AG8旗舰厅通风降温系统
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厂房降温设备浙江大学附属第一医院综合病房大楼空调通风设计台达
一、工程概况
浙大医学院附属第一医院综合病房大楼建造于浙大医学院附属第一医院院内，施工图设计完成于2002年底，总建筑面积为702l0m2，地下二层，地上二十三层，建筑高度89．30米。地下二层平时为放射科及设备用房，设直线加速器机房、PET机房、CT机房，自行车库及水池、水泵房，战时为六级人防医院；地下一层为汽车库、制冷机房及全院配电房；一层为大厅及病房：二层为检验科、中心药局及病房：三层为手术室；四层为ICU监护中心及病房；三、四层之间为设备层；五、六层为血透中心及病房；七~十二层为各科病房；十三层为值班公寓及病房：十四~十八层为实验室及病房；十九层~二十三层为各科病房。
该建筑平面近似菱形，西北向及东南向二个体块分别组成两个单元，中部是垂直交通的核心筒。本建筑在各层平面布置上的总体特点是内区房间面积比较大。
二、空调冷热源设计：
2．1、经计算，该病房综合大楼夏季总耗冷量为8350KW，设计选用二台制冷量为2791KW的离心式冷水机组及两台制冷量为1395KW的螺杆式冷水机组；冬季耗热量为5837KW，选用两台制热量为2907KW的汽——水换热机组，热源为医院锅炉房提供的蒸汽，最大耗汽量8．4t／h。
2．2、手术室四管制净化空调水工程中的制冷工程冷源夏季由制冷机组供给，考虑到手术室及ICU在使用时间与灵活性方面与病房、实验室、办公室等不同，另设置了二台风冷热泵机组(单冷型)，单台制冷量412KW，置于十九层屋面上，专供手术室在过度季节及冬季四管制中制冷工程用。四管制中的制热工程热水冬季由换热机组供给，其它季节由设于制冷机房内的汽—水板换供给。
2．3、地下二层放射科直线加速器机房、PET机房因设备对温、湿度要求较高，需要全天、全年运行，故对此二类机房单独设置风冷热泵机组二台，单台制冷量128KW，机组置于三层局部屋面上。放射科其它用房空调冷热源由制冷机房中央空调提供。
通过以上设计，在空调季节，制冷机房提供除放射科直线加速器机房、PET机房的空调冷热源，这样可充分发挥制冷、换热机组的使用效率，达到一定的节能效果；在非空调季节，手术室、ICU的净化空调工程仍然有可靠的冷热源，保证医院的正常使用；直线加速器机房、PET机房的空调冷热源独立设置，不受中央空调工程的干扰，保证贵重设备机房的温、湿度恒定。
三、空调水工程设计：
3．1、因本工程地上建筑高度为89．3米，地下建筑高度为10．4米，工程设置高度近99．7米，故本设计将水工程分为高区和低区，并分别设置膨胀水箱为其工程稳压点。
3．2、除了对水工程在高度上分区外，本设计还根据建筑区域及使用功能分别设置水工程，共有15个水环路工程。东南部区域设有：高、低区风机盘管水工程；高、低区内区新风机水工程；高、低区外区新风机水工程。西北部区域水工程设置同东南区。还包括地下二层风机盘管、柜机水工程及手术室净化空调四管制制冷、制热水工程。
水工程如此设计，其优点是显而易见的：1、水工程纵向高低分区，避免了建筑低处空调水工程承压过大，减少了空调水工程检修率，缩小了因水工程检修而影响空调使用的范围。2、新风水工程与风机盘管水工程的分设，使在过度季节只使用新风调节室内温度成为可能，节约能源。3、手术室水工程采用四管制，满足手术室在不同季节、不同时间瞬时制冷或瞬时制热的使用要求。
四、空调形式及空调风工程设计：
4．1、对地下二层放射科直线加速器机房、PET机房专设空调机房，配置柜式空调机组，气流组织为全空气低风速风管送、回风。
4．2、一层大厅选用柜机，二层检验科选用柜机，气流组织为全空气低风速风管送、回风。
4．3、净化空调工程设计：三层共设手术室十九间，均按净化空调设计，净化级别由百级至十万级不等，净化设备选用“医用洁净空调机”，放置在设备层。送风方式由风管配套送风孔板及高效保温送风口送风，送风经初、中、高效三级过滤。四层ICU监护中心按十万级净化空调工程设计。一层P2、P3实验室按净化空调设计。
