制冷技術論文大全11篇

緒論：寫作既是個人情感的抒發，也是對學術真理的探索，歡迎閱讀由發表云整理的11篇制冷技術論文范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發。

篇（1）

發展冰蓄冷技術的重要性和必要性:現代空調設備已成為人們生產與生活的迫切需要｡空調用電量已占建筑物總耗電量的60%—70%｡當前由于能源緊缺,電力緊張,空調事業的發展受到極大的影響｡眾所周知,冰蓄冷空調就利用非峰值電能,使制冷機在最佳節能狀態下運行,將空調系統所需要的顯熱與潛熱的形式部分或全部釋放的冷量來滿足空調系統冷負荷時,即用融冰釋放的冷量來滿足空調系統冷負荷的需要,用來儲存冰的容器成為蓄冷設備,冰蓄冷空調技術可以對用電起到移峰填谷的作用,在且可增強系統的穩定性,并能大大提高經濟效率｡

1.2低溫空氣源熱泵在城市供熱和制冷上的應用

空氣源熱泵技術是基于逆卡若循環原理建立起來的一種節能､環保制熱技術｡空氣源熱泵系統通過自然能(空氣蓄熱)獲取低溫熱源,經系統高效集熱整合后成為高溫熱源,用來取(供)暖或供應熱水,整個系統集熱效率甚高｡空氣源熱泵使用范圍廣,產品適用溫度范圍在-10-40°C,并且一年四季全天候使用,不受陰､雨､雪等惡劣天氣和冬季夜晚的影響,都可以正常使用;熱效率高:產品熱效率全年平均在300%以上;熱泵產品無任何燃燒排放物,制冷劑選用了環保制冷劑R417A,對臭氧層零污染,是較好的環保型產品｡因此,低溫空氣源熱泵特別在北方夏熱凍冷的城市供熱和制冷有著廣泛的應用｡

1.3中央空調冷凝熱回收利用

如今,星級賓館､酒店,都設有中央空調系統和24小時熱水供應,多數情況下冷､熱源分別設置,用冷水機組提供冷源,蒸汽或熱水鍋爐提供熱源｡眾所周知,冷水機組在運行時要通過冷卻水系統排出大量的冷凝熱,在制冷工況下運行,冷凝熱可達制冷量的1.15—1.3倍｡利用高溫水源熱泵回收這部分冷凝熱輸出的65度的熱水作為生活熱水,會是一條變廢為寶的節能途徑｡

2技術發展的負面效應及控制

當代的技術革命,正在形成新型的生產力､形成新型生產方式､形成新型的市場交換方式､形成新的產業結構和就業結構､形成新的財產占有方式和分層結構､形成新型的權力和組織管理結構,技術正面效應和負面效應是客觀必然的｡人類有了其他一切生物所不曾具有的思維､精神和語言,人類運用自己的聰明和才智創造了豐富的物質文明,人類也必須對技術的負面效應做出回應｡

徹底消除科技的負面作用是不可能的,我們唯一能做的是在科學技術活動盡量規避和抑制其負作用｡臭氧層的破壞和全球氣候變化,是當前全球所面臨的主要環境問題｡

3結語

篇（2）

2課程改革的措施

在本文中主要介紹以下三方面的改革措施：

（1）課堂教學內容選取課程改革后教學內容緊緊圍繞“工作崗位職業能力”這一主線，增添了學生分析和解決本專業較復雜的技術問題（如安裝、調試等）的專項技能訓練，同時輔以社會實踐和技術大賽、網絡平臺學生自學相結合的教學方式完成教學內容的有益補充，為學生可持續發展奠定良好基礎［2］。刪減了《空氣調節用制冷技術》課程的課本中原理部分繁瑣的計算部分，教學重點放在制冷系統、中央空調的安裝、運行、調試、節能控制策略方面的知識。使學生了解制冷和空調的基本原理，掌握各種制冷系統的各組成部件的結構、功用，掌握中央空調系統的基本組成、管理設備、負荷估算、噪音減震等知識點，掌握空調系統拆裝與調試；掌握中央空調系統的操作管理及常見故障分析的能力，掌握建筑物的節能控制的策略。增加了實際產品的部件、系統性能參數、特性、型號、操作手冊等作為必要的教學內容，進行優化、整合，使學生掌握的知識更加貼近崗位的職業技能需要。通過“兩增一減”的教學內容調整，教學內容更貼近高職類暖通工程專業學生的崗位技能和企業的需求

（2）建設校內與校外實訓基地為了趕上先進的空調制冷技術的發展速度，2008年學校投入5萬，2010年學校投入10萬新建建筑環境與設備綜合測試實驗室。近幾年來，我校不斷加大對實踐教學環境的投資，加大實驗室建設力度，制冷實驗、實訓中心已經建成并投入使用，實驗設備齊全，可進行制冷壓縮機拆裝、制冷壓縮機性能測試、制冷制熱空調系統、制冷系統故障檢測、制冷劑充注及系統試運行、中央空調制冷系統運行與維護等多項實驗項目，提高學生分析問題、解決問題及實際操作的能力。在校外實訓基地，聘請現場經驗豐富，理論功底深厚的專家做為指導教師，進行開放式教學［3］。利用企業設備檢修和項目改造機會豐富學生現場動手經驗，分別是我校學生參觀河南某電廠集控室中央空調調試和廠房通風改造現場的教學一景。

（3）教學資源開發我們對制冷技術方面現有公開出版教材全面篩選，選取更加適合專科生能力培養需求的教材，并形成了一套相對固定的課程教學資源。

①教材使用黃奕沄主編.《空氣調節用制冷技術》（第二版）（國家級十一五規劃教材），中國電力出版社，2007.3。

②擴充性資料學校圖書館累計藏書5萬多冊，電子閱覽室安裝了中文電子圖書系統，豐富的館藏為學生提供大量的輔助學習資料，擴充知識面，陶冶情操。同時課程相關教學文件均已上網，包括理論教學大綱、實踐教學大綱、實驗指導書、課程設計指導書、授課計劃等，指導學生自主、有效地學習。校園網絡課程輔助教學課件，內容結構層次清晰，圖文并茂，為學生提供網絡教學及課程指導。電子教案，幫助學生課后復習。附設多套自測試卷，學生可以自我檢查學習效果，網上考試系統方便教師對學生考核，及時反饋信息，有針對性地調整教學。開設校園網網上答疑，暢通學生與教師的溝通。

篇（3）

重型瓦楞紙板與各類木質紙板相比，密度要小的多，與同樣厚度的普通瓦楞紙板相比，其重量也輕許多。如5層的AA型瓦楞紙板，其厚度約為10mm，與同厚度的木質包裝箱相比，全紙包裝箱重量約為其1/2，與同等厚度的普通紙板箱相比，重量也要輕近一半，但綜合抗壓性能卻能與同等厚度的木箱不相上下。從這一點上來看，大大節約了資源的使用。如某企業研發的重型瓦楞紙板托盤，使用高定量的優質防水牛皮紙制作的AAA型重型瓦楞紙板做面板，上下兩面同時包覆高性能的B型普通瓦楞紙板，腳柱采用了“回”型設計的豎楞普通瓦楞紙板支撐，四周由加強筋包裹，底部加強筋還采用了防水性能較好的10mmAA型重型瓦楞紙板進行包邊處理。同原木質托盤相比，整體重量減低了60%。從強度測試結果來看，重型瓦楞全紙托盤強度高，可以經受標準承載10倍的荷載而不斷裂。有數據統計，采用木質包裝以每年消耗1億立方米木材計算，假設其中的20%采用新型紙包裝材料來替代，每年就可以節省2000萬立方米的木材，相當于節約標準煤500萬噸，減少CO2排放1286萬噸。而這一推算也得到了實踐的證實。

