè)計(jì)思路是夏季利用壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)制空調(diào)冷凍水，冬季利用電加熱裝置制空調(diào)熱水?？照{(diào)冷凍水系統(tǒng)供水控制溫度設(shè)計(jì)為7±1℃，空調(diào)熱水供水控制溫度設(shè)計(jì)為50±3℃?？紤]空調(diào)冷凍水系統(tǒng)水容量比較小，在冷凍水系統(tǒng)循環(huán)管道中增加了一套蓄水箱，體積為0.3-0.5M3，主要目的一是為了防止壓縮機(jī)工作過程頻繁啟停，二是可以使空調(diào)冷凍水溫度控制精度更高。

作為中央空調(diào)的核心裝置冷水機(jī)組，市場價(jià)格少則上萬多則幾十萬，本設(shè)計(jì)主要目的為教學(xué)實(shí)驗(yàn)用，因此充分考慮了成本問題，自行設(shè)計(jì)了風(fēng)冷冷水機(jī)組，采用分體式空調(diào)KFP-5的外機(jī)，其內(nèi)部已經(jīng)集成了壓縮機(jī)，風(fēng)冷冷凝器，毛細(xì)管節(jié)流裝置，最大制冷量10.5kW，蒸發(fā)器采用小型的釬焊板式換熱器，換熱量要求12KW以上。在安裝過程中除了在制冷循環(huán)的各個(gè)部位安裝溫度傳感器外，還可以在制冷劑管道上配置壓力表，以便在工作過程中隨時(shí)跟蹤制冷劑循環(huán)各點(diǎn)的壓力與溫度的變化。如果在選擇分體空調(diào)時(shí)機(jī)組帶制熱功能，可以通過切換四通換向閥門使該機(jī)組制熱水，滿足冬季供熱需要。分體式空調(diào)外機(jī)與外部蒸發(fā)器實(shí)際連接如圖2所示，從分體式空調(diào)外機(jī)接入釬焊板式換熱器的制冷劑管道應(yīng)該從下往上流，這樣一方面可以增加制冷劑與水的換熱時(shí)間，從而增加制冷量；另一方面可以使冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)充分蒸發(fā)，使回壓縮機(jī)的制冷劑全為氣體，保證機(jī)組運(yùn)行安全。

2.2 風(fēng)系統(tǒng)流程及方案設(shè)計(jì)

圖3為該實(shí)驗(yàn)平臺的風(fēng)系統(tǒng)流程圖。主要由空調(diào)處理機(jī)組、風(fēng)道及空調(diào)房間組成?？照{(diào)處理機(jī)組由初效過濾器、表冷器、電極式加濕器、離心風(fēng)機(jī)、多級加熱器及中效過濾器及外殼組成。空調(diào)處理機(jī)組在制作時(shí)采用上側(cè)面為活動(dòng)蓋板，方便學(xué)生自由拆卸，以便進(jìn)行觀察與維護(hù)。實(shí)際制作的空調(diào)處理機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

空調(diào)房間為獨(dú)立的密閉房間，可以根據(jù)制冷主機(jī)容量的大小選擇15-50m2大小的房間，房間內(nèi)設(shè)置可移動(dòng)支架用于安裝風(fēng)速及溫濕度傳感器?？照{(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)口采用散流器送風(fēng)，回風(fēng)口采用單百葉回風(fēng)口。風(fēng)管道中的三個(gè)風(fēng)閥可以調(diào)節(jié)使系統(tǒng)處于三種工作模式，即全新風(fēng)模式、一次回風(fēng)模式及全回風(fēng)模式。夏季機(jī)組工作原理：空氣經(jīng)過表冷器被冷卻至機(jī)器露點(diǎn)溫度，再經(jīng)過多級加熱器的加熱，使空氣達(dá)到送風(fēng)溫度及濕度要求進(jìn)行送風(fēng)。冬季機(jī)組工作原理：空氣經(jīng)過表冷器后被加熱，再經(jīng)加濕器的加濕，使空氣達(dá)到送風(fēng)溫度及濕度要求后進(jìn)行送風(fēng)。通過初、中效過濾器可以有效的將空氣中的塵埃過濾，達(dá)到一定的潔凈要求。