4．4、五、六层血透及各层抢救室采用局部净化，风机盘管回风口采用电子净化回风口，以使房间保持一定的洁净度。
4．5、全新风空调工程设计：一层爱滋病病房采用全新风工程，新风经处理后送入室内，废气通过专用井道至最高屋面处排放。十七层基因实验室、十八层细胞室、分子I、酵母实验室根据医院要求采用全新风工程，共用一套空调设备，设在十九层屋面，并设新风全热交换器一台，回风与新风进行热交换后排放，新风再经空调机组处理后送入室内。送风方式为低风速风管送回风。由十七层至十九层屋面设竖向送、回风总风管，再由支风管接至各层实验室，支风管上设风量调节阀及防火阀。
4．6、其它用房基本采用风机盘管加新风的空调方式，新风量指标：手术室，60m3/h.p；病房，50m3／h．p；医护、办公等用房，30m3／h．p。
本设计对内区及外区分别设置负压通风系统。过度季节，外区各房间靠开外窗通风换气，而内区各房间通过独立设置的新风机送入新风，亦能达到与外区房间同样的效果；冬季，外区房间的新风机在制热工况运行，而在某些时间，内区房间过热，此时，通过内区新风机直接引入室外新风即可以使内区房间达到一定舒适度。夏季，内区与外区的新风机都在制冷工况运行。
对实验室等用房采用全新风空调方式是根据院方的使用要求，本着节能的原则，使新风在进空调器前经过全热交换器，与室内通风进行热交换，充分利用通风的余热，达到一定的节能效果。对内区及外区分别设负压通风系统，可以利用新风在一定范围内调节内区的温度，既方便使用又达到节能的目的。
五、通风设计：
医院建筑废气的种类较多，本设计对不同种类的废气，采用不同的排气工程。
地下汽车库通风与排烟合用一套工程，平时通风，消防时排烟，汽车库废气经独立竖井排至最高屋面。P2、P3实验室及爱滋病病房均分别设独立的通风竖井，且在排出口处设消毒、过滤措施；普通实验室、普通病房卫生间分别设独立的通风竖井；地下室放射机房、各层平面中部的卫生间及盥洗室、医护办公等用房均分别设独立的通风工程。
以上设计，避免不同种类废气相互交叉污染，既保持室内空气清洁，又不污染环境。
六、消防设计：
本建筑属一类高层建筑，对所有消防楼梯间及其前室或合用前室设正压送风工程。对地上各层内走廊按竖向设防火分区，排烟风机设在屋面，烟气经竖井排至屋面。地下二层放射科设消防排烟及消防补风工程。中庭高度超过12米，在中庭局部屋面处设消防排烟工程一套。
七、空调自控工程：
本设计空调自控工程纳入病房综合楼BAS工程。主要实现以下功能：
1、冷水机组及空调循环泵运行台数控制。
2、冷水机组联动启、停顺序控制。
3、供回水总压差控制。
4、冷却塔控制。
5、新风机组控制。
采用比例积分温度控制器和送风温度传感器及电动调节阀组成控制工程。
6、风机盘管控制。
采用电子温度控制器及电动二通阀组成控制工程。
7、空调机组控制。
采用比例积分温度控制器和温度传感器及电动调节阀组成控制工程。
八、结束语：
浙大医学院附属第一医院病房综合大楼待建成后，不论在功能、规模及等级上都处于浙江省内领先水平，在本工程空调、通风、防排烟工程的设计过程中，经过多次方案比较，优化设计，以舒适、节能、先进为宗旨，最大限度满足医院的使用要求。我们把设计思路总结出来，与各位同行探讨，不妥之处望有关专家指教。
摘要 本文介绍了采用台达变频器结合PLC与人机界面在中央空调水泵风机上应用过程，对中央空调水泵风机的变频改造方案、变频改造节能效果和变频监控工程作了详细的描述，并给出了中央空调水泵风机的变频改造原理图、变频监控工程硬件结构图、人机界面画面图、工程控制方法和程序流程图。
关键字 变频器 PLC 人机界面 RS-485串行通讯 中央空调
一、前言
