中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)

1、中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)簡介： 本文介紹中央空調(diào)系統(tǒng)中的冷卻水系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)在滿足供冷質(zhì)量的情況下最佳的節(jié)能方法、原理及實現(xiàn)。 1 引言 能源的利用情況標(biāo)志著一個國家科技進(jìn)步的水平。在我國大力推廣節(jié)能產(chǎn)品，禁止使用耗能過大的設(shè)備，提高能源的利用率，以縮短與世界先進(jìn)國家的差距，為中國的現(xiàn)代建設(shè)提供能源的保證。在中央空調(diào)使用中，它的耗能量是很大的，約占整個供電部門供電量的4o 左右。例如一家建筑面積為8萬多平方米綜合性的大型醫(yī)院，有門診大樓1棟，住院大樓2棟，中央空調(diào)系統(tǒng)有800kW冷卻主機(jī)3臺，冷凍水泵機(jī)組有93kW電機(jī)4臺，冷卻水泵機(jī)組有93kW電機(jī)4臺，通過對冷凍水泵機(jī)組和冷卻水泵機(jī)組

2、的變頻節(jié)能的改造使用11個月，節(jié)約電費(fèi)41.5萬元，為中央空調(diào)的節(jié)能，創(chuàng)造了有益的經(jīng)驗?，F(xiàn)將其系統(tǒng)組成、設(shè)計、實現(xiàn)方法作一介紹。 2 中央空調(diào)變頻節(jié)能的原理系統(tǒng)組成 中央空調(diào)進(jìn)行變頻節(jié)能系統(tǒng)，需要硬件及軟件技術(shù)的組合，利用矢量控制手段將動態(tài)過程相應(yīng)補(bǔ)償，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)壓、瞬流干擾負(fù)向抑制技術(shù)綜合使用。變頻調(diào)速技術(shù)產(chǎn)生的新產(chǎn)品，通過同步跟蹤，調(diào)壓、調(diào)相、調(diào)節(jié)頻率、瞬流抑制于一體，具有： (1)恒轉(zhuǎn)矩的條件下調(diào)節(jié)控制電壓，限制電流，使電機(jī)負(fù)載處于最適當(dāng)、最小、最省電力的電壓和電流運(yùn)行狀態(tài)； (2)矢量控制和模糊邏輯控制的優(yōu)化調(diào)頻技術(shù)，具有最先進(jìn)通用變頻器的全部功能； (3)由微機(jī)采樣跟蹤，實現(xiàn)功率因數(shù)動

3、態(tài)補(bǔ)償； (4)瞬流干擾抑制技術(shù)，過濾瞬流波動減小其所造成的損失和干擾。 正是由于這些優(yōu)勢，使中央空調(diào)變頻節(jié)能有實施的理論依據(jù)和進(jìn)行控制的可行性。其主要應(yīng)考慮的因素有： 1)在中央空調(diào)設(shè)計時為保證在天氣溫度最高的情況下能滿足要求，所以按最大的負(fù)荷設(shè)計并有15 左右的富裕量，而平時使用時并不能達(dá)到滿負(fù)荷，所以存在較大的裕度，其中主機(jī)常?？梢愿鶕?jù)負(fù)載變化自動加載，卸載，而水泵的流量卻不能隨主機(jī)匹配調(diào)節(jié)，存在很大浪費(fèi)； 2)系統(tǒng)的流量壓力必須靠截流閥和旁路閥調(diào)節(jié)來完成，因此不可避免存在較大截流損失和消耗大流量高壓力主機(jī)，以及低流量小溫差的現(xiàn)象。不僅大量浪費(fèi)電能，而且還可能造成空調(diào)冷暖不適的情形，同時

4、對系統(tǒng)設(shè)備帶來不利的影響； 3)電機(jī)起動電流為額定值的5倍左右。電機(jī)在如此大的電流沖擊下，進(jìn)行頻繁的起停，對電機(jī)、接觸器觸點(diǎn)、空氣形狀觸點(diǎn)帶來電弧沖擊，同時也會給電網(wǎng)帶來一定的有害沖擊。同時起動時帶來的機(jī)械沖擊和停止時的承重現(xiàn)象也會給機(jī)械傳動、軸承、閥門等帶來疲勞損傷。 4)變頻技術(shù)在現(xiàn)代空調(diào)中的使用已成為必然趨勢，因此這不僅能有效改良現(xiàn)代空調(diào)系統(tǒng)的工藝不足，還能大幅降低能耗節(jié)省運(yùn)行成本。因此，在中央空調(diào)系統(tǒng)中安裝變頻控制系統(tǒng)并設(shè)置閉環(huán)自動調(diào)節(jié)，使節(jié)能效果更好。 3 中央空調(diào)變頻系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù) 在我國的南方特別是深圳地區(qū)周圍，每年空調(diào)開的時間大約1o個月左右。這樣一年之中，中央空調(diào)系統(tǒng)中的冷卻