3 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)該空調(diào)控制系統(tǒng)時(shí)，充分考慮了實(shí)用性及實(shí)驗(yàn)性，設(shè)計(jì)了2套控制系統(tǒng)，一套為電控制柜上的基本功能控制系統(tǒng)，可以在計(jì)算機(jī)癱瘓狀態(tài)下，通過手動(dòng)啟動(dòng)正常運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng)。另外又利用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)設(shè)計(jì)了一套強(qiáng)大的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)智能監(jiān)測。

3.1 控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示。計(jì)算機(jī)通過RS232/RS485接口與現(xiàn)場控制設(shè)備建立連接。其中單總線數(shù)據(jù)采集器主要采集單總線溫度及濕度數(shù)據(jù)，可以同時(shí)采集幾十路溫度及濕度數(shù)據(jù)，在該空調(diào)系統(tǒng)中我們設(shè)置了9個(gè)溫度點(diǎn)及6個(gè)溫濕度點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)采集不同位置的溫度及濕度數(shù)據(jù)。開關(guān)量控制采集器主要用來控制水泵、制冷主機(jī)、模擬電熱鍋爐等設(shè)備的啟停，同時(shí)采集開關(guān)量設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況的反饋數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行是否正常。模擬量數(shù)據(jù)控制器主要功能是控制閥門的開度及變頻器的頻率，如通過控制器輸出電壓0-10V，調(diào)節(jié)閥門使之在0-100%間變化。模擬量數(shù)據(jù)采集器是采集閥門實(shí)際的位置反饋量、空調(diào)水流量及房間風(fēng)速等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)中的模擬量數(shù)據(jù)。 夏季相對濕度控制是應(yīng)用系統(tǒng)采集到的溫濕度經(jīng)過計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)算分析，將控制信號輸出給開關(guān)量控制采集器，通過PWM可調(diào)脈寬輸出控制固態(tài)繼電器，進(jìn)而達(dá)到控制多級加熱器的加熱量，穩(wěn)定控制夏季空調(diào)的相對濕度；冬季相對濕度的控制是通過電極式加濕器對空氣進(jìn)行加濕處理。

3.2 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

軟件系統(tǒng)采用VC編寫，通過VC自帶串口控件MSComm與現(xiàn)場控制及數(shù)據(jù)采集設(shè)備建立串口通信。由計(jì)算機(jī)組建的控制系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集各點(diǎn)溫度及濕度、空調(diào)水流量、房間風(fēng)速等數(shù)據(jù)，并保存到數(shù)據(jù)庫中，計(jì)算機(jī)軟件通過采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理后，輸出控制指令，啟動(dòng)或者關(guān)閉開關(guān)設(shè)備及調(diào)整閥門開度等，使空調(diào)系統(tǒng)處理安全運(yùn)行狀態(tài)。計(jì)算機(jī)軟件主界面如圖6所示，按照實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)，運(yùn)行過程中以動(dòng)畫模擬的方式顯示各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及管道中介質(zhì)的流動(dòng)，具有極高的人機(jī)交互界面。由于硬件設(shè)計(jì)時(shí)，均采用了標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)，充分考慮了學(xué)生自行搭建空調(diào)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的需求，可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中充分發(fā)揮想象力，自行應(yīng)用MCGS、組態(tài)王等組態(tài)軟件自行組態(tài)控制系統(tǒng)。

4 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺是一個(gè)綜合性的實(shí)驗(yàn)平臺，可以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)包括：中央空調(diào)溫濕度控制實(shí)驗(yàn)，房間內(nèi)各點(diǎn)溫度濕度及潔凈度測量實(shí)驗(yàn)、房間內(nèi)溫度變化與控制閥門開度大小關(guān)系實(shí)驗(yàn)、制冷循環(huán)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、供冷熱量計(jì)量實(shí)驗(yàn)、管道及房間內(nèi)風(fēng)速測量實(shí)驗(yàn)、中央空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、閥門PID控制實(shí)驗(yàn)、風(fēng)機(jī)變頻控制實(shí)驗(yàn)、制冷熱系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)、中央空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)等等。

5 結(jié)束語

通過師生一起共建實(shí)驗(yàn)室平臺，不僅可以提高學(xué)生的實(shí)踐能力，而且還可以促進(jìn)教師教學(xué)與科研實(shí)踐相集合，提高教學(xué)質(zhì)量。經(jīng)過多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)驗(yàn)證，本實(shí)驗(yàn)平臺在實(shí)際運(yùn)行過程中，運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果另人滿意。

參考文獻(xiàn)

[1]張吉光，王利，史自強(qiáng).空調(diào)送風(fēng)口送風(fēng)量的測試方法[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2003（6）.