（二）緩沖性能良好，使用范圍廣泛

A型瓦楞是重型瓦楞紙板的主體結構，對于精密度較高的重型設備較具較好的緩沖性能，能有效減少碰撞、沖擊帶來的損害。早在2004年，一些家電企業就嘗試在部分產品中使用重型瓦楞紙箱作為外包裝，并逐步進行推廣，節省了EPS等大量泡沫緩沖材料，目前，重型紙箱已廣泛應用于對抗沖擊和碰撞要求較高的產品包裝中，緩沖效果明顯。

（三）操作性及拆包性能好

木箱包裝在操作時需要借助特殊工具完成包裝作業，而且生產中，木箱的毛刺、鋼釘等存在安全隱患，易對設備和操作人員造成損傷。通過對重型瓦楞紙箱輔助配件的結構進行設計、改造版式設計，可使其實現和木箱一樣拆卸便捷的特點。如設計承重底座再套合重型瓦楞圍板的方法，既利于裝箱操作，且減少了不必要的工具使用，對搬運也不會造成不便。紙箱不用時，仍然可以折疊堆碼放置，存儲空間少，運輸方便，可有效降低成本。（四）耐候性好，運輸更安全在產品運輸過程尤其是遠洋運輸過程中，包裝中極易因溫差，溫度大等原因而產生水凝現象，會使電氣產品受潮或損傷。重型瓦楞紙箱由于其制造結構，使得紙板內部充滿空氣，與外部環境可以得到較好的空氣流通及熱量交換，包裝內外可以得到較好的動態溫濕度平衡，可以有效避免水蒸汽因溫度差造成的凝露現象。

二、其他制約應用的問題

首先是終端用戶對新型紙包裝材料的認識不足。部分客戶認為，紙板包裝強度差，不能達到木質包裝的強度，重型瓦楞包裝雖然性能大有提高，但用戶仍認為其紙的屬性不變，難以真正替代木質包裝。第二，重型瓦楞紙箱包裝的性能要求還有待提高，技術上需要改進。與木質包裝箱相比，防水、防潮性差是紙類包裝的劣勢，重型瓦楞包裝也不例外。這有待于在紙板涂布、復合材料技術方面加以改進。如蜂窩紙板，其邊壓強度較差，抗戳穿強度也有待提高，雖然在家電中應用良好，但還不能完全替代木箱包裝。如國內有生產企業在市場推廣中，主要瞄準的產品僅限定在300～500千克的重量范圍內。再就是目前企業的配套設備生產能力不足，材料等要求的提高也制約了重型紙板產品的開發。第三，產品標準尚需統一，企業生產經營亟待規范。當前使用的GB/T6543-2008《運輸包裝用單瓦楞紙箱和雙瓦楞紙箱》不適用于重型瓦楞紙箱包裝，行業也沒有對重型瓦楞紙箱做出明確的規定，標準的不健全，使得企業各自生產，只能在瓦楞紙板的定量及厚度上自定標準，一定程度上也制約了其推廣應用。

三、如何解決

要推廣重型瓦楞紙箱產品，首先企業要創新技術，提高生產能力及產品質量，要科學設計產品，不斷優化選擇工藝參數，積極進行調試設計。生產設備也要積極升級改造，以提高生產效率和產品質量，降低生產成本，拓展重型紙板產品。此外，在紙板的改性上，如防潮、防水等也要不斷研究改進。其次，要不斷宣傳瓦楞紙板包裝的優勢，改變終端產品用戶的理念。包裝企業及行業協會要宣傳綠色環保的政策及優勢，強化用戶環保意識。要改變用戶的消費理念，包裝企業也需要用高質量的紙箱解決方案讓用戶信服。當然，行業協會、政府部門也要加以引導，如用經濟補貼等方式推進“以紙代木”的踐行過程。

篇（4）

主管單位：四川省科學技術協會

主辦單位：四川省制冷學會;西南交通大學

出版周期：雙月刊

出版地址：四川省成都市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號：1671-6612

國內刊號：51-1622/TB

郵發代號：

發行范圍：國內外統一發行

創刊時間：1985

期刊收錄：

核心期刊：

期刊榮譽：

篇（5）

主管單位：中國科學技術協會

主辦單位：中國制冷學會

出版周期：雙月刊

出版地址：北京市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號：0253-4339

國內刊號：11-2182/TB

郵發代號：892101

發行范圍：

創刊時間：1979

期刊收錄：

CA 化學文摘(美)(2009)

CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)

中國科學引文數據庫(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

期刊榮譽：

聯系方式

期刊簡介

篇（6）

 

隨著我國經濟的飛躍發展，電子科技技術日益進步，各種家用電器社會擁有量急劇增加，消費觀念也在轉變，電冰箱是常見的小型制冷設備，隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高，已逐步進入人們家庭，成為常用家電之一。由于電冰箱引起的火災卻不多見。自2009年至今紫金境內發生過一起電冰箱壓縮機故障引發的火災。針對目前電冰箱火災調查應該加強和注意的問題作一歸納，望有益于消防事業。

一、 電冰箱工作原理

電冰箱是采用壓縮機為制冷動力，壓縮機將制冷劑進行循環壓縮，當制冷劑由毛細管流入蒸發器時，制冷劑膨脹蒸發，產生物理吸熱；當當制冷劑通過回流管和壓縮機再回到再回到冷凝器時，產生物理散熱。

電冰箱制冷系統核心部件是壓縮機，大部分冰箱都是采用封閉式壓縮機。壓縮機由壓縮機主體和電動機本體兩部分構成，兩者合二為一密封為一個鋼制機體內。主要由汽缸、活塞、曲軸和連桿以及進、排氣閥組成，可以實現吸氣、壓縮、排氣、膨脹四大功能。

二、電冰箱引起火災的原因

電冰箱引起火災原因歸類起來主要有以下兩個方面。

1. 電氣方面的原因

主要是電源線選擇鋪設不當、插頭與插座接觸不良或插頭損壞造成短路起火等系列原因。

2. 壓縮機故障引起

因轄區內一起電冰箱火災經物證司法鑒定所鑒定為壓縮機故障引起火災，我主要針對此次火災調查情況進行論述：

（1）壓縮機吸氣、排氣閥片碎裂或變形，高低壓室隔墊損壞，造成壓縮機內部漏氣。

（2）壓縮機工作時電源被持續切斷、接通。而這種情況一般處于電冰箱使用時間長、被淘汰后的冰箱被維修翻新后重新使用正常工作中的電冰箱，其制冷系統內的壓力差頗丸壓縮機吸氣端的壓力招高于0。098兆帕（1大氣壓），而排氣側的壓力則高達1.177～1.275兆帕（相當于12～13大氣壓）。壓縮機剛停止時，其兩端仍保持著這個壓力差，如果馬上再啟動，就必須有一個較大的啟動力矩來克服這個壓力差，從而迫使電動機的啟動電流劇增，約超出正常值10偌，溫度升高，在這種情況下，電動機很有可能被燒毀而起火。

