空压机余热回收工作原理是什么

中央空调热回收机组系统图如下：

中央空调热回收机组系统原理：夏季空调采暖，将室内热量传递到循环水中，水温变高，在回水管路上加装水源热泵热水机组（或双源热泵：空气源热泵与水源热泵的集合体）。

空调回水流入上述机组中将室内带出热量用于该机组制取热水的工作，降温后在流入空调相关机组，这样减少了空调机组制取冷水的功耗，同时又避免了热量的无序散失。

液体循环式热回收器，习惯上也称为中间热媒式热回收器或组合式热回收器，它是由装置在排风管和新风管内的两组“水—空气”热交换器（空气冷却/加热器）通过管道的连接而组成的系统。为了让管道中的液体不停地循环流动，管路中装置有循环水泵。

在冬季，由于排风温度高于循环水的温度，空气与水之间存在温度差；所以，当排风流过“水—空气”换热器时，排风中的显热向循环水传递，因此，排风温度降低，水温升高；这时，由于循环水的温度高于新风的进风温度，水又将从排风中获得的热量传递给新风，新风因得热而温度升高。

在夏季，工艺流程相同，但热传递的方向相反。液体一般为水，在严寒和寒冷地区，为了防止结霜、结冰，宜采用乙烯乙二醇水溶液；并应根据当地室外温度的高低和乙烯乙二醇的凝固点，选择采用不同的浓度。

其实这种设备又叫空压机余热回收设备，只要空压机运行，即可供应热水。同时还可降低空压机运行成本，提高空压机运行效率。除加热水外，还可用于工业热水、空调热水，清洗池加热，冬季取暖等，减少企业成本。

- 生活用水

- 中央空调系统热水及地暖热水；

- 锅炉补水预加热；

- 热水清洗工艺的加热，如电泳漆、易拉罐、电镀工件清洗工艺；

- 工业清洗和卫生设施清洁；

- 其他液体介质的加热（如零件清洗液等）

- 除菌用热水等；

- 电子行业纯水加热；

- 纺织：染整工序热水的定型和漂洗，水温 30℃到 90℃；

1 工程概况

这里介绍的工程的被控对象是中央空调制冷机组的冷冻水泵系统、冷却水泵系统、冷却塔风机和热水机提压泵。按照系统要求，要根据制冷机组的冷冻水出口压力（或温度）来控制冷冻水泵的流量，根据冷却水入口（回水）水温控制冷却塔风机的转速，根据冷却水出口水温（或压力）控制冷却水泵的流量，热水机提压泵的设置根据用户系统是否足够来确定。余热中央热水系统工艺流程见图1。

实现控制目的，其关键在于利用冷冻水（或冷却水）的压力（或温度）来控制水泵系统和风机的电机转速。在本方案中采用压力和温度传感器，采集温度和压力信号，PLC作为主控设备，利用电机变速节能技术，使用变频器来控制水泵和风机的电机转速。其控制系统网络图见图2。

2 控制方案

2．1 单个水泵（或风机）的控制模式

根据冷冻水（或冷却水）的压力（或温度）控制水泵的流量和风机的转速，就是要实现对变频器装置的控制，即利用采集的压力和温度信号来控制变频器输出的频率。采用反馈模式实现闭环的跟踪控制，可以随天气情况、客人数量、活动内容等因素的变化来调节实际的负荷量。反馈控制可以采用压力反馈控制模式和温度反馈控制模式，具体哪种水泵采用压力反馈控制，哪种水泵采用温度反馈控制，要根据具体的现场情况及要求来决定。一般而言，冷冻水泵系采用压力反馈控制，冷却水泵系统、热水机提压泵和冷却塔风机采用温度反馈控制。控制模式见图3。

2．2 控制逻辑与算法

由于该系统有四组需要控制的水泵系统或风机，因此每一组水泵系统或风机都应该有与其相对应的控制部分，包括独立的传感器、变频器和PID参数，其基本结构是相同的。现以冷冻水泵系统为例分析其控制算法。冷冻水泵系统组成如图4所示。