[2]任秀宏，王林，鄭立國.空調(diào)表冷器熱工性能測試系統(tǒng)的研制[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011（5）.

作者簡介：姜國偉（1977-），男，遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)師。endprint

摘 要：中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺是各大、中專院校在專業(yè)教學(xué)及相關(guān)科研中必不可少的實(shí)驗(yàn)平臺。目前市場上存在的實(shí)驗(yàn)平臺大部分是模型化設(shè)計(jì)，與工程實(shí)際存在一定的差距。在教學(xué)及科研中也暴露出很大的局限性。針對這樣的不足，我們提出一種廉價(jià)的貼近工程實(shí)際的中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；實(shí)驗(yàn)平臺；計(jì)算機(jī)控制；空氣處理

1 引言

中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺主要是為建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及相關(guān)科研專門開發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺，該實(shí)驗(yàn)平臺具有專業(yè)性強(qiáng)、功能完善、自動(dòng)化程度高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。適合自主開發(fā)，能有針對性的將暖通空調(diào)理論教學(xué)與工程實(shí)踐相結(jié)合。

2 系統(tǒng)流程及方案設(shè)計(jì)

2.1 水系統(tǒng)流程及方案設(shè)計(jì)

圖1為該實(shí)驗(yàn)平臺的水系統(tǒng)流程圖。主要設(shè)計(jì)思路是夏季利用壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)制空調(diào)冷凍水，冬季利用電加熱裝置制空調(diào)熱水。空調(diào)冷凍水系統(tǒng)供水控制溫度設(shè)計(jì)為7±1℃，空調(diào)熱水供水控制溫度設(shè)計(jì)為50±3℃?？紤]空調(diào)冷凍水系統(tǒng)水容量比較小，在冷凍水系統(tǒng)循環(huán)管道中增加了一套蓄水箱，體積為0.3-0.5M3，主要目的一是為了防止壓縮機(jī)工作過程頻繁啟停，二是可以使空調(diào)冷凍水溫度控制精度更高。

作為中央空調(diào)的核心裝置冷水機(jī)組，市場價(jià)格少則上萬多則幾十萬，本設(shè)計(jì)主要目的為教學(xué)實(shí)驗(yàn)用，因此充分考慮了成本問題，自行設(shè)計(jì)了風(fēng)冷冷水機(jī)組，采用分體式空調(diào)KFP-5的外機(jī)，其內(nèi)部已經(jīng)集成了壓縮機(jī)，風(fēng)冷冷凝器，毛細(xì)管節(jié)流裝置，最大制冷量10.5kW，蒸發(fā)器采用小型的釬焊板式換熱器，換熱量要求12KW以上。在安裝過程中除了在制冷循環(huán)的各個(gè)部位安裝溫度傳感器外，還可以在制冷劑管道上配置壓力表，以便在工作過程中隨時(shí)跟蹤制冷劑循環(huán)各點(diǎn)的壓力與溫度的變化。如果在選擇分體空調(diào)時(shí)機(jī)組帶制熱功能，可以通過切換四通換向閥門使該機(jī)組制熱水，滿足冬季供熱需要。分體式空調(diào)外機(jī)與外部蒸發(fā)器實(shí)際連接如圖2所示，從分體式空調(diào)外機(jī)接入釬焊板式換熱器的制冷劑管道應(yīng)該從下往上流，這樣一方面可以增加制冷劑與水的換熱時(shí)間，從而增加制冷量；另一方面可以使冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)充分蒸發(fā)，使回壓縮機(jī)的制冷劑全為氣體，保證機(jī)組運(yùn)行安全。

2.2 風(fēng)系統(tǒng)流程及方案設(shè)計(jì)

