中央空調節能設備

　　█前言

　　中央空調是現代大廈物業、賓館、商場（chǎng）不可缺少的設施，它能帶給人們四（sì）季（jì）如春，溫馨舒適（shì）的每一天（tiān），由於中央空調功率大，耗能（néng）大，加上設計上存在“大馬拉小車”的現（xiàn）象，支付（fù）中央空調所用電費是用（yòng）戶一項巨大的開支。因為季（jì）節的變化、晝夜的變化、賓館酒樓客（kè）人入住率的變化（huà）、娛樂場所開放時間的變化等等，從而導致（zhì）中央空調係（xì）統對（duì）室內熱源吸收量的變化，再（zài）加之工藝設計上（shàng）電機功率（lǜ）設計有相當的富裕量，因此，存（cún）在（zài）明顯的節電空間。將變頻技術引入中央空調係統，保持室內恒溫，對（duì）其進行的節能改造是降本增效的一條捷徑。

　　█中央空調係統如圖1所示為一（yī）典型中央空調機組係（xì）統圖，主要（yào）由冷凍水循環係統、冷卻水循環係統及主機三部分組成：

　　●冷凍水循環係統該部分由冷凍泵、室內風（fēng）機及冷（lěng）凍水管道等組成。從主機蒸（zhēng）發器流出的低溫冷凍水由冷（lěng）凍泵加壓送入冷凍水管道（出水），進入室內進行熱交換，帶走房間內的熱量，最後回到主機蒸發器（qì）（回水）。室內風機用於將空氣吹過冷（lěng）凍水管道，降低空氣（qì）溫度，加速室內熱交換。

　　●冷卻水（shuǐ）循環部分

　　該部分由冷卻泵、冷卻水（shuǐ）管道、冷卻水塔及冷凝器等組成。冷（lěng）凍水循環（huán）係統進行室內熱交換的同時，必將帶走室內大量的熱能。該熱能通過主機內的冷媒傳遞給冷（lěng）卻（què）水，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升溫後的冷卻水壓入冷卻水（shuǐ）塔（出水），使之與大氣進行熱交換，降低溫度後再（zài）送回主機冷凝（níng）器（回（huí）水）。

　　●主機（jī）主機部分（fèn）由壓縮（suō）機（jī）、蒸發器、冷凝器及冷媒（製冷劑）等組成，其工作循（xún）環過程如下：

　　首先低壓氣態冷媒被壓縮機加壓進入冷凝器並逐漸冷凝成高壓液體。在冷凝過程中冷（lěng）媒會釋放出大量熱能，這部分熱能被冷凝器中的冷卻水吸收並送到室外（wài）的冷卻塔上（shàng），最終釋放（fàng）到大氣中去。隨後冷凝器中的高壓液態冷媒（méi）在流經蒸發器前（qián）的節流降壓裝置時，因為壓力的突變而氣（qì）化（huà），形（xíng）成氣液混合物進入蒸發器。冷媒在蒸發器中不斷氣化，同時會（huì）吸（xī）收冷凍水中的熱量（liàng）使（shǐ）其達到較低溫度。最後，蒸（zhēng）發（fā）器中氣化後的冷媒又變成了（le）低壓氣體，重新進入了壓縮機（jī），如此循（xún）環往複。

　　█節能理論

　　●中央空調節能改造前的工況在中央空調係統設計時，冷凍泵、冷卻泵的電機容量是根據建築物的最大設計熱負荷選（xuǎn）定的，都留有一定設計餘量。由於四季氣候及晝夜溫差變化，中央空調工作時（shí）的熱負荷總是（shì）不（bú）斷變化。下圖（tú）2為一民用建築物的平均熱負荷情況：

　　█前言

　　中央（yāng）空調是現代大廈物業、賓館、商場不（bú）可缺少的設施（shī），它能帶給人們四季如春，溫馨舒適的每（měi）一天（tiān），由於中央空（kōng）調功率大，耗能大，加上設（shè）計上存在“大馬（mǎ）拉小車”的現象，支付中（zhōng）央空（kōng）調所（suǒ）用電費是用戶一項巨大的（de）開支。因為季節的變化（huà）、晝夜的變化、賓館酒樓客人入住率的變化（huà）、娛樂場所開放時間的變化等等，從而導致中央空調係統（tǒng）對室內熱源吸（xī）收量的變化，再加之工藝設計上電機（jī）功率設計有相當的富裕量，因此，存在明顯的節電空間（jiān）。將變頻技術引入中央空調係統，保持室內恒溫，對其進行的節能改造是降本增效的（de）一條捷徑（jìng）。