（3）壓縮機高壓排氣緩沖管斷裂，運轉時噪音明顯增大，此時壓縮機運轉電流低于額定值。

（4）壓縮機避震彈簧與外殼脫鉤或斷裂，使壓縮機在啟動和停機時，機殼內發生金屬敲擊聲和振動噪聲。免費論文。

（5）壓縮機抱軸或卡缸。由于曲軸配合間隙太小，冷凍機油過少有沉淀、油質太差以及吸油不順，升溫造成的。

三、認定要點和依據

認定火災原因時，對現場進行細致勘察，并提取物證，提取物證時必須要有證人和第三人在場并在物證帶上簽字，和填寫提取物證清單和當事人簽字。首先要判定起火特征，電冰箱本身故障引起火災，則在確定起火點的前提下，對電源插頭、插座及內部開關、壓縮機作為檢查對象。通過轄區內電冰箱火災調查概括為：現場首先勘察火勢蔓延的方向，并對燃燒的物體倒向進行勘察和拍照，逐步確定一個起火范圍，將起火范圍確定為電冰箱，隨后對電冰箱進行細致勘察及拍照，電冰箱外殼已經完全碳化，而燃燒痕跡從底部壓縮機位置向冰箱四周擴散，隨后提取了被燒毀的冰箱以及其他物證，送往司法鑒定所進行鑒定。免費論文。

鑒定結果為：

1．冰箱殘骸高溫過火嚴重，底部鐵甲完全銹蝕，電源線路部分保留有絕緣皮，絕緣皮表層燃燒碳化，內層為原材料，線路全線未發現熔痕。免費論文。

2.壓縮機表面高溫過火，表層銹蝕，外接毛細管，其毛細管有膨脹熔痕，其熔化部分金相組織為胞狀晶，未熔化部分組織為等軸晶。

3.對壓縮機進行切割，其內部結構保持原狀，油完全變色，碳化嚴重，電機繞組相間值很小，嚴重偏差。

4.繞組銅絲，其表面附著有油碳化物，其金相組織為等軸晶，其受高溫作用發生再結晶。

四、結束語

通過此次鑒定更加明確了電冰箱起火位置和原因，成功避免一起民事糾紛，也為以后電冰箱火災調查工作奠定了一定基礎。在電氣火災物證的現場提取及火災物鑒定所鑒定，常見絕緣導線短路、過負載、漏電等電致起火機理的研究，以及如何結合實際情況，對所認定的火災原因進行恰當表述等方面都還有待進一步加強和完善。

參考文獻：

篇（7）

 

1.凍結法與鉆井法鑿井介紹立井井筒工程是礦井建設的關鍵工程。我國立井井筒的主要特點是井筒深度大、斷面積大、表土層厚、水文地質條件復雜，導致其施工難度大、施工技術復雜、施工周期長。立井井筒表土段施工方法是由表土層的地質及水文條件決定的。立井井筒穿過的表土層，按其掘砌施工的難易程度分為穩定表土層和不穩定表土層。在不穩定表土層中施工立井井筒，用普通的施工方法是不可以通過其表土層的，必須采用特殊的施工方法，如凍結法、鉆井法、沉井法、注漿法、和帷幕法等。我國目前主要以凍結法和鉆井法為主。

凍結法鑿井就是在井筒掘進之前，在井筒周圍鉆凍結孔，用人工制冷的方法將井筒周圍的不穩定表土層和風化巖層凍結成一個封閉的凍結圈。以防止水或流砂涌入井筒抵抗地壓，然后在凍結圈的保護下掘砌井筒。待掘砌到預計的深度后，停止凍結，進行拔管和充填工作。鉆井法是用鉆頭刀具破碎巖石，用洗井液進行洗井排渣和護壁，直到將井筒鉆到設計直徑和深度后，進行支護的機械化鑿井方法。

2主要施工設備工作原理分析2.1凍結法人工制冷設備凍結法鑿井分為鉆凍結孔、形成凍結壁和井筒掘砌三大工序。首先在未開鑿的井筒周圍打一定數量的凍結孔，其深度穿過不穩定巖層進入穩定巖層，在孔內安裝凍結器。

形成凍結壁是凍結法鑿井的中心環節，是巖層冷凍的結果。人工制冷是通過凍結站的氨循環系統、鹽水循環系統、和冷卻水循環系統來實現的。通常使用氨作為制冷劑。利用氨由液態變為氣態吸熱的原理達到制冷。液態氨吸收蒸發器周圍鹽水的熱量，變為飽和氣態氨，經壓縮器壓縮變為過熱蒸汽氨，進入冷凝器中與冷卻水進行熱交換，又變為液態氨，經調節閥降壓后成為低壓、地溫的液態氨，回到蒸發器中重新汽化，構成氨的循環系統。

2.2鉆井法鑿井主要鉆井設備鉆井法鑿井的鉆井設備主要為鉆井機，鉆井機由多套設備組成，各設備的構造由鉆井工藝確定，按設備所起作用不同分為以下幾個系統：

鉆具系統設備。包括鉆頭和鉆桿，它們的主要功用是使鉆頭在旋轉中破碎工作面的巖石。

旋轉系統設備。包括轉盤及傳動裝置、方鉆桿。它們的功用是，電動機或液壓馬達驅動轉盤產生旋轉扭矩并經方鉆桿傳給鉆桿和鉆頭，使鉆頭旋轉。

提吊系統設備。包括鉆塔、絞車、復滑輪組、大溝。主要用于提升和下放鉆具。正常鉆進時，提吊鉆具、控制鉆壓并調節給進速度；砌井時，提吊下方井壁。

洗井系統設備。免費論文。洗井系統設備主要有水龍頭、壓氣排液器、排漿管和排漿槽，在地面還有沉淀凈化、清除巖渣和空氣壓縮機等輔助設備。它們的功用是產生洗井液循環的動力，造成洗井液的循環；使洗井液及時清除鉆頭破碎的巖渣，避免刀具重復破碎巖渣，提高鉆井速度和效率；對刀具進行沖洗和冷卻。

輔助設備。包括鉆臺車、封口平車、龍門吊車和氣動卡瓦等。

3施工技術對比3.1凍結法施工特點凍結法施工其主要的技術包括冷凍站的安裝、鉆孔的施工、井筒凍結、井筒掘砌,在復雜和特殊地層施工中具有很大的優越性:

(1) 支護結構靈活、易控制。可根據不同地質條件、環境及場地條件靈活布置凍結孔、調節冷媒水的溫度,從而獲得高質量的凍土帷幕,特殊情況下還可以采用液氮進行快速搶險,與鹽溶液人工凍結法相比,液氮人工凍結法具有溫度低、凍結速度快、凍結強度高、無污染等優點。同時可通過地溫監測指導施工,符合現代信息化施工的要求。

(2) 適應性強。它適應于各種復雜地質及水文地質條件下的任何含水地層的土層加固,并且基本不受基坑形式、平面尺寸和深度的影響。

(3) 隔水性好。它本身就是地下水的控制系統,防滲性能是其它施工方法無法相比的。免費論文。

(4) 對環境影響小。它充分利用土體自身的特點,材料是土體本身,對地下水及周圍環境無污染,凍結壁解凍后,凍結管可回收,地下土層恢復原狀,對地下工程較為有利。

(5)缺點是存在鉆機性能跟不上要求、制冷系統跟不上要求、凍結壁強度不夠、井壁結構設計不合理等問題，導致產生斷管等重大事故。免費論文。

3.2鉆井法施工特點鉆井法施工主要工藝過程包括井筒的鉆進、泥漿洗井護壁、下沉預制井壁和壁后注漿固井等。

(1)鉆井法實現地面作業或遠距離控制操作，徹底改變了普通鑿井法打眼放炮的井下作業方式，從根本上改善了鑿井工人的勞動條件和安全條件。

(2)施工機械化。鉆井法均實現了鑿井工藝綜合機械化和部分工藝自動化，使鑿井工人從繁重的體力勞動中解脫出來。由于鉆井速度快，勞動生產率高，降低了工程成本，建井投資費用比普通鑿井法低15%~40%。