圖3為該實(shí)驗(yàn)平臺的風(fēng)系統(tǒng)流程圖。主要由空調(diào)處理機(jī)組、風(fēng)道及空調(diào)房間組成?？照{(diào)處理機(jī)組由初效過濾器、表冷器、電極式加濕器、離心風(fēng)機(jī)、多級加熱器及中效過濾器及外殼組成?？照{(diào)處理機(jī)組在制作時(shí)采用上側(cè)面為活動(dòng)蓋板，方便學(xué)生自由拆卸，以便進(jìn)行觀察與維護(hù)。實(shí)際制作的空調(diào)處理機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

空調(diào)房間為獨(dú)立的密閉房間，可以根據(jù)制冷主機(jī)容量的大小選擇15-50m2大小的房間，房間內(nèi)設(shè)置可移動(dòng)支架用于安裝風(fēng)速及溫濕度傳感器?？照{(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)口采用散流器送風(fēng)，回風(fēng)口采用單百葉回風(fēng)口。風(fēng)管道中的三個(gè)風(fēng)閥可以調(diào)節(jié)使系統(tǒng)處于三種工作模式，即全新風(fēng)模式、一次回風(fēng)模式及全回風(fēng)模式。夏季機(jī)組工作原理：空氣經(jīng)過表冷器被冷卻至機(jī)器露點(diǎn)溫度，再經(jīng)過多級加熱器的加熱，使空氣達(dá)到送風(fēng)溫度及濕度要求進(jìn)行送風(fēng)。冬季機(jī)組工作原理：空氣經(jīng)過表冷器后被加熱，再經(jīng)加濕器的加濕，使空氣達(dá)到送風(fēng)溫度及濕度要求后進(jìn)行送風(fēng)。通過初、中效過濾器可以有效的將空氣中的塵埃過濾，達(dá)到一定的潔凈要求。

3 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)該空調(diào)控制系統(tǒng)時(shí)，充分考慮了實(shí)用性及實(shí)驗(yàn)性，設(shè)計(jì)了2套控制系統(tǒng)，一套為電控制柜上的基本功能控制系統(tǒng)，可以在計(jì)算機(jī)癱瘓狀態(tài)下，通過手動(dòng)啟動(dòng)正常運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng)。另外又利用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)設(shè)計(jì)了一套強(qiáng)大的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)智能監(jiān)測。

3.1 控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示。計(jì)算機(jī)通過RS232/RS485接口與現(xiàn)場控制設(shè)備建立連接。其中單總線數(shù)據(jù)采集器主要采集單總線溫度及濕度數(shù)據(jù)，可以同時(shí)采集幾十路溫度及濕度數(shù)據(jù)，在該空調(diào)系統(tǒng)中我們設(shè)置了9個(gè)溫度點(diǎn)及6個(gè)溫濕度點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)采集不同位置的溫度及濕度數(shù)據(jù)。開關(guān)量控制采集器主要用來控制水泵、制冷主機(jī)、模擬電熱鍋爐等設(shè)備的啟停，同時(shí)采集開關(guān)量設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況的反饋數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行是否正常。模擬量數(shù)據(jù)控制器主要功能是控制閥門的開度及變頻器的頻率，如通過控制器輸出電壓0-10V，調(diào)節(jié)閥門使之在0-100%間變化。模擬量數(shù)據(jù)采集器是采集閥門實(shí)際的位置反饋量、空調(diào)水流量及房間風(fēng)速等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)中的模擬量數(shù)據(jù)。 夏季相對濕度控制是應(yīng)用系統(tǒng)采集到的溫濕度經(jīng)過計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)算分析，將控制信號輸出給開關(guān)量控制采集器，通過PWM可調(diào)脈寬輸出控制固態(tài)繼電器，進(jìn)而達(dá)到控制多級加熱器的加熱量，穩(wěn)定控制夏季空調(diào)的相對濕度；冬季相對濕度的控制是通過電極式加濕器對空氣進(jìn)行加濕處理。