我公司是一家主要生产乙肝疫苗的制药公司,由净化中央空调设备提供生产车间的洁净环境,使生产车间各个房间的温度、湿度和压差等均能达到国家GMP规定的要求。因为季节的变化，昼夜的变化，这样生产车间的各个房间对风量具有很明显的需求变化，而水泵风机的风量、水流量的调节是靠风门、节流阀的手动调节。当风量、水流量的需求减少时，风门、阀的开度减少；当风量、水流量的需求增加时，风门、阀的开度增大。这种调节方式虽然简单易行，已成习惯，但它是以增加管网损耗，耗费大量能源在风门、阀上作为代价的。而且该中央空调在正常工作时，大多数风门及阀的开度都在50%-60%，这说明现有中央空调水泵风机设计的容量要比实际需要高出很多，严重存在“大马拉小车”的现象，造成电能的大量浪费。近年来随着电力、电子技术、计算机技术的迅速发展，变频调速技术越来越成熟，因此我们对公司的中央空调水泵风机加装19台变频器进行了节能改造。又由于水泵风机分散性较大，为了减少值班人员的巡视工作强度，便于及时掌握水泵风机的工作状态和发现故障，我们通过PLC及人机界面与变频器的通讯应用，在中央监控室增装变频监控工程，这样值班人员就可在人机界面上直接设定频率值与启停各台变频器，能实时监控水泵风机电机实际工作电流、电压、频率的大小，并具有报警等功能。
二、中央空调水泵风机变频改造方案
1、改造前设备情况
（1）、基因部空调设备情况
①制冷主机为日立机组，共三台。②冷冻泵：11KW，2极 全压启动4台，扬程30m，出水温度6℃,回水温度为10℃，出水压力为0.35Mpa，每台电机额定电流为21.8A，正常工作电流为16.6A。一般情况下,开二台备二台。③冷却泵:15KW，2极 全压启动 4台，扬程30m，出水温度32.5℃,回水温度为28.2℃，出水压力为0.38Mpa，每台电机额定电流为29.9A，正常工作电流为18.0A。一般情况下,开二台备二台。
（2）、老二楼空调机房空调设备情况
①制冷主机为日立机组，共两台。②冷冻泵：15KW，2极 全压启动3台，扬程30m，出水温度6.1℃,回水温度为9.8℃，出水压力为0.36Mpa，每台电机额定电流为29.9A，正常工作电流为21A。一般情况下,开一台备二台。③冷却泵:15KW，2极 全压启动 3台，扬程30m，出水温度31.8℃,回水温度为27.7℃，出水压力为0.41Mpa，每台电机额定电流为29.9A，正常工作电流为20.6A。一般情况下,开一台备二台。
（3）、分包装空调机房空调设备情况
①制冷主机为日立机组，共两台。②冷冻泵：15KW，2极 全压启动3台，扬程30m，出水温度5.8℃,回水温度为9.3℃，出水压力为0.38Mpa，每台电机额定电流为29.9A，正常工作电流为20.2A。一般情况下,开二台备一台。③冷却泵:15KW，2极 全压启动 3台，扬程30m，出水温度31.6℃,回水温度为27.3℃，出水压力为0.40Mpa，每台电机额定电流为29.9A，正常工作电流为21.2A。一般情况下,开二台备一台。
（4）、公司共有13台空调风柜。①基因部空调风柜7台，其中22KW风机电机3台，11KW风机电机2台，15KW和18.5KW风机电机各1台。②老二楼空调风柜3台，其中15KW风机电机2台，11KW风机电机1台。③质检部空调风柜3台，其中11KW风机电机2台，7.5KW风机电机1台。
2、水泵变频改造方案
因为冷冻泵和冷却泵进出水温差都小于5℃，这说明冷冻水流量和冷却水流量还有余量，再加之，电机正常工作电流小于额定电流(5-12A)，明显存在“大马拉小车”的现象。因此，我们对基因部的冷冻水工程和冷却水工程各自使用一台台达VFD-P11KW变频器和一台台达VFD-P15KW 变频器分别实施一拖三驱动（如图一所示）。根据需要由PLC1分别控制3台冷冻水泵和3台冷却水泵轮流切换工作（但同一时刻一台变频器只能驱动一台水泵电机运转），使冷冻水量和冷却水量得到灵活、方便、适时、适量的自动控制，以满足生产工艺的需求。同样对老二楼空调机房及分包装空调机房的冷冻水工程和冷却水工程也各使用一台台达VFD-P15KW 变频器分别实施一拖三驱动，其控制方式与基因部的冷冻水工程和冷却水工程控制方式相同。下面以基因部冷冻水工程加以说明：
（1）、闭环控制