(3)立井建井法采用地面預制鋼筋混凝土井壁，井壁強度高，質量好、減少了井筒的維護和排水費用。

(4)鉆井法不但能鉆鑿不穩定的松軟巖層，而且能鉆鑿穩定的硬巖層。可以鉆鑿立井、斜井，也可以鉆鑿地下的垂直、傾斜巷道。

(5) 在鉆井法施工中也存在一些問題，例如成井偏斜率大，生鉆頭、刀盤、滾刀、吸收器及風管等物意外掉落井內，在不穩定地層中、松散的流沙及砂礫層中易出現塌幫。

4 　結論通過對兩種特殊鑿井法的比較可知,兩種鑿井法各有利弊,實踐中要結合各地層的具體情況,合理地使用兩種鑿井法。凍結法施工不受井筒直徑和深度的限制，在深厚表土層中建鑿井筒時得到廣泛應用,同時還應用到建設斜井、水利工程、地下鐵道、過江隧道等工程。鉆井法在高層建筑樁基礎、大橋墩樁、高架公路基墩工程中也有廣泛應用。

參考文獻

【1】王建平,靖洪文,劉志強.礦山建設工程[M].中國礦業大學出版社.2007.

【2】汪正云．鉆井法與凍結法鑿井技術對比研究[J]．山東煤炭科技，2008，(4)．

【3】趙士弘，馬芝文.特殊鑿井[M].中國礦業大學出版社.1993

篇（8）

關鍵詞：蒸發囂　電子膨脹閃工調節特性　控制方法　獨立控制 符號

CD――開度系數

Z――軸向長度，m

Te. Tc――蒸發、冷凝溫度，℃

Tin――室內溫度，℃

Tα――換熱器進口風溫，℃

Fi――壓縮機頻率，Hz

Gr――制冷劑流量，kg/s

Gα――風量，m3/h

Tsu――過熱度，℃

Tsb――過冷度，℃

Q――換熱量，kW

ρ――介質密度，kg/m3

P-壓力，Pa

h――介質焓，J/kg

A――管內截面積，m2

S――管內截面周長，m

A（z）――開度對應的截面積

d――管徑

τ――管內表面切應力，N/m2

q――熱流密度，W/m2

α――兩相流空泡系數

g――重力加速度，9.8m/s2

u――流速，m/s

Ov――電子膨脹閥開度

下標

l――液相制冷劑

v――汽相制冷劑

a――空氣

1.引言

隨著制冷空調技術的迅速發展，空調器正在從傳統的單室內機、單室外機的結構逐漸向單室外機多室內機及多室內機和多室外機系統發展，系統結構逐漸趨于復雜，具有代表性的變流量制冷系統（Variable Refrigerant Volume Air - conditioning System， 簡稱VRV）也從單元變流量制冷系統（SVRV）向多元變流量制冷系統發展（MVRV）[1-3]。對于多室內機的熱回收系統來說，室內機可能同時做冷凝器或蒸發器使用，而且隨著人民生活水平的提高，對室內熱舒適性也提出了更高的要求，傳統的一些控制方法已不能再適應新空調系統的需要。由于系統的復雜程度的增加，傳統的一些基于制冷空調系統整體的控制算法都由于其兼容性和可擴展性等因素而受到了很大的局限，因此各室內機和室外機獨立控制的思想已經被引入到制冷空調系統的控制之中，一些控制理論和算法如矩陣電子控制算法、人工神經元算法和模糊控制算法都已經被引用到實際的制冷空調系統中[4-8]。為使制冷空調系統能安全穩定的運行，除了在控制技術上提高之外，更要注重研究制冷空調系統本身的運行調節特性。本文在通過分析系統在制冷模式下電子膨脹閥開度、室內溫度、室內機風量、蒸發溫度、冷凝溫度等對室內機換熱的影響的基礎上，得出了室內機的調節特性，找出了對室內機制冷模式下更合理的控制策略。

2.數學模型

2.1 電子膨脹閥

電子膨脹閥是通過步進電機等手段使閥芯產生連續位移，從而改變制冷劑流通面積的節流裝置。研究表明，電子膨脹閥的流量特性可借鑒熱力膨脹閥的研究成果[9-12]，其模型描述為：

能量方程：

hin=hout

(1)

動量方程：

2.2 蒸發管路及蒸發器模型

2.2.1管內制冷劑側穩態模型

在VRV空調系統中，由于膨脹閥可能設置在離蒸發器較遠的位置，節流后的兩相制冷劑沿膨脹閥后的管路進入蒸發器，所以在該段管路及蒸發器內部的大部分區域制　劑處于兩相流動狀態；當液體過冷度較小時，由于管道阻力及上升立管中重力的影響，液態制冷劑將會出現閃蒸，閃蒸之后管路內的流動也為氣、液兩相流動；當室內換熱器制熱采用其出口電子膨脹閥控制制冷劑過冷度時，膨脹閥之后的高壓液體管內仍然可能呈氣、液兩相狀態。在制冷空調領域內，蒸發管路內制冷劑兩相流呈環狀流[13，14]，故本文以環狀流建模。因制冷劑蒸發現象可能發生上述管段的任何位置，建模時必須在動量議程中考慮重力項。

能量守恒議程：

整理上述議程，分別得到氣、液兩相流的質量守恒方程和動量守恒方程。

質量守恒方程：

動量守恒方程：

式中　Ρtp=αρv+(1-α) ρl是微元管段中兩相流體單位容積的質量，稱為兩相流體的密度。

在式（3）～（5）中存在P、α、uv和u1四個未知數，方程無法封閉求解。傳統的方法采用空隙率經驗公式作為補充方程，使方程封閉。但目前還不存在公認準確的空隙率模型計算公式；本文采用文獻［4］所提出的兩相界面關系方程使方程封閉。

氣、液兩相界面關系方程：

在式（3）～（6）四個方程中，共有P、α、uv和u1四個未知數，方程組封閉可解。

2.2.2 空氣側換熱模型

因橫流蒸發器外側的空氣流速較低，一般Re＜2000，且蒸發器沿氣流方向的管排數較少，故忽略空氣側壓降，只考慮質量守恒和能量守恒方程。

質量守恒方程：

能量守恒方程：

3.調節特性

數值求解蒸發管路和電子膨脹閥的數學模型，可以得出系統的仿真特性。對于選定的系統來說，換熱器的幾何參數為定值，是一個不可調的參數。因此，影響電子膨脹閥－蒸發器部分換熱效果的因素主要有電子膨脹閥開度、換熱風量、冷凝溫度、蒸發溫度、室內環境溫度、換熱器幾何參數。