3.2 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

軟件系統(tǒng)采用VC編寫，通過VC自帶串口控件MSComm與現(xiàn)場控制及數(shù)據(jù)采集設(shè)備建立串口通信。由計(jì)算機(jī)組建的控制系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集各點(diǎn)溫度及濕度、空調(diào)水流量、房間風(fēng)速等數(shù)據(jù)，并保存到數(shù)據(jù)庫中，計(jì)算機(jī)軟件通過采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理后，輸出控制指令，啟動(dòng)或者關(guān)閉開關(guān)設(shè)備及調(diào)整閥門開度等，使空調(diào)系統(tǒng)處理安全運(yùn)行狀態(tài)。計(jì)算機(jī)軟件主界面如圖6所示，按照實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)，運(yùn)行過程中以動(dòng)畫模擬的方式顯示各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及管道中介質(zhì)的流動(dòng)，具有極高的人機(jī)交互界面。由于硬件設(shè)計(jì)時(shí)，均采用了標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)，充分考慮了學(xué)生自行搭建空調(diào)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的需求，可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中充分發(fā)揮想象力，自行應(yīng)用MCGS、組態(tài)王等組態(tài)軟件自行組態(tài)控制系統(tǒng)。

4 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺是一個(gè)綜合性的實(shí)驗(yàn)平臺，可以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)包括：中央空調(diào)溫濕度控制實(shí)驗(yàn)，房間內(nèi)各點(diǎn)溫度濕度及潔凈度測量實(shí)驗(yàn)、房間內(nèi)溫度變化與控制閥門開度大小關(guān)系實(shí)驗(yàn)、制冷循環(huán)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、供冷熱量計(jì)量實(shí)驗(yàn)、管道及房間內(nèi)風(fēng)速測量實(shí)驗(yàn)、中央空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、閥門PID控制實(shí)驗(yàn)、風(fēng)機(jī)變頻控制實(shí)驗(yàn)、制冷熱系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)、中央空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)等等。

5 結(jié)束語

通過師生一起共建實(shí)驗(yàn)室平臺，不僅可以提高學(xué)生的實(shí)踐能力，而且還可以促進(jìn)教師教學(xué)與科研實(shí)踐相集合，提高教學(xué)質(zhì)量。經(jīng)過多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)驗(yàn)證，本實(shí)驗(yàn)平臺在實(shí)際運(yùn)行過程中，運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果另人滿意。

參考文獻(xiàn)

[1]張吉光，王利，史自強(qiáng).空調(diào)送風(fēng)口送風(fēng)量的測試方法[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2003（6）.

[2]任秀宏，王林，鄭立國.空調(diào)表冷器熱工性能測試系統(tǒng)的研制[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011（5）.

作者簡介：姜國偉（1977-），男，遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)師。endprint

摘 要：中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺是各大、中專院校在專業(yè)教學(xué)及相關(guān)科研中必不可少的實(shí)驗(yàn)平臺。目前市場上存在的實(shí)驗(yàn)平臺大部分是模型化設(shè)計(jì)，與工程實(shí)際存在一定的差距。在教學(xué)及科研中也暴露出很大的局限性。針對這樣的不足，我們提出一種廉價(jià)的貼近工程實(shí)際的中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；實(shí)驗(yàn)平臺；計(jì)算機(jī)控制；空氣處理

1 引言

中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺主要是為建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及相關(guān)科研專門開發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺，該實(shí)驗(yàn)平臺具有專業(yè)性強(qiáng)、功能完善、自動(dòng)化程度高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。適合自主開發(fā)，能有針對性的將暖通空調(diào)理論教學(xué)與工程實(shí)踐相結(jié)合。

2 系統(tǒng)流程及方案設(shè)計(jì)

2.1 水系統(tǒng)流程及方案設(shè)計(jì)

圖1為該實(shí)驗(yàn)平臺的水系統(tǒng)流程圖。主要設(shè)計(jì)思路是夏季利用壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)制空調(diào)冷凍水，冬季利用電加熱裝置制空調(diào)熱水。空調(diào)冷凍水系統(tǒng)供水控制溫度設(shè)計(jì)為7±1℃，空調(diào)熱水供水控制溫度設(shè)計(jì)為50±3℃。考慮空調(diào)冷凍水系統(tǒng)水容量比較小，在冷凍水系統(tǒng)循環(huán)管道中增加了一套蓄水箱，體積為0.3-0.5M3，主要目的一是為了防止壓縮機(jī)工作過程頻繁啟停，二是可以使空調(diào)冷凍水溫度控制精度更高。

