中央空調(diào)節(jié)能分析與改造中央空調(diào)節(jié)能改造方案

中央空調(diào)節(jié)能分析與改造中央空調(diào)節(jié)能改造方案隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源問題日益嚴峻，建筑節(jié)能成為當(dāng)今建筑設(shè)計首先考慮的因素之一。中央空調(diào)是現(xiàn)代高層建筑中必不可少的設(shè)備之一，據(jù)統(tǒng)計中央空調(diào)的耗能平均占到建筑物總耗能的65%左右，而中央空調(diào)系統(tǒng)都是按最大負載并增加一定余量設(shè)計，實際運行中，滿負荷運行不多，大部分時間都在70%負載以下運行。雖中央空調(diào)系統(tǒng)中制冷機組能隨氣溫變化自動變頻運行，但與之相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻沒有自動調(diào)節(jié)負載，幾乎長期在100%負載下運行，造成了能量的極大浪費，因此利用變頻器自動調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，已成為眾多的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計中應(yīng)用最為廣泛的一種，成為最有用的節(jié)能技術(shù)。

2原系統(tǒng)簡介

豐澤大廈共15層，其中央空調(diào)系統(tǒng)改造前的主要設(shè)備和控制方式如下：

制冷系統(tǒng)：雙效蒸汽型溴化鋰機組（型號SXB6-93DH2M）1臺；冷凍水泵（型號ISC100-160）2臺、揚程67m；冷卻水泵（型號ISC125-125）2臺，揚程37m；均采用一用一備的方式運行。冷卻塔（型號NC*****）1臺，配備5.5kW風(fēng)扇電機2臺。

3原系統(tǒng)的運行及存在問題

豐澤大廈是我公司對外租售的辦公大樓，各種配套設(shè)施齊全，對環(huán)境的舒適度要求很高。因此，中央空調(diào)的投入使用必不可少，每年的5-10月份每天都必須供應(yīng)冷氣。由于中央空調(diào)系統(tǒng)的制冷機組可以根據(jù)負載變化隨之變頻運行，但冷凍泵、冷卻泵不能隨負載變化作出相應(yīng)的調(diào)節(jié)。這樣，水循環(huán)系統(tǒng)長期在大流量的狀態(tài)下運行，造成了能量的極大浪費。特別是在某些末端設(shè)備溫控稍有失靈或靈敏度不高時，將會導(dǎo)致大面積空調(diào)室溫偏冷，嚴重干擾中央空調(diào)系統(tǒng)的運行質(zhì)量。水泵電機啟動電流一般為其額定電流的3~4倍，長期這樣運行使得接觸器使用壽命大為下降；且啟泵時的機械沖擊和停泵時的水錘現(xiàn)象，對機械器件、軸承、閥門和管道等造成破壞，增加維修費用成本。

4節(jié)能改造的可行性分析

針對上述問題，我們利用變頻器的運行原理進行理論分析。對水循環(huán)系統(tǒng)水泵進行改造，以節(jié)約電能。

4.1中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

中央空調(diào)系統(tǒng)主要由制冷機、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、風(fēng)機盤管系統(tǒng)和散熱水塔組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

制冷機通過壓縮機將制冷劑壓縮成液態(tài)后送蒸發(fā)器中與冷凍水進行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風(fēng)機的冷卻盤管中，由風(fēng)機吹送冷風(fēng)達到降溫的目的。經(jīng)蒸發(fā)后制冷劑在冷凝器中釋放出熱量，與冷卻循環(huán)水進行熱交換，由冷卻水泵將帶來熱量的冷卻水泵到散熱水塔上由水塔風(fēng)扇對其進行噴淋冷卻，與大氣之間進行熱交換，將熱量散發(fā)到大氣中去?？照{(diào)系統(tǒng)在實際運行時，隨著時間不同、使用空間以及氣溫變化，絕大多數(shù)時間內(nèi)，實際需要的冷負荷低于設(shè)計值，但冷凍水泵和冷卻水泵由工頻控制，處于100%的滿負荷運行狀態(tài)，浪費大量電能。在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中，管道泵的容量是取系統(tǒng)最大負荷再增加10%~20%余量作為設(shè)計安全系數(shù)。據(jù)統(tǒng)計，在傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水、冷卻水循環(huán)用電約占系統(tǒng)用電的12%~24%，而在制冷機低負荷運行時，冷凍水、冷卻水循環(huán)用電就達30%~40%。因此，實施對冷凍水、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的能量自動控制是中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造及自動控制的重要組成部分。