3.1 膨脹閥開度對蒸發器換熱量的影響

如圖1所示，當系統風量為600m3/h其他參數不變時，蒸發器換熱量隨膨脹閥相對開度的變化曲線。

圖1　換熱量隨膨脹閥相對開度變化曲線

當電子膨脹閥開度很小時，通過蒸發器的制冷劑流量也很小，制冷劑很容易在蒸發器內變成熱氣體，在蒸發器出口處有一定的過熱度，蒸發器兩端的制冷劑焓差基本為一定值。因為制冷劑流量隨電子膨脹閥開大而增加，在換熱條件仍能保證蒸發器出口制冷劑過熱時，出口制冷劑焓值變化不大，所以蒸發器的換熱量也隨流量的增加而逐漸增加。當膨脹閥繼續開大，制冷劑流量增大到一定程度以后，換熱條件已經不能使制冷劑出口有過熱度，出口已經處于兩相區，管外空氣側的流量和換熱系數基本為定值，制冷劑流量的增大造成出口干度的降低，但管內制冷劑的換熱系數會有所上升，因此，蒸發器換熱量只隨電子膨脹閥相對開度的增加略有上升。這說明，在蒸發器出口有過熱度的情況下，通過調節電子膨脹閥的開度來調節蒸發器的換熱量的效果是很明顯的，而當蒸發器出口已出現回液的情況下，通過調節電子膨脹閥的開度來調節蒸發器的換熱量收效甚微。

3.2 室內機風量對蒸發器換熱量的影響

換熱量隨室內機風量的變化曲線如圖2所示，當風量很小時，不能使管內的制冷劑完全蒸發，蒸發器出口有一定的回液，隨著風量的增加，管外的換熱系數也逐漸增加，空氣帶走的熱量增多，因此蒸發器出口處的制冷劑干度也逐漸增加，制冷劑在蒸發器進出口的焓差逐漸增大，在制冷劑流量不變的情況下，換熱量逐漸增大，當風量增大到一定程度以后，蒸發器內的制冷劑能夠完全蒸發，風量增加使制冷劑只能進行顯熱交換，出口焓值變化已經不大，所以換熱量隨風量增大而略有增加。

圖2　換熱量隨風量變化曲線

3.3 冷凝溫度對蒸發器換熱量的影響

在其他因素不變的情況下，冷凝溫度、冷凝壓力的變化主要通過影響制冷劑流量來影響蒸發器的換熱量，如圖3所示。隨著冷凝壓力的升高，電子膨脹閥的進出口壓差也隨著增大，在蒸發器能夠保證制冷劑完全蒸發的情況下，制冷劑流量的增加也就意味著蒸發器換熱量的增加。

圖　3　換熱量隨冷凝溫度變化曲線

3.4 蒸發溫度對蒸發器換熱量的影響

在其他因素不變的情況下，蒸發溫度、蒸發壓力的變化從兩個方面來影響蒸發器的換熱量，一方面隨著蒸發溫度（蒸發壓力）的升高，電子膨脹閥的進出口壓差減小，使得通過電子膨脹閥的制冷劑流量減小；另一方面，蒸發溫度的升高，使得制冷劑與空氣的換熱溫差減小，也使換熱效果降低。兩個方面的因素共同使蒸發器的換熱量隨著蒸發溫度的升高而降低。如圖4所示。

圖4　換熱量隨蒸發溫度變化曲線

3.5　室溫對蒸發器換熱量的影響

室內溫度對蒸發器換熱量的影響如圖5所示。室內溫度就是蒸發器空氣側的入口溫度，當蒸發溫度一定時，室內溫度主要影響管內外的換熱溫差，由于經過蒸發器冷卻，空氣溫度最多只能降低到蒸發溫度，所以當風量一定時也決定了蒸發器的最大換熱量。當室內溫度很低時，蒸發器內的制冷劑不能完全蒸發，蒸發器出口有回液現象，隨著室內溫度的上升，換熱器的換熱量也逐漸上升，蒸發器出口的制冷劑干度也逐漸上升；當室內溫度上升至一定值時，制冷劑能夠完全蒸發，蒸發器出口有一定的過熱度，由于制冷劑溫度最高只能升到室內溫度，制冷劑的在蒸發器出口的焓值變化很小，換熱量隨室溫的增加略有上升。

圖5　換熱量隨室溫變化曲線

3.6 調節參數的聯合影響

影響蒸發器換熱量的參數中蒸發溫度和冷凝溫度是表征系統運行的參數，不能直接作為調節參數，室內溫度是被控對象；如果系統正常運行，還需要蒸發器出口制冷劑保持一定的過熱度以防止回液。因此，要控制的參數是室內溫度和過熱度，能作為調節參數的只有室內機風量和電子膨脹閥開度。室內機風量和電子膨脹閥開度對室內蒸發器的聯合影響結果如圖6所示。

圖6　制冷量、過熱度隨膨脹閥開度和室內機風量的變化曲線

電子膨脹閥和蒸發器聯合工作輸入、輸出狀態方程可以用下式來表示：

結合前面的分析可以發現：

(1) 當蒸發器出口制冷劑已經過熱時，因制冷劑出口焓值變化不大，電子膨脹閥所決定的制冷劑出流量是決定換熱量的主要因素；風量對換熱量不大，而對過熱度影響較大。各調節手段民對應的控制對象之間可近似認為是相互獨立的，此時B（t）是對角占優的。

(2) 當蒸發器出口為兩相流時，蒸發器空氣側進出口溫差基本為定值，換熱量主要由風量決定，電子膨脹閥開度對換熱量影響不大，但進、出口焓差與流量近似成反比，對出口干度的影響較大。室內機風量對過熱度同樣有較大的影響。此時B（t）是上三角矩陣。調節手段對控制對象的影響是有一定的耦合度的。

(3) 只要保證蒸發器出口為過熱狀態，就能實現調節手段與控制對象之間的獨立調控。而在制冷空調系統中，保證蒸發器出口過熱又是保證系統正常運行所必需的條件之一。所以在過熱度優先控制的模式下，獨立調節是可以實現的。

(4) 在蒸發器出口未過熱的情況下，調節風量和調節膨脹閥開度對過熱度有同等程度的影響。仍可以采用風量控過熱度優先的方法，同時用膨脹閥開度來改善風量對過熱度的調節，獨立控制與適當的耦合也能取得同樣效果。

根據上述分析，提出了風量Gα控制過熱度Tsu，電子膨脹閥開度Qυ控制室內溫度Tin的控制策略。

5.結論

在兩個優先原則下，可以實現室內機風量與電子膨脹閥開度對室內溫度與過熱度的解耦控制，獨立控制策略是可以實現的；獨立控制策略可用于復雜的系統，可對整個系統采用分布式控制模式；獨立控制策略便于實現模塊化，不會因系統形式的改變而對控制方法產生較大的影響；獨立控制策略有較強的可擴展性，不會由于系統的復雜而增加控制部分的成本。