　　█中央空調係統

　　圖1所示為一典型中央空調機組係統圖，主要由冷凍水（shuǐ）循環係統、冷（lěng）卻水循環係（xì）統及（jí）主機三部分組成：

　　●冷凍水循環係統

　　該部分由冷凍泵、室內風機及冷凍水管道（dào）等組成。從主機蒸發器流出的低溫冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍（dòng）水管道（出水），進入（rù）室內進行熱交換，帶走房間內的熱量，最後回到主機蒸（zhēng）發器（回水）。室內風機（jī）用於將空氣吹過冷凍水管道（dào），降低空氣溫度，加速室內熱交換。

　　●冷卻水循環部分

　　該部分由冷卻泵、冷卻水管道、冷卻水塔及冷（lěng）凝器等組成。冷凍（dòng）水循環係統進行室內熱交換的同時，必（bì）將（jiāng）帶（dài）走室內大量（liàng）的（de）熱能。該熱能通過主（zhǔ）機內的冷媒傳遞（dì）給（gěi）冷卻水，使冷卻水溫（wēn）度升高。冷（lěng）卻泵將升（shēng）溫後的冷卻水壓入冷卻水塔（出水），使之與大氣進行熱交換，降低（dī）溫度後再送回主（zhǔ）機冷凝器（回水（shuǐ））。

　　●主機

　　主機部分由壓縮機、蒸發器、冷凝器及冷媒（製冷劑）等組成，其（qí）工作循（xún）環過程如下：

　　首先低壓氣態冷媒被壓縮機加（jiā）壓進入冷凝器並逐漸（jiàn）冷凝成高壓液（yè）體（tǐ）。在冷凝（níng）過程（chéng）中冷媒會釋放出大量熱能（néng），這部分熱能被冷凝器中的冷卻水吸收並送到室外的冷卻塔上，最終釋放到大氣中去。隨後（hòu）冷凝器（qì）中的高壓（yā）液態冷媒在流經蒸發（fā）器前（qián）的（de）節（jiē）流降壓裝置時，因（yīn）為壓力的突變而（ér）氣化（huà），形（xíng）成氣（qì）液混合（hé）物進入蒸發器（qì）。冷媒在蒸發器（qì）中不斷氣化（huà），同時會吸收冷凍水中的（de）熱量使其（qí）達到較低溫（wēn）度。最後，蒸（zhēng）發器中氣化後的冷媒又變成了低壓氣體，重新（xīn）進入了壓縮機，如此循環往（wǎng）複。

　　█節能理論

　　●中央空調節能改造前的工況

　　在中央空調係（xì）統設計時，冷凍泵、冷卻泵的電機容量（liàng）是根據（jù）建（jiàn）築物的最大設計熱負荷選定的，都留（liú）有（yǒu）一定設計（jì）餘（yú）量。由於四（sì）季氣候及晝夜溫差變化，中央空（kōng）調工作時的熱負荷（hé）總是不（bú）斷變化。下圖2為（wéi）一民用（yòng）建築物（wù）的平均熱負（fù）荷（hé）情況：

　　如上圖所（suǒ）示，該（gāi）中央空調一年中負（fù）荷率在50%以下的時間超過了全部運（yùn）行時間的50%。通常冷卻水管路的設計溫差為5～6℃，而實際應用表明大部分時間裏冷卻水管（guǎn）路的溫差僅（jǐn）為2～4℃，這說明製冷所需（xū）的冷凍水、冷卻水流量通常都低於（yú）設計流量，這樣就（jiù）形成了中央空調低溫差、低負荷（hé）、大工（gōng）作流（liú）量的工況。

　　在沒（méi）有使用節能係統前，工頻供電下的（de）水泵（bèng）始終全速運行，管道中的供水（shuǐ）流量隻能通（tōng）過（guò）閥門或回（huí）流方式調節，這必會產生大量（liàng）的節（jiē）流及回流（liú）損失，同時也增加了電（diàn）機的負荷，白白消耗了（le）許多電（diàn）能。

　　中央（yāng）空調水泵電（diàn）機的耗電量約占中央空調係統總耗電量的30-40%，故對其進行節能改造具有很明顯的節能效果。

　　●節能（néng）理論根據

　　由流體力學理論（lùn）可知（zhī），離心式（shì）流體傳輸設備（bèi）（如離心式水泵、風機等）的（de）輸出流量Q與其轉速（sù）n成正比；輸（shū）出壓力P（揚程）與其轉速n的平方成正比；輸出功率N與（yǔ）其轉速n的（de）三次方成正比（bǐ），用數學公式（shì）可表示為：

　　Q＝K1× n

　　P＝K2× n2

　　N＝Q × P＝K3× n3(K1、K2、K3為比例常數)

　　由上述原理可知，降低水泵的轉速，水泵的輸出功率就可以（yǐ）下降更多。如將電機的供電頻率由50Hz降為（wéi）40Hz，則（zé）理論上（shàng），低頻40Hz與高（gāo）頻50Hz的輸（shū）出功率之比為(40/50)3=0.512。

