空調機房變頻節能技術應用實例

秦志剛

鶴煤集團設計處（458000）

1 基本概況

某涉外五星級賓館占地300畝,建筑面積3.5×104m2。賓館空調系統投資約1000萬元，空調系統的設計、設備選型、運行管理等方面均采用了節能技術和節能措施,在保證系統運行滿足使用要求的基礎上，大大降低了能耗。其中,空調機房冷卻系統和冷凍系統的循環泵采用變頻器控制，不但實現了系統的自動控制，而且大大的降低了運營費用。

2 變頻技術的作用

變頻器的發展十分迅速,在工業領域里的應用日益廣泛。隨著變頻器的造價日趨降低,利用變頻器驅動異步電動機所構成的調速控制系統，越來越發揮出巨大的作用。

1）節能:利用變頻器實現調速運行，是其應用最重要的一個領域，尤其是風機、水泵等機械運行的節能效果最為明顯。

2）提高生產效率，保證產品質量:在生產線的流水作業控制方面往往存在快速運行，準確停車，重載恒速輸送，輕載高速返回等許多工藝要求。采用變頻調速，可以很好地解決這些矛盾。并且逐步取代直流電機，使生產設備的結構更合理，生產效率大幅度提高。

3）防止沖擊電流:變頻器實現軟啟動較方便，因此可有效地減少電動機啟、停時對電網的沖擊,改善電源容量裕度。

4）可以方便地實現電動機的正、反運行，不需要主回路交流接觸器的互導切換，減少故障維修。

3 變頻器用于冷凍水、冷卻水循環水泵調速控制的主要目的

在空調機房冷凍水、冷卻水系統的自動控制中，變頻器應用的主要目的在于節約能源，其原理是基于流量、壓力、轉速、轉矩之間的關系:流量∝轉速，壓力∝轉矩∝轉速的平方，功率∝轉速的三次方。即:水泵流量與轉速的一次平方成正比，壓力與轉速的二次方成正比，而軸功率與轉速的三次方正比。因此，理想情況下應有表1所示關系:

表1 水砂流量、壓力、轉速、轉矩間的關系

由上述關系可知，當需求流量下降時，通過調節轉速可以節約大量能源。例如:當流量需求減少一半時，如通過變頻調速，則理論上講，僅需額定功率的12.5%，即可節約87.5%的能源。如采用傳統的閥門調節流量，雖然也可相應降低能源消耗，但節約效果與變頻相比，則是天壤之別。

4 變頻節能控制的應用

空調機房設計的循環泵冷凍水、冷卻水均為4臺，其中3臺運行1臺備用，且原設計均為工況運行。本著節能和保護電機的原則，在循環系統中采用變頻器控制。

首先，在循環系統的供回水處設置溫度傳感器，將介質的溫度出現變化時傳送給識別器,設別器將計算數據傳給變頻器，對循環水泵進行調速控制。根據變頻器具有的軟啟動功能啟動水泵，如果啟動的水泵達到工頻運行，則維護運行并自動啟動其他水泵中的一臺；如果系統為滿負荷工作，則啟動3臺水泵均為工頻運行；如果系統不是滿負荷工作，則起動部分水泵為工頻運行，一臺處于變頻工作狀態。

在冷凍水系統中,設定供回水的溫度分別為7℃和12℃，當回水溫度低于12℃時說明末端用戶減少,且循環流量需減少,變頻器調整處于變頻或工頻狀態的水泵減速，進行流量的減少調整，如在調整過程中1臺水泵減少不能滿足需要，變頻器停運1臺水泵自動轉換到另1臺工頻工作的水泵進行變頻工作。當回水溫度低于12℃時，說明末端用戶增大，則循環水量需增大，變頻器進行反方向調整（冷卻水系統的應用原理相同）。在該過程中，進行調整的源數據為傳感器傳送的回水溫度，以該數據運算給變頻器進行工況控制。

這樣，在運行調整過程中，水泵運行的轉速與實際運行所需流量是匹配的，改變水泵全部進行工頻工作的工況，避免進行閥門調節的弊端，起到節能的目的。

5 變頻節能控制系統應用的經濟效益和社會效益

變頻節能控制系統的應用，其具有明顯的經濟效益。迎賓館空調機房冷凍水泵、冷卻水泵共8臺，其中4臺55kW、4臺45kW。如果為工頻狀態工作，每小時的耗電量（考慮1臺備用）為300kW·h電，迎賓館電價為 0.64元/kW·h，則每年的耗電量費用為:0.64×300×24×360＝1658880 元。

采用變頻節能控制系統后,每年可節約電費:1658880元×40%＝663552元，40%為實際測定統計數據。

根據以上情況,變頻節能控制系統在空調機房的應用每年即可節省電費為:66.3552萬元,變頻節能控制系統建設投資費用為45萬元，具有明顯的經濟效益。隨著能源的緊缺，節能技術的應用在節能、保護能源方面具有積極的社會效益。