參考文獻

1 彥啟森.　空調技術的發展與展望.　中國暖通空調制冷，1998年學術年會學術文集，1998：1-5

2 荒野喆也.　空調環境技術の展望.　三菱電機技報，1992，66（4）：2-3

3 石文星.　變制冷劑流量空調系統特性及其控制策略研究.　清華大學博士學位論文，　2000

4 Fumio Matsuok. Electric Control Methods in matrix form in Air Conditioners， Refrigeration， 984; 59: (679)

5 松岡文雄.　空調機におけるマトリりクス電子制御方式. 冷凍， 1985; 60：（693）

6 松岡文雄.　空調機のホロニクス制御.　三菱電機技報，　1987；61（5）

7 Fumio Matsuok. Fuzzy Technology in the Refrigeration & Airconditioning systems， Trans. of the JAR， 1991; 8(1)

8 中尾正喜他，年間冷房空調機の高效率制御（第1報）.　空氣調和.衛生工學會論文集，1995；59

9 中尾正喜他，年間冷房空調機の高效率制御（第2報）.　空氣調和（衛生工學會論文集，1996；60

11 Nakashima Y et al. Reversible Flow Type Linear Expansion Valve for Heat Pumpt. Hi-85-31;93)1555-1568

篇（9）

關鍵詞：蒸發囂　電子膨脹閃工調節特性　控制方法　獨立控制 符號

CD??開度系數

Z??軸向長度，m

Te. Tc??蒸發、冷凝溫度，℃

Tin??室內溫度，℃

Tα??換熱器進口風溫，℃

Fi??壓縮機頻率，Hz

Gr??制冷劑流量，kg/s

Gα??風量，m3/h

Tsu??過熱度，℃

Tsb??過冷度，℃

Q??換熱量，kW

ρ??介質密度，kg/m3

P-壓力，Pa

h??介質焓，J/kg

A??管內截面積，m2

S??管內截面周長，m

A（z）??開度對應的截面積

d??管徑

τ??管內表面切應力，N/m2

q??熱流密度，W/m2

α??兩相流空泡系數

g??重力加速度，9.8m/s2

u??流速，m/s

Ov??電子膨脹閥開度

下標

l??液相制冷劑

v??汽相制冷劑

a??空氣

1.引言

隨著制冷空調技術的迅速發展，空調器正在從傳統的單室內機、單室外機的結構逐漸向單室外機多室內機及多室內機和多室外機系統發展，系統結構逐漸趨于復雜，具有代表性的變流量制冷系統（Variable Refrigerant Volume Air - conditioning System, 簡稱VRV）也從單元變流量制冷系統（SVRV）向多元變流量制冷系統發展（MVRV）[1-3]。對于多室內機的熱回收系統來說，室內機可能同時做冷凝器或蒸發器使用，而且隨著人民生活水平的提高，對室內熱舒適性也提出了更高的要求，傳統的一些控制方法已不能再適應新空調系統的需要。由于系統的復雜程度的增加，傳統的一些基于制冷空調系統整體的控制算法都由于其兼容性和可擴展性等因素而受到了很大的局限，因此各室內機和室外機獨立控制的思想已經被引入到制冷空調系統的控制之中，一些控制理論和算法如矩陣電子控制算法、人工神經元算法和模糊控制算法都已經被引用到實際的制冷空調系統中[4-8]。為使制冷空調系統能安全穩定的運行，除了在控制技術上提高之外，更要注重研究制冷空調系統本身的運行調節特性。本文在通過分析系統在制冷模式下電子膨脹閥開度、室內溫度、室內機風量、蒸發溫度、冷凝溫度等對室內機換熱的影響的基礎上，得出了室內機的調節特性，找出了對室內機制冷模式下更合理的控制策略。

2.數學模型

2.1 電子膨脹閥

電子膨脹閥是通過步進電機等手段使閥芯產生連續位移，從而改變制冷劑流通面積的節流裝置。研究表明，電子膨脹閥的流量特性可借鑒熱力膨脹閥的研究成果[9-12]，其模型描述為：

能量方程：

hin=hout

(1)

動量方程：

2.2 蒸發管路及蒸發器模型

2.2.1管內制冷劑側穩態模型

在VRV空調系統中，由于膨脹閥可能設置在離蒸發器較遠的位置，節流后的兩相制冷劑沿膨脹閥后的管路進入蒸發器，所以在該段管路及蒸發器內部的大部分區域制　劑處于兩相流動狀態；當液體過冷度較小時，由于管道阻力及上升立管中重力的影響，液態制冷劑將會出現閃蒸，閃蒸之后管路內的流動也為氣、液兩相流動；當室內換熱器制熱采用其出口電子膨脹閥控制制冷劑過冷度時，膨脹閥之后的高壓液體管內仍然可能呈氣、液兩相狀態。在制冷空調領域內，蒸發管路內制冷劑兩相流呈環狀流[13,14]，故本文以環狀流建模。因制冷劑蒸發現象可能發生上述管段的任何位置，建模時必須在動量議程中考慮重力項。

能量守恒議程：

整理上述議程，分別得到氣、液兩相流的質量守恒方程和動量守恒方程。

質量守恒方程：

動量守恒方程：

式中　Ρtp=αρv+(1-α) ρl是微元管段中兩相流體單位容積的質量，稱為兩相流體的密度。

在式（3）～（5）中存在P、α、uv和u1四個未知數，方程無法封閉求解。傳統的方法采用空隙率經驗公式作為補充方程，使方程封閉。但目前還不存在公認準確的空隙率模型計算公式；本文采用文獻［4］所提出的兩相界面關系方程使方程封閉。

氣、液兩相界面關系方程：

在式（3）～（6）四個方程中，共有P、α、uv和u1四個未知數，方程組封閉可解。

2.2.2 空氣側換熱模型

因橫流蒸發器外側的空氣流速較低，一般Re＜2000，且蒸發器沿氣流方向的管排數較少，故忽略空氣側壓降，只考慮質量守恒和能量守恒方程。

質量守恒方程：

能量守恒方程：

3.調節特性

數值求解蒸發管路和電子膨脹閥的數學模型，可以得出系統的仿真特性。對于選定的系統來說，換熱器的幾何參數為定值，是一個不可調的參數。因此，影響電子膨脹閥－蒸發器部分換熱效果的因素主要有電子膨脹閥開度、換熱風量、冷凝溫度、蒸發溫度、室內環境溫度、換熱器幾何參數。

3.1 膨脹閥開度對蒸發器換熱量的影響

如圖1所示，當系統風量為600m3/h其他參數不變時，蒸發器換熱量隨膨脹閥相對開度的變化曲線。

圖1　換熱量隨膨脹閥相對開度變化曲線

當電子膨脹閥開度很小時，通過蒸發器的制冷劑流量也很小，制冷劑很容易在蒸發器內變成熱氣體，在蒸發器出口處有一定的過熱度，蒸發器兩端的制冷劑焓差基本為一定值。因為制冷劑流量隨電子膨脹閥開大而增加，在換熱條件仍能保證蒸發器出口制冷劑過熱時，出口制冷劑焓值變化不大，所以蒸發器的換熱量也隨流量的增加而逐漸增加。當膨脹閥繼續開大，制冷劑流量增大到一定程度以后，換熱條件已經不能使制冷劑出口有過熱度，出口已經處于兩相區，管外空氣側的流量和換熱系數基本為定值，制冷劑流量的增大造成出口干度的降低，但管內制冷劑的換熱系數會有所上升，因此，蒸發器換熱量只隨電子膨脹閥相對開度的增加略有上升。這說明，在蒸發器出口有過熱度的情況下，通過調節電子膨脹閥的開度來調節蒸發器的換熱量的效果是很明顯的，而當蒸發器出口已出現回液的情況下，通過調節電子膨脹閥的開度來調節蒸發器的換熱量收效甚微。

3.2 室內機風量對蒸發器換熱量的影響

換熱量隨室內機風量的變化曲線如圖2所示，當風量很小時，不能使管內的制冷劑完全蒸發，蒸發器出口有一定的回液，隨著風量的增加，管外的換熱系數也逐漸增加，空氣帶走的熱量增多，因此蒸發器出口處的制冷劑干度也逐漸增加，制冷劑在蒸發器進出口的焓差逐漸增大，在制冷劑流量不變的情況下，換熱量逐漸增大，當風量增大到一定程度以后，蒸發器內的制冷劑能夠完全蒸發，風量增加使制冷劑只能進行顯熱交換，出口焓值變化已經不大，所以換熱量隨風量增大而略有增加。