冷冻水泵系统由四台水泵组成，其中包括了三台备用泵。当大厦的用冷量较小时，只需要启动其中的一台水泵（常用泵），并且可以对该水泵的转速进行变频调节以达到最经济的运行。当大厦的用冷量较大时，就可能需要同时启用其中的两台或三台水泵，一台或两台全速运行，另外一台受控变频调速。每一台水泵原则上应该对应于一台变频器，但由于变频器价格较高，从经济的角度考虑，可以一组水泵系采用一个变频器。其控制逻辑为：

（1）1＃水泵为常用泵，与变频器相连，可实现变频调速，2＃、3＃、4＃泵为备用泵；

（2）通常情况下，1＃泵启动，其流量受控；

（3）用冷量加大，1＃泵全速启动仍不能满足要求时（压力或温度超过用户设定的阈值1），全速启动2＃、3＃、4＃泵中的一台，1＃泵的流量仍受变频器控制。若仍不能满足要求（压力或温度超过用户设定的阈值2），则依此法再全速启动一台泵，1＃泵始终受控，从而达到合理利用电能的目的；

（4）每次全速启动备用泵时，优先启动累计运行时间最少的备用泵（时间相等时依照用户设定启动），使得3个备用泵都处于热储备状态，延长设备的使用寿命；

（5）当1＃泵检修时，可以将2＃泵与变频器相连（即将变频器输出的三相电源与2＃泵相连）。

上述控制逻辑表明，本控制系统采用了开关PID－FC控制，当采样值与设定值偏差较大时，采用开关控制（全速启动备用泵）；当采样值与设定值偏差较小时，则采用PID控制（变频调速一台泵）。

开关控制是由PLC根据采样值与阈值的比较得到的差量来决定电子开关的闭合，PID控制则是由PLC根据离散型的增量式PID算法得到控制量，其一般算法为：

增量：Δu（k）＝Kp｛e（k）－e（k－1）＋e（k）＋〔e（k）－2e（k－1）＋e（k－2）〕｝

控制量：u（k）＝u（k－1）＋Δu（k）

式中，Kp、T1、TD为PID系数，T为采样周期，e（k）、e（k－1）、e（k－2）为连续三次采样的值与给定值的差，Δu（k）为第K个采样周期的控制量增量，u（k）则为第K个采样周期的控制量，也就是传给变频器的频率值。PID系数采用模糊控制器来自行调整，即为PID－FC控制器，其结构如图5所示。其中：

KI（t）＝KI（t－1）＋ΔKI；

KD（t）＝KD（t－1）＋ΔKD；

Kp（t）＝Kp（t－1）＋ΔKp；

UPDI＝KPe（t）＋KI∑e（t）＋KDΔe（t）；

控制表的设计与一般模糊控制器的控制表设计一样，经过8个步骤完成：确定输入输出的模糊子集及论域，选择控制规则，确定各模糊子集的隶属度函数，进行模糊控制器关系运算，计算采样值的偏差和偏差变化，将偏差和偏差变化模糊化，进行模糊决策和模糊判决，最终得到实际的控制量。

3 工程实现

本系统包括传感器、控制器和变频器三个部分。控制部分结构图如图6所示。

我们选用压力变送器和温度变送器将采样温度和压力变为电信号。控制器需要不间断的给出控制量，一般的PC机难以满足这样的要求，因此选用PLC完成自动控制和故障报警功能，其内置的PID控制器还可以大大减少设计工作量。采用触摸屏提供友好的人机界面，用户可以查看系统的运行状况，各主要测温、测压点的实时监测值，并可以更改开关阈值。

4 结束语

在本控制系统的设计中，灵活使用了开关控制和PID控制，缩短了响应时间，提高了控制精度，同时在硬件设计上采用PLC作为主控器，满足工业控制简单、方便、稳定的要求。而且，设备均处于热储备状态，延长了机器的平均使用寿命，也保障了整个系统运行的稳定性。将该系统用于楼宇中央空调的自动控制中，可以实时有效地控制制冷机组系统的水泵系统和冷却风机，根据大厦的实际用冷量合理调节冷冻水和冷却水的流量，即合理控制水泵系统和风机的负载，从而达到节约电能的目的。同时，在余热利用中，可以消除引入热水机对原系统的影响，稳定系统工作。

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