　　實踐證明，在（zài）中央空調係（xì）統中接入（rù）變頻節能係統，利用變頻技術（shù）改變水泵轉速來調節（jiē）管道中的流（liú）量，以取（qǔ）代閥門（mén）調節及回流方式，能取得明顯的節能效果，一般節電率都（dōu）在30％以上。同時變頻器的（de）軟啟動（dòng）功能及平滑（huá）調（diào）速的特點可實現對中央空調的平穩（wěn）調節，並可延長機組（zǔ）及管組的使用壽命（mìng）。

　　█節能方案分析

　　中央空調各循環水係統的回（huí）水與出水溫度之差，反（fǎn）映了整個係統（tǒng）需要進行的熱交換量。因此，根據回水與（yǔ）出水的溫度差來控製循環水的（de）流量，從而控製熱交（jiāo）換的速度（dù），是首選的節能控製方法。

　　●冷凍水循環係統

　　冷凍水的出水溫度（dù）是由主機的（de）製冷效果（guǒ）決定的，通常比較穩定（dìng），因此冷凍回水溫度可以準確的反映室內的熱負荷情況（kuàng）。由此，對於冷（lěng）凍水循環係統的節能改造，可以取回水溫度作為控（kòng）製目標，通過變頻器（qì）對冷凍泵流量的自動調節來實現對室內溫度的控製。

　　●冷卻（què）水循環係統

　　冷卻水循環係統同時受室（shì）外環境溫度及室內熱負荷兩方麵影（yǐng）響（xiǎng），循（xún）環水管（guǎn）道單側（cè）的水溫不（bú）能準確反映該（gāi）係（xì）統的熱交換量，因此以出水與回（huí）水之間的（de）溫差作為控製室（shì）內溫度的（de）依據是合理（lǐ）的節能方式。在外界環境溫度不變的情況下，溫差大，說明室（shì）內熱負荷較大（dà），應提高冷卻泵的（de）轉速，增大冷卻水循環的速度；相（xiàng）應的（de），溫差小則減（jiǎn）小冷卻泵轉速。

　　●方案結構示意圖

　　根據上（shàng）述分析，可得出整個節能工程結構示意圖如圖3所示：

　　由上（shàng）圖，該節能方案的基本（běn）思路為：

　　分別在主機蒸（zhēng）發器回水（shuǐ）處、冷凝（níng）器出（chū）水及回水處安裝溫度傳感器，實時檢測管網的溫度，以模擬信號（0~10V或者4~20mA）反饋給變頻器，通過變頻器（qì）內置的PID運算輸出相應的頻率指令後自動（dòng）調節水泵轉速，從而調節各循環水（shuǐ）的熱交換速度，最（zuì）終實現對室內恒溫度的控製（zhì）。需要特別說明的是，變頻器（qì）內部在設計上集成了溫（wēn）差反（fǎn）饋處理功能（néng），係統無（wú）須另配專用（yòng）控製模塊。

　　機組

　　機型

　　常用數量

　　備用數量

　　總計數量

　　中央

　　空調

　　冷凍泵電機

　　45KW（380V）

　　2台

　　1台

　　3台

　　冷卻泵電機

　　75KW（380V）

　　2台

　　1台

　　3台

　　該方（fāng）案使用CHF100係（xì）列通用變頻器，“市電”“節（jiē）電”旁路需要另配電控櫃及電氣配件。

　　●變（biàn）頻節能係統特點

　　1、變頻器界麵為（wéi）LED顯示，監控參數豐富；鍵盤布局簡（jiǎn）潔（jié）、操作方便；

　　2、溫度（dù）/溫差傳感器為數字雙屏LED顯示（shì），溫度參數設定方便，易於監控；

　　3、變頻器有過流、過載（zǎi）、過壓（yā）、過熱等多種電子保護裝置，並具有豐富的故障報警輸出（chū）功能，可有效保護供（gòng）水係（xì）統的正常（cháng）運作；

　　4、加裝變頻器後，電機具有軟啟動及無極調速功能，可使水泵（bèng）和（hé）電機的機（jī）械磨損大為降低，延長管組壽命；

　　5、  變（biàn）頻器內部裝（zhuāng）有大容量濾波電容，可有效提高用電設備的功率因數；

　　6、  該係（xì）統實現（xiàn）了對（duì）溫度的PID閉環調節，室內溫度變化平穩，人體感覺舒適（shì）。

　　█總結

　　將（jiāng）變（biàn）頻技術應用於中央空調係統（tǒng），對提升中央空調自動化水平、降低能耗、減（jiǎn）少對（duì）電網的衝擊、延長機械及管網的使用壽命，都（dōu）具有重要的意義。