基因部冷冻水工程采用全闭环自动温差控制。采用一台11KW变频器实施一拖三。具体方法是：先将中央空调水泵工程所有的风阀门完全打开，在保证冷冻机组冷冻水量和压力所需前提下，确定一个冷冻泵变频器工作的最低工作频率（调试时确定为35HZ），将其设定为下限频率并锁定。用两支温度传感器采集冷冻水主管道上的出水温度和回水温度，传送两者的温差信号至温差控制器，通过PID2调节将温差量变为模拟量反馈给变频器，当温差小于等于设定值5℃时，冷冻水流量可适当减少，这时变频器VVVF2降频运行，电机转速减慢；当温差大于设定值5℃时，这时变频器VVVF2升频运行，电机转速加快，水流量增加。冷冻泵的工作台数和增减由PLC1控制。这样就能够根据工程实时需要，提供合适的流量，不会造成电能的浪费。
（2）、开环控制
将控制屏上的转换开关拨至开环位置，顺时针旋动电位器来改变冷冻水泵电机的转速快慢。
（3）、工频/变频切换工作
在工程自动工作状态下，当变频器发生故障时，由PLC1控制另一台备用水泵电机投入工频运行，同时发出声光报警，提醒值班人员及时发现和处理故障。也可将控制柜面板上的手动/自动转换开关拨至手动位置，按下相应的起动按钮来启动相应的水泵电机。
图一 中央空调水泵变频改造原理图
3、风机变频改造方案
因为所有风柜的风机均处于全开、正常负荷运行状态，恒温调节时，是由冷风出风阀来调节风量。如果生产车间房间内的温度偏高，则风阀开大，加大冷风量，使生产车间房间内的温度降低。如果生产车间房间内的温度偏低，则需关闭一部分风阀开度，减少冷风量，来维持生产车间房间的冷热平衡。 因此，送入生产车间内部的风量是可调节的、变化的。特别是到了夜班时，人员很少，且很少出入、走动等活动，工程负荷很轻，对空调冷量的要求也大大降低，只需少量的冷风量就能维持生产车间房间的正压与冷量的需求了，故对13台风机全部进行了变频节能改造，利用变频器来对风量进行调节。
中央空调风机变频改造原理图如图二所示，在原有工频控制的基础上，增加7个变频控制柜，采用13台台达VFD-P系列变频器驱动13台风机电机，变频/工频可以相互切换。在工频方式下运行时，不改变原来的操作方式，在变频方式下运行时，变频器在不同的时间段自动输出不同的频率。即13台变频器受时控开关的程序控制，在周一至周五的7：30-23：00设定变频器在45HZ下运行，在周一至周五的23：00后至第二天的7：30及周六、周日设定变频器在35HZ下运行（其运行的频率可根据需要来设定），以改变风机的转速，同时13台变频器与中央监控室的人机界面和PLC实行联机通讯，可以实现远程人机监控。
图二 中央空调风机变频改造原理图
三、中央空调水泵风机变频节能改造效果
为了能直观体现变频改造后的节能效果，我们做了如下的测试：以1#日立机组冷却水泵14#（15KW）和K4风柜4#（22KW）为对象，在它们各自的主回路上加装电度表，先工频运行一星期，每天定时记录电表读数，再变频运行一星期，进行同样的工作，其数据如表1和表2所示。
表1：1#日立机组冷却水泵节能数据统计
1、表1的数据分析：在工频运行时，水泵的负荷变化不是很大，其日用电量在298度左右。变频运行时，由于受外界的环境温度影响较大，故每天的用电量差别较大，但可以看出，变频运行时的日用电量明显要小于工频时的数值。我们以一个星期的总用电量来计算，工频时为2580-891=1689，变频时为5248-4121=1127，则1#日立机组冷却水泵的节电率为：（1689-1127）/1689=33%
2、表2的数据分析：由于风机每天的负荷变化不大，故其用电量比较稳定。可以看出，工频运行时日用电量在350度左右。变频运行时，日用电量在220度左右。以350和220来计算，则K4风柜电机的节电率为：（350-220）/350 = 37%
由上述计算可知：水泵和风机变频改造后平均节能率为35%，在实际使用中，节电效果会更好。
表2：K4风柜节能数据统计
四、中央空调水泵风机变频监控工程
1、工程硬件组成
中央空调水泵风机变频监控工程的硬件结构图如图三所示，它由公司自来水恒压泵、分包装部二楼冷冻泵、质检部老二楼空调机房水泵风机和基因部水泵风机四个子工程组成，对分布在不同部门的19台变频器实施远程监控。各部分说明如下：①、变频器选用台达VFD-P系列变频器，该系列变频器具有高可靠性，低
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