4.2變頻控制原理與特性分析

1)根據(jù)水泵的相似定律，兩種流體應(yīng)滿足幾何相似、動力相似和運動相似，則水泵的轉(zhuǎn)速、流量、揚程和功率之間存在以下關(guān)系：

Q/Qm=n/nm(2)

H/Hm=(n/nm)2(3)

N/Nm=(n/nm)3(4)

式（2）~（4），n為水泵轉(zhuǎn)速，r/min；Q為水泵流量，m3/h；H為水泵揚程，m；N為水泵功率，kW。

N/Nm=(Q/Qm）（H/Hm）（5）

式（5）表明，水泵所耗功率和流量與揚程的乘積成正比。

2)調(diào)節(jié)流量的方法：

如圖2所示，曲線a是閥門全部打開時，供水系統(tǒng)的阻力特性；曲線b是額定轉(zhuǎn)速時，泵的揚程特性。這時供水系統(tǒng)的工作點為A點：流量QA，揚程HA；

圖2變速調(diào)節(jié)與流量變化的關(guān)系

（1）轉(zhuǎn)速不變，將閥門關(guān)小這時阻力特性如曲線c所示，工作點移至B點：流量QB，揚程HB，電動機的軸功率與面積OQBBHB成正比。

（2）閥門開度不變，降低轉(zhuǎn)速，這時揚程特性曲線如曲線d所示，工作點移至C點：流量仍為QB，但揚程為HC，電動機的軸功率與面積OQBCHC成正比。

對比以上兩種方法，可以十分明顯地看出，采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法調(diào)節(jié)流量，電動機所用的功率將大為減小，是一種能夠顯著節(jié)約能源的方法。

3)根據(jù)異步電動機原理：n=60f（1-s）/m(6)

式中，n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min；60為換算系數(shù)，s/min；f為電源頻率，Hz；s為定子與轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)差率；m為電動機繞組的級對數(shù)。

由（6）式可見，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速有3種方法，改變頻率、改變電機磁極對數(shù)、改變轉(zhuǎn)差率。在以上調(diào)速方法中，變頻調(diào)速性能最好，調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運行效率高。因此改變頻率而改變轉(zhuǎn)速的方法最方便有效。

根據(jù)以上分析，結(jié)合辦公大樓中央空調(diào)的運行情況，利用變頻器對中央空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)進行節(jié)能改造是切實可行，較完善的高效節(jié)能方案。

5節(jié)能改造的具體方案

制冷模式下冷卻泵、冷凍泵的控制模式。冷卻水循環(huán)泵、冷凍水循環(huán)泵各配30kW變頻器1臺，均采用溫度傳感器對回水進行恒溫控制，并根據(jù)循環(huán)水的溫度自動地調(diào)節(jié)循環(huán)水的流量，達到最佳運行狀態(tài)，而且具有軟啟動功能。該方案在保證最末段設(shè)備冷凍水流量供給的情況下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設(shè)定為下限頻率并鎖定；變頻冷凍水泵的頻率調(diào)節(jié)，是通過安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度；再經(jīng)由溫度控制器設(shè)定的溫度來控制變頻器的頻率增減；其控制方式為：冷凍回水溫度高于設(shè)定溫度時，頻率無極上調(diào)最大達到50Hz；反之，頻率無極下調(diào)最低達到最低運行頻率。

主電路的控制設(shè)計如下圖：

6節(jié)能改造后效果顯著

空調(diào)系統(tǒng)改造后一年的運行電量與先前相比較，累計節(jié)約用電3.2萬度，電價按0.78元/kwh計算，每年可節(jié)約2.5萬元，節(jié)能率達65%。經(jīng)濟效益十分顯著。這次技改總投資約2萬元，投入運行一年后就收回成本并達到節(jié)能增效。其次對系統(tǒng)的也得到許多好處：采用了變頻器運行，消除了啟泵時大電流對電網(wǎng)的沖擊，停泵時產(chǎn)生的機械沖擊對管道、閥門、壓力表等的損害；水泵大多數(shù)時間運行在額定轉(zhuǎn)速以下，對機械部件的使用壽命得到延長；電氣故障隨之降低。同時提高了中央空調(diào)系統(tǒng)機組的工作效率和運行的自動化水平。

7結(jié)論

中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造完成后至今運行正常。由于采用了1臺變頻器（制冷），對經(jīng)常運行的制冷管道泵進行一對一的技術(shù)改造，最大限度地為水泵爭取了變頻運行的時間，把節(jié)能空間爭取到最大，雖然一次性投資較大，但從長遠的經(jīng)濟利益來看是值得的。從過