圖2　換熱量隨風量變化曲線

3.3 冷凝溫度對蒸發器換熱量的影響

在其他因素不變的情況下，冷凝溫度、冷凝壓力的變化主要通過影響制冷劑流量來影響蒸發器的換熱量，如圖3所示。隨著冷凝壓力的升高，電子膨脹閥的進出口壓差也隨著增大，在蒸發器能夠保證制冷劑完全蒸發的情況下，制冷劑流量的增加也就意味著蒸發器換熱量的增加。

圖　3　換熱量隨冷凝溫度變化曲線

3.4 蒸發溫度對蒸發器換熱量的影響

在其他因素不變的情況下，蒸發溫度、蒸發壓力的變化從兩個方面來影響蒸發器的換熱量，一方面隨著蒸發溫度（蒸發壓力）的升高，電子膨脹閥的進出口壓差減小，使得通過電子膨脹閥的制冷劑流量減小；另一方面，蒸發溫度的升高，使得制冷劑與空氣的換熱溫差減小，也使換熱效果降低。兩個方面的因素共同使蒸發器的換熱量隨著蒸發溫度的升高而降低。如圖4所示。

圖4　換熱量隨蒸發溫度變化曲線

3.5　室溫對蒸發器換熱量的影響

室內溫度對蒸發器換熱量的影響如圖5所示。室內溫度就是蒸發器空氣側的入口溫度，當蒸發溫度一定時，室內溫度主要影響管內外的換熱溫差，由于經過蒸發器冷卻，空氣溫度最多只能降低到蒸發溫度，所以當風量一定時也決定了蒸發器的最大換熱量。當室內溫度很低時，蒸發器內的制冷劑不能完全蒸發，蒸發器出口有回液現象，隨著室內溫度的上升，換熱器的換熱量也逐漸上升，蒸發器出口的制冷劑干度也逐漸上升；當室內溫度上升至一定值時，制冷劑能夠完全蒸發，蒸發器出口有一定的過熱度，由于制冷劑溫度最高只能升到室內溫度，制冷劑的在蒸發器出口的焓值變化很小，換熱量隨室溫的增加略有上升。

圖5　換熱量隨室溫變化曲線

3.6 調節參數的聯合影響

影響蒸發器換熱量的參數中蒸發溫度和冷凝溫度是表征系統運行的參數，不能直接作為調節參數，室內溫度是被控對象；如果系統正常運行，還需要蒸發器出口制冷劑保持一定的過熱度以防止回液。因此，要控制的參數是室內溫度和過熱度，能作為調節參數的只有室內機風量和電子膨脹閥開度。室內機風量和電子膨脹閥開度對室內蒸發器的聯合影響結果如圖6所示。

圖6　制冷量、過熱度隨膨脹閥開度和室內機風量的變化曲線

電子膨脹閥和蒸發器聯合工作輸入、輸出狀態方程可以用下式來表示：

結合前面的分析可以發現：

(1) 當蒸發器出口制冷劑已經過熱時，因制冷劑出口焓值變化不大，電子膨脹閥所決定的制冷劑出流量是決定換熱量的主要因素；風量對換熱量不大，而對過熱度影響較大。各調節手段民對應的控制對象之間可近似認為是相互獨立的，此時B（t）是對角占優的。

(2) 當蒸發器出口為兩相流時，蒸發器空氣側進出口溫差基本為定值，換熱量主要由風量決定，電子膨脹閥開度對換熱量影響不大，但進、出口焓差與流量近似成反比，對出口干度的影響較大。室內機風量對過熱度同樣有較大的影響。此時B（t）是上三角矩陣。調節手段對控制對象的影響是有一定的耦合度的。

(3) 只要保證蒸發器出口為過熱狀態，就能實現調節手段與控制對象之間的獨立調控。而在制冷空調系統中，保證蒸發器出口過熱又是保證系統正常運行所必需的條件之一。所以在過熱度優先控制的模式下，獨立調節是可以實現的。

(4) 在蒸發器出口未過熱的情況下，調節風量和調節膨脹閥開度對過熱度有同等程度的影響。仍可以采用風量控過熱度優先的方法，同時用膨脹閥開度來改善風量對過熱度的調節，獨立控制與適當的耦合也能取得同樣效果。

根據上述分析，提出了風量Gα控制過熱度Tsu，電子膨脹閥開度Qυ控制室內溫度Tin的控制策略。

5.結論

在兩個優先原則下，可以實現室內機風量與電子膨脹閥開度對室內溫度與過熱度的解耦控制，獨立控制策略是可以實現的；獨立控制策略可用于復雜的系統，可對整個系統采用分布式控制模式；獨立控制策略便于實現模塊化，不會因系統形式的改變而對控制方法產生較大的影響；獨立控制策略有較強的可擴展性，不會由于系統的復雜而增加控制部分的成本。

參考文獻

1 彥啟森.　空調技術的發展與展望.　中國暖通空調制冷，1998年學術年會學術文集，1998：1-5

2 荒野?匆?　空調環境技術の展望.　三菱電機技報，1992，66（4）：2-3

3 石文星.　變制冷劑流量空調系統特性及其控制策略研究.　清華大學博士學位論文，　2000

4 Fumio Matsuok. Electric Control Methods in matrix form in Air Conditioners, Refrigeration, 984; 59: (679)

5 松岡文雄.　空調機におけるマトリりクス電子制御方式. 冷凍, 1985; 60：（693）

6 松岡文雄.　空調機のホロニクス制御.　三菱電機技報，　1987；61（5）

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8 中尾正喜他，年間冷房空調機の高效率制御（第1報）.　空氣調和.衛生工學會論文集，1995；59

9 中尾正喜他，年間冷房空調機の高效率制御（第2報）.　空氣調和（衛生工學會論文集，1996；60

11 Nakashima Y et al. Reversible Flow Type Linear Expansion Valve for Heat Pumpt. Hi-85-31;93)1555-1568

篇（10）

 

概述

一、系統介紹

SCADA(SupervisoryControl And Data Acquisition)系統，即數據采集與監視控制系統。SCADA系統的應用領域很廣，它可以應用于電力系統、給水系統、石油、化工等領域的數據采集與監視控制以及過程控制等諸多領域。SCADA系統是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。它可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。通過對上位機組態，根據中央空調系統制冷機房設備運行工藝流程對下位機進行程序編制，使制冷機房設備按照設計的工藝流程及精度要求自動運行，用戶通過INTERNET可以從IE瀏覽器上遠程訪問Sunwayland的工程畫面，實現24小時無人值守且保證中央空調科學節能運行，為客戶提供舒適可靠高品質的冷負荷需求。論文參考網。

二、系統構成

1、上位機選用研祥工控機，安裝國內知名組態軟件Sunwayland WWW網絡版6.1。

2、下位機控制核心選用多功能模塊化的可編程控制器Siemens s7-300,選用CPU314、CP340通訊處理器（R485接口）、通過通訊的方式控制Siemens變頻器MM430。

3、現場測量控制元件（如溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、液位傳感器、電動閥門等等）選用國際知名品牌如Siemens、Honeywell、Danfoss，通過開關量和模擬量輸入模塊采集現場設備運行狀態及數據，通過開關量和模擬量輸出模塊控制現場執行設備。論文參考網。論文參考網。

4、SCADA系統結構共分四個層次如圖所示：

三、系統軟件、硬件部分清單

 

序號 監控中心設備名稱 品牌型號 數量 單位 備注 1 STEP V5.4 SIEMENS 1 套 含驅動協議硬件狗 2 Sunwayland6.1 Sunwayland 1 套 WWW網絡版 3 東進語音卡 DN081A 1 套  