作為中央空調(diào)的核心裝置冷水機(jī)組，市場價(jià)格少則上萬多則幾十萬，本設(shè)計(jì)主要目的為教學(xué)實(shí)驗(yàn)用，因此充分考慮了成本問題，自行設(shè)計(jì)了風(fēng)冷冷水機(jī)組，采用分體式空調(diào)KFP-5的外機(jī)，其內(nèi)部已經(jīng)集成了壓縮機(jī)，風(fēng)冷冷凝器，毛細(xì)管節(jié)流裝置，最大制冷量10.5kW，蒸發(fā)器采用小型的釬焊板式換熱器，換熱量要求12KW以上。在安裝過程中除了在制冷循環(huán)的各個(gè)部位安裝溫度傳感器外，還可以在制冷劑管道上配置壓力表，以便在工作過程中隨時(shí)跟蹤制冷劑循環(huán)各點(diǎn)的壓力與溫度的變化。如果在選擇分體空調(diào)時(shí)機(jī)組帶制熱功能，可以通過切換四通換向閥門使該機(jī)組制熱水，滿足冬季供熱需要。分體式空調(diào)外機(jī)與外部蒸發(fā)器實(shí)際連接如圖2所示，從分體式空調(diào)外機(jī)接入釬焊板式換熱器的制冷劑管道應(yīng)該從下往上流，這樣一方面可以增加制冷劑與水的換熱時(shí)間，從而增加制冷量；另一方面可以使冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)充分蒸發(fā)，使回壓縮機(jī)的制冷劑全為氣體，保證機(jī)組運(yùn)行安全。

2.2 風(fēng)系統(tǒng)流程及方案設(shè)計(jì)

圖3為該實(shí)驗(yàn)平臺的風(fēng)系統(tǒng)流程圖。主要由空調(diào)處理機(jī)組、風(fēng)道及空調(diào)房間組成。空調(diào)處理機(jī)組由初效過濾器、表冷器、電極式加濕器、離心風(fēng)機(jī)、多級加熱器及中效過濾器及外殼組成?？照{(diào)處理機(jī)組在制作時(shí)采用上側(cè)面為活動(dòng)蓋板，方便學(xué)生自由拆卸，以便進(jìn)行觀察與維護(hù)。實(shí)際制作的空調(diào)處理機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

空調(diào)房間為獨(dú)立的密閉房間，可以根據(jù)制冷主機(jī)容量的大小選擇15-50m2大小的房間，房間內(nèi)設(shè)置可移動(dòng)支架用于安裝風(fēng)速及溫濕度傳感器?？照{(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)口采用散流器送風(fēng)，回風(fēng)口采用單百葉回風(fēng)口。風(fēng)管道中的三個(gè)風(fēng)閥可以調(diào)節(jié)使系統(tǒng)處于三種工作模式，即全新風(fēng)模式、一次回風(fēng)模式及全回風(fēng)模式。夏季機(jī)組工作原理：空氣經(jīng)過表冷器被冷卻至機(jī)器露點(diǎn)溫度，再經(jīng)過多級加熱器的加熱，使空氣達(dá)到送風(fēng)溫度及濕度要求進(jìn)行送風(fēng)。冬季機(jī)組工作原理：空氣經(jīng)過表冷器后被加熱，再經(jīng)加濕器的加濕，使空氣達(dá)到送風(fēng)溫度及濕度要求后進(jìn)行送風(fēng)。通過初、中效過濾器可以有效的將空氣中的塵埃過濾，達(dá)到一定的潔凈要求。

3 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)該空調(diào)控制系統(tǒng)時(shí)，充分考慮了實(shí)用性及實(shí)驗(yàn)性，設(shè)計(jì)了2套控制系統(tǒng)，一套為電控制柜上的基本功能控制系統(tǒng)，可以在計(jì)算機(jī)癱瘓狀態(tài)下，通過手動(dòng)啟動(dòng)正常運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng)。另外又利用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)設(shè)計(jì)了一套強(qiáng)大的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)智能監(jiān)測。

