威海港客運站中央空調變頻節能技術應用

摘 要：威海港客運站建筑面積21000多平方，但是中央空調的能耗非常大，約占整個建筑總用電量的60%-70%。每年空調機組耗電量大約50萬度，如此大的用電量節能改造就顯得尤為重要。通過對水泵采用變頻節能技術的應用，可節約大量的電力資源。

關鍵詞： 中央空調 水泵 變頻節能技術

?藎改造的背景及意義

現如今的社會，講究環保、節能、可持續發展，如何在給人類提供方便舒適的生活環境下而盡量的節約能源成為了社會的一大主題，空調是現代化樓宇中不可缺少的一部分，隨著我國經濟的不斷發展和城市化進程的不斷推進，中央空調的應用會越來越廣泛。但是中央空調的能耗非常大，約占整個建筑總用電量的60%-70%。威海港客運站建筑面積21000多平方，每年空調機組耗電量大約50萬度，如此大的用電量節能改造就顯得尤為重要。

由于設計時，客運站中央空調系統必須按天氣最熱、負荷最大時設計，并且留10％-20％設計余量，然而實際上絕大部分時間空調是不會運行在滿負荷狀態下，存在較大的富余，所以節能的潛力就較大。其中，冷凍主機可以根據負載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化做出相應調節，存在很大的浪費。水泵系統的流量與壓差是靠閥門和壓力調節來完成，因此，不可避免地存在大流量、高壓力的較大損失現象，不僅大量浪費電能，而且還造成中央空調末端達不到合理效果的情況。

另一個主要原因，水泵采用的是Y-△起動方式，電機的起動電流均為其額定電流的3～4倍，一臺55KW的電動機其起動電流將達到300A，在如此大的電流沖擊下，接觸器、儀表、電機等使用壽命大大下降，同時，起動時的機械沖擊和停泵時水垂現象十分嚴重，容易對機械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費用。

綜上，為了節約能源和費用，需對水泵系統進行改造，經市場調查與了解采用成熟的變頻器來實現，以便達到節能和延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。這是因為變頻器能根據冷凍水泵和冷卻水泵負載變化隨之調整水泵電機的轉速，在滿足中央空調系統正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵做出相應調節，以達到節能目的。

據統計，我國電動機裝機總容量約4億多KW，其用電量占當年全國發電量的60%～70%，而風機、水泵設備裝機總功率達1.6億KW，年耗電量3200億KW·h，約占當年全國電力消耗總量的1/3。而應用變頻器節電率一般在20%～60%，投資回收期1～3年，經濟效益相當可觀。所以大力推廣應用變頻調速技術不僅是當前推進企業節能降耗、提高產品質量重要手段，而且也是實現經濟增長方式轉變的必然要求。

基本原理

1、中央空調冷水機組系統的組成以及工作原理

由圖1-1可以看出，中央空調的冷水機組主要有兩個水循環系統構成，即冷卻水循環系統和冷凍水循環系統。現在廣泛使用的制冷機幾乎都是在一定條件下，將稱為“制冷劑”的液體蒸發，利用液體蒸發時要吸熱（汽化熱）的原理來制冷。威海港客運站冷凍主機為吸收式制冷機，其工作原理是利用吸收劑來吸收蒸發后的冷劑蒸汽，由此產生下一次新的蒸發。而冷卻水在與制冷劑完成熱交換之后，由冷卻水泵加壓，通過冷卻水管道到達散熱塔與外界進行熱交換，降溫后的冷卻水重新流入冷凍主機開始下一輪的循環。

2、水泵的變頻節能原理

中央空調進行熱交換的大小由冷凍水的流量控制，通常采用的流量控制方法有閥門控制和調速控制。閥門控制是通過增加管道的阻抗而達到控制流量的目的，因而浪費了能量，如果采用調速控制，冷凍水的流量由冷凍泵電機的轉速決定，電機的耗電量決定于電機的輸出功率，輸出功率與電機轉速的立方成正比，而電機轉速與供電頻率成正比，所以電機轉速稍有下降，即稍微降低供電頻率，輸出功率將大幅度下降，若電機轉速能根據實際所需的熱交換量來調整，電機的功率將大大減少，從而顯著節約電能。

3、水泵的變頻節能改造方案

冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成了冷卻水循環系統。冷凍主機在進行熱交換、使水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量，該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進行熱交換，然后再將降了溫的冷卻水送回到冷凍機組。回水溫差大，說明冷凍機組產生的熱量大，可以提高冷卻泵的轉速，增大冷卻水的循環速度；溫差小，說明冷凍機組產生的熱量小，可以降低冷卻泵的轉速，減緩冷卻水的循環速度，以實現節能的目的。

而從冷凍主機流出的冷凍水流經所有的房間后回到冷凍主機。回水的溫度將高于出水的溫度，形成溫差。常規將中央空調的出水溫度設定在7度，回水溫度在12度。回水溫度高，說明房間溫度高，應該提高冷凍泵的轉速，加快冷凍水的循環速度。反之，回水溫度低，說明房間溫度低，可降低冷凍泵的轉速，減緩冷凍水的循環速度，達到節約能源的目的。

由于威海港客運站是對老設備的改造，力求改造簡單、投資少、見效快、回報豐厚的原則。現在比較常見的是檢測溫度信號閉環控制，在這次改造中結合自身的實際情況，采取了檢測壓力信號的閉環控制方式，達到了如下幾個目的：

安裝在中央空調泵出口壓力傳感器，把壓力信號轉換成與壓力相對應的電信號送到微機接口，經微機固化的軟件進行信號的數據采集，按用戶實際要求提出的設定值進行PID調節運算，實現單臺電機在非全功率運行就可以保證整個循環系統正常運行，改變了以往雙機全功率運行的局面，非常明顯的達到了我們改造的第一個目的——節能。

由于改造的是老設備，部分管路抗壓能力減弱，我們在系統中設定了壓力值，壓力達到上限，電機就無法給管路繼續升壓，很好的解決了設備的安全隱患，達到了我們改造的第二個目的——安全。

壓力控制改造費用低、回報快，基本當年就能回收投資成本。操作簡單、維修方便，達到了第三個改造目的——省錢好用。

對以下機組安裝變頻控制柜進行控制，實測達到如下效果：

從2006年開始，陸續改造到2008年全部改造完成，使用效果一直非常好，達到了預期的效果。變頻設備使用壽命一般為十五年以上，按十五年計算可累計節約300萬元。凡是大型商場、大型酒店、大型辦公樓使用中央空調的地方，均可借鑒此種變頻改造方案，可為國家節約大量能源。（作者單位：山東威海港股份有限公司）