  4 CPU314C-2DP SIEMENS 1 塊

  5 PS307(10A) SIEMENS 1 塊

  6 CP341(RS485) SIEMENS 2 塊

  7 Rail SIEMENS 0.83 米

  8 128k存儲器 SIEMENS 1 塊

  9 SM331 SIEMENS 2 塊 8路 10 SM332 SIEMENS 1 塊 8路 11 SM321 SIEMENS 1 塊 32DI*24VDC 12 SM322 SIEMENS 1 塊 32DO*24VDC/0.5A 13 工控機910B EVOC 1 臺

  14 MPI編程電纜 SIEMENS 2 件 USB口 15 打印機 HP 1 臺 激光 16 控制柜柜體 RITTAL 1 套 玻璃門2.2*0.8*0.6 序號 現場設備名稱 品牌型號 數量 單位 備注 1 冷水機組 YORK 2 臺 MODBUS RTU,RS485 2 冷凍水泵 凱泉 3 臺 變頻MM430 3 冷卻水泵 凱泉 3 臺

  4 冷卻塔 聯豐 2 臺

  5 冷凍定壓補水裝置 Flamac 1 臺

  6 電動開關閥 Danfoss 6 個

篇（11）

中圖分類號：V443文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（b）-0000-00

在現代，CCD相機在多領域被廣泛應用，成為人類獲取信息的主要工具之一。做為一種半導體集成器件，CCD相機對環境溫度變化非常敏感，環境溫度過高，引起光學和機械誤差將導致相機的視軸漂移和光學系統的波前畸變，造成影像模糊，嚴重破壞成像質量，而環境溫度過低直接會導致CCD相機不能工作。這就限制了其在一些溫度環境相對惡劣條件下的使用 。如產品環境模擬試驗，環境溫度低溫達到-40℃，高溫要60℃，這就要求CCD相機應具有較寬的工作溫度適應能力，通常有兩種方法，一是采用制造工藝，生產寬溫器件，二是采用保溫措施保證CCD器件的工作環境溫度，因后者的成本較前者低，被廣泛采用。據此文中設計了多通道CCD保溫儀，采用DS18b20為溫度傳感器和TEC半導體為制冷制熱器件，STC89c52為中心控制器件，可實現-50℃～+70℃較惡劣環境溫度下CCD相機正常過工作條件。

1系統總體結構

本次設計的測溫系統不僅要求能夠實現多通道同時測溫，而且測溫精度較高，圖1是保溫儀的系統硬件設計的總體框架。

1.1單片機控制系統

整個系統由STC89C52進行集中控制和管理。STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案 。

1.2單總線測溫系統

DS18b20是由美國DALLAS公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優點，可以直接將溫度轉化成串行數字信號供處理器處理 。

DS18b20獨特的單線接口方式，它與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18b20的雙向通信，并且支持多點組網功能，多個DS18b20可以并聯在唯一的三線上，實現組網多點測溫，在使用中不需要任何元件，全部傳感器及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內，測量溫度范圍為-55℃―+125℃，可編程分辨率為9―12位，對應的可分辨溫度分別為0.5℃，0.25℃，0.125℃，在-10℃―+85℃時精度為±0.5℃ 。

1.3 驅動系統

驅動系統主要是控制保溫儀的加熱、制冷，以及散熱。通常制冷有風冷、水冷、壓縮機制冷、TEC制冷等幾種方式 。本系統采用TEC加熱/制冷，TEC是利用半導體的熱―電效應制取冷量的器件，又稱熱―電制冷片 。利用半導體材料的帕爾貼效應，當直流電通過兩種不同半導體材料串聯成的電偶時，在電偶兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，實現制冷的目的 。本系統采用TEC1-12706。系統采用了6片制冷片，同時控制六個保溫儀，輸入電壓選用12V，總的制冷功率達到 330W。為了保證TEC加熱制冷功率，會在TEC的一面加上散熱組件（風扇和散熱片）。

驅動系統電路如圖4（a）所示，由單刀雙擲繼電器、PNP8550、IN4007以及 兩端接的TEC組成，通過三極管 、 的導通和截止來控制繼電器的吸合與斷開，從而使TEC兩端導通，對系統進行加熱或是制冷。繼電器兩端反接的二極管IN4007為消耗二極管，用來消耗反向電動勢。

1.4 LCD顯示系統

顯示系統采用128×64 的 LCD 顯示器。5V電壓驅動，帶背光，液晶顯示模塊是 128×64 點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內置國標 GB2312碼簡體中文字庫（16×16 點陣）、128 個字符（8×16 點陣）及 64×256 點陣顯示 RAM（GDRAM）。與 CPU 直接接口，提供兩種接口來連接微處理機：8位并行及串行兩種連接方式 。 本系統采用并行鏈接方式。圖5是其和單片機的接口。

2 系統軟件設計

軟件設計是保溫儀的重要組成部分，軟件流程圖如圖6所示。

上電以后，單片機首先對其進行初始化設置，設置與繼電器連接的個引腳輸出低電平，繼電器斷開，制冷組件停止工作，然后初始化12864，初始化DS18b20溫度傳感器，開始測溫，需要注意的是由于系統是多通道DS18b20同時測溫，所以需要先將DS18b20溫度傳感器的序列號讀取出來，然后在測溫時通過匹配序列號判斷所讀取的是哪個保溫儀的溫度，最后將各保溫儀的溫度與設定值相比較，如果不在設定溫度范圍內則調用溫控子程序。根據實驗需要，在最開始將系統的溫度值設定為高溫25℃，低溫20℃，也可以根據實驗環境需要，設定溫度警報值，當某個保溫儀內溫度超出警報溫度范圍，則調用報警程序，并盡快將系統關閉，以免將其他器件燒毀。

3 應用試驗

應用在高低溫環境下對瞄準鏡進行可靠性試驗，，需要CCD相機進行圖像采集，試驗溫度要求在-50℃～60℃。圖9（a）為高低溫箱內部結構圖，將CCD相機及保溫儀系統放到放在高低溫箱內部，高低溫箱負責給實驗提供溫度條件。（b）保溫儀實物圖。

℃

高低溫箱溫度 1號保溫箱內溫度 2號保溫箱內溫度 3號保溫箱內溫度 4號保溫箱內溫度

-50℃ 19.8℃ 19.6℃ 19.4℃ 19.6℃

-40℃ 19.9℃ 19.7℃ 19.6℃ 19.4℃

0℃ 21.3℃ 22.1℃ 21.4℃ 21.7℃

40℃ 23.2℃ 24.1℃ 23.8℃ 24.0℃

50℃ 24.9℃ 25.1℃ 24.8℃ 25.0℃

保溫儀是為確保在一些極端溫度下實驗可以正常進行，所以系統采用的測溫精度為0.1，由測量結果可以看出在高溫和低溫情況下保溫儀內溫度合理的控制在了CCD相機的工作溫度范圍呢，且四通道恒保溫儀溫度一致性比較好，溫度波動性小與±1℃，滿足了設計要求。

5結論

采用DS18b20為溫度傳感器的多通道TEC保溫儀，電路簡單，不易干擾，不僅為高低溫下進行的CCD圖像采集實驗提供了溫度保障，并且也可以應用與其他極端溫度下的實驗，為工作溫度范圍較窄的電子器件提供溫度保障，保證了個電子器件在高溫或是低溫下正常工作，不影響實驗結構，并且生產簡單，操作簡單，適合與多種實驗與生產中。

參考文獻

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