5、泵機(jī)組和冷凍水泵機(jī)組都在固定的大流量下工作。另外由于季節(jié)、晝夜和用戶負(fù)荷的變化，實際上空調(diào)負(fù)載在絕大部分時間內(nèi)比設(shè)計負(fù)載低很多，如圖1和圖2所示。 可由建筑物的實測得到熱負(fù)載變化率的情況。這樣，就可以決定水泵流量和壓力的最大(100)設(shè)計負(fù)載，這樣相比，一年中負(fù)載率在50%以下的時間占全部運(yùn)行時間的50%以上，一般冷凍水設(shè)計溫差為57，冷卻水的設(shè)計溫差為46，在系統(tǒng)流量固定的情況下，全年絕大部分運(yùn)行時間溫差僅為13，即在溫差低、流量大的情況下工作，增加了管路系統(tǒng)的能量損失，浪費(fèi)了水泵運(yùn)行的輸送能量。一般空調(diào)水泵的耗電量占空調(diào)系統(tǒng)耗電的2030。因此，節(jié)約水泵在低負(fù)載時系統(tǒng)供水輸出能量具有很重要

6、的意義，所以隨負(fù)荷而改變水流量的空調(diào)水泵系統(tǒng)就顯示出巨大的優(yōu)越性，而得到越來越廣泛的重視及應(yīng)用。采用變頻器調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速可以很方便地調(diào)節(jié)水的流量其節(jié)能率通?？蛇_(dá)35%50%左右。例如水泵的運(yùn)行特性如下： 1)水泵的流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比：Q=N； 2)溫差T與轉(zhuǎn)速一次方成反比，T =l/n； 3)揚(yáng)程H 與轉(zhuǎn)速二次方成正比，H=N2； 4)軸功率P與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，P=N3； 它們之間的關(guān)系如表1所示。 4 中央空調(diào)變頻系統(tǒng)的設(shè)計 變頻系統(tǒng)只涉及冷凍水機(jī)組和冷卻水機(jī)組的變頻調(diào)節(jié)控制。 41 冷凍水系統(tǒng) 它的水溫取決于蒸發(fā)器的設(shè)定值，回水溫度取決于蒸發(fā)器接收的熱量，中央空調(diào)冷凍水出的溫度與冷

7、凍水的回水溫度設(shè)計最大溫差為5"C(出水為8"C，回水為13"C)?，F(xiàn)采用在蒸發(fā)器的出水管和回水管上裝有檢測溫度的變送器。再與PID溫度調(diào)節(jié)器、PLC和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過冷凍水的溫差來控制，使冷凍水泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速相應(yīng)于熱負(fù)載的變化而變化，當(dāng)?shù)谝慌_電機(jī)已達(dá)到工頻時，還達(dá)不到要求時就可起動第二臺電機(jī)，工頻運(yùn)行，然后調(diào)控第一臺電機(jī)。這樣不斷調(diào)整控制，使其達(dá)到最佳的效果。 42 冷卻水系統(tǒng) 降低水的溫度取決于冷卻塔的工作狀態(tài)，我們只需控制高溫冷卻水的溫度(冷凝器出水口)即可控制溫差。現(xiàn)采用溫度變送器，PID調(diào)節(jié)器，PLC變頻器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，冷凝器出水溫度控制

8、在T2，(例如38"C)，使冷卻水泵的轉(zhuǎn)速相應(yīng)于熱負(fù)載的變化而變化。同樣，當(dāng)?shù)谝慌_電機(jī)已達(dá)到工頻時，還達(dá)不到要求時，就可起動第二臺電機(jī)實行工頻運(yùn)行，然后調(diào)控第一臺電機(jī)，使之達(dá)最佳的狀態(tài)。 5 系統(tǒng)的特點(diǎn)及效果 變頻節(jié)能系統(tǒng)由于采用閉環(huán)控制，電機(jī)按需要設(shè)定溫度，使設(shè)備容量隨時間季節(jié)變化，熱負(fù)荷通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)能在滿足要求的前提下最大限度的節(jié)能，并減少對電網(wǎng)的沖擊。由于本系統(tǒng)加入了各種保護(hù)措施，使安全可靠性大大提高。本系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能改造后，一直穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行，累計運(yùn)行了l1個月，其數(shù)據(jù)如表2。 以電機(jī)容量90 kW 為例，計算其變頻節(jié)能效益。 (1)冷凍水泵變頻節(jié)能效益 實際耗電量5298&

9、#215;4=211920kW； 變頻后平均功率2l19205839=363 kW； 節(jié)電率(1-36.9/90)×lOO%=59.7%； 節(jié)約費(fèi)用(90×5839211920)×0.78=244660元 (2)冷卻水泵變頻節(jié)能效益 實際耗電量3452×40=138080kWh； 變頻后平均功率1380803968=34.8kW； 節(jié)電率(134.890)×100 =61.3， 節(jié)約費(fèi)用(90×3968138080)×0.78=170851元 兩項節(jié)約費(fèi)用共計415511元。由此可見，采用此系統(tǒng)為用戶節(jié)約了成本，提高了效益，取得較好的社會收益。 6 結(jié)論 本文分析了所設(shè)計的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的原理，設(shè)計方法和經(jīng)濟(jì)效益。由于此系統(tǒng)節(jié)能效果顯著，不少酒店大廈中央空調(diào)的物業(yè)管理部門都十分關(guān)注，并不斷的加入節(jié)能的改造行列，所以前景十分好。因此會產(chǎn)生較大的影響，為節(jié)能做出貢獻(xiàn)。 7 參考文獻(xiàn) 1