3.1 控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示。計(jì)算機(jī)通過RS232/RS485接口與現(xiàn)場控制設(shè)備建立連接。其中單總線數(shù)據(jù)采集器主要采集單總線溫度及濕度數(shù)據(jù)，可以同時(shí)采集幾十路溫度及濕度數(shù)據(jù)，在該空調(diào)系統(tǒng)中我們設(shè)置了9個(gè)溫度點(diǎn)及6個(gè)溫濕度點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)采集不同位置的溫度及濕度數(shù)據(jù)。開關(guān)量控制采集器主要用來控制水泵、制冷主機(jī)、模擬電熱鍋爐等設(shè)備的啟停，同時(shí)采集開關(guān)量設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況的反饋數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行是否正常。模擬量數(shù)據(jù)控制器主要功能是控制閥門的開度及變頻器的頻率，如通過控制器輸出電壓0-10V，調(diào)節(jié)閥門使之在0-100%間變化。模擬量數(shù)據(jù)采集器是采集閥門實(shí)際的位置反饋量、空調(diào)水流量及房間風(fēng)速等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)中的模擬量數(shù)據(jù)。 夏季相對濕度控制是應(yīng)用系統(tǒng)采集到的溫濕度經(jīng)過計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)算分析，將控制信號輸出給開關(guān)量控制采集器，通過PWM可調(diào)脈寬輸出控制固態(tài)繼電器，進(jìn)而達(dá)到控制多級加熱器的加熱量，穩(wěn)定控制夏季空調(diào)的相對濕度；冬季相對濕度的控制是通過電極式加濕器對空氣進(jìn)行加濕處理。

3.2 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

軟件系統(tǒng)采用VC編寫，通過VC自帶串口控件MSComm與現(xiàn)場控制及數(shù)據(jù)采集設(shè)備建立串口通信。由計(jì)算機(jī)組建的控制系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集各點(diǎn)溫度及濕度、空調(diào)水流量、房間風(fēng)速等數(shù)據(jù)，并保存到數(shù)據(jù)庫中，計(jì)算機(jī)軟件通過采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理后，輸出控制指令，啟動(dòng)或者關(guān)閉開關(guān)設(shè)備及調(diào)整閥門開度等，使空調(diào)系統(tǒng)處理安全運(yùn)行狀態(tài)。計(jì)算機(jī)軟件主界面如圖6所示，按照實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)，運(yùn)行過程中以動(dòng)畫模擬的方式顯示各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及管道中介質(zhì)的流動(dòng)，具有極高的人機(jī)交互界面。由于硬件設(shè)計(jì)時(shí)，均采用了標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)，充分考慮了學(xué)生自行搭建空調(diào)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的需求，可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中充分發(fā)揮想象力，自行應(yīng)用MCGS、組態(tài)王等組態(tài)軟件自行組態(tài)控制系統(tǒng)。

4 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺是一個(gè)綜合性的實(shí)驗(yàn)平臺，可以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)包括：中央空調(diào)溫濕度控制實(shí)驗(yàn)，房間內(nèi)各點(diǎn)溫度濕度及潔凈度測量實(shí)驗(yàn)、房間內(nèi)溫度變化與控制閥門開度大小關(guān)系實(shí)驗(yàn)、制冷循環(huán)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、供冷熱量計(jì)量實(shí)驗(yàn)、管道及房間內(nèi)風(fēng)速測量實(shí)驗(yàn)、中央空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、閥門PID控制實(shí)驗(yàn)、風(fēng)機(jī)變頻控制實(shí)驗(yàn)、制冷熱系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)、中央空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)等等。

5 結(jié)束語

通過師生一起共建實(shí)驗(yàn)室平臺，不僅可以提高學(xué)生的實(shí)踐能力，而且還可以促進(jìn)教師教學(xué)與科研實(shí)踐相集合，提高教學(xué)質(zhì)量。經(jīng)過多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)驗(yàn)證，本實(shí)驗(yàn)平臺在實(shí)際運(yùn)行過程中，運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果另人滿意。

參考文獻(xiàn)

[1]張吉光，王利，史自強(qiáng).空調(diào)送風(fēng)口送風(fēng)量的測試方法[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2003（6）.

[2]任秀宏，王林，鄭立國.空調(diào)表冷器熱工性能測試系統(tǒng)的研制[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011（5）.

作者簡介：姜國偉（1977-），男，遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)師。endprint