中央空調變頻節能技術改造綜述

賈彤宙

（晉煤金石化工投資集團有限公司，河北石家莊 050000）

中央空調變頻節能技術改造綜述

賈彤宙

（晉煤金石化工投資集團有限公司，河北石家莊 050000）

介紹了中央空調變頻技術改造的意義、原理、優點及改造注意事項。

中央空調；變頻技術；節能

1 中央空調變頻節能改造的意義

中央空調是現代化大廈、賓館、酒店、商場、車間等場所不可缺少的重要運行設備之一，電能的消耗非常大，約占建筑物總電能消耗的50%。

中央空調系統主要由冷凍機組、冷卻水塔、冷卻水循環系統、室內風機、冷卻塔風機、溫度檢測、冷凍機組拖動系統、冷凍泵組拖動系統、冷卻泵組拖動系統、風機（含室內風機和冷卻塔風機）拖動系統組成。在設計空調系統方案時，一般均按現場最大冷量需求（最大工況）來考慮冷凍機組的選型，其冷卻泵組、冷凍泵組和風機也是按最大工況來考慮的，它們的拖動系統均不能調速，為普通電氣控制系統，只要運行即工作在額定工況狀態下，但實際使用中，許多時間（如每天早晚和夜間及陰雨天氣等）它們都工作在非滿載狀態（即大馬拉小車），能源浪費較大；而且為達到恒溫控制而采用閥門、電動閥，這不但增大了系統的管網阻力和節流損失，還由于對空調本身的調節是階段性的，減少損失的能力很有限，也使整個空調系統工作在波動狀態，使得中央空調系統總體效率較低，溫度調節精度不高，壽命有所下降，加之由于一些控制上的缺陷，使中央空調系統在帶來良好的內部環境的同時，也帶來了巨大的能源消耗。

目前，隨著電價的不斷上漲，中央空調系統運行費用急劇上升，致使它在賓館、大廈的整個營運成本中所占比例越來越大，加之各生產、服務業競爭激烈，多數企業利潤空間不夠理想，因此電能費用的控制顯然已經成為經營管理者所關注的問題。而通過在電氣控制系統中加裝變頻調速器，則可一勞永逸地解決好上述問題，并可通過變頻節能收回改造投資。

2 中央空調變頻節能改造原理及方案

2.1 變頻節能基本原理

由流體力學可知，P（功率）＝Q（流量）×H（壓力），因流量Q與轉速n的一次方成正比，壓力H與轉速n的平方成正比，故功率P與轉速n的立方成正比。如果效率一定，當要求調節流量下降時，轉速n可成比例的下降，而此時，軸輸出功率P成立方關系下降，即電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關系。

根據上述原理可知：改變水泵、風機、壓縮機的頻率（轉速）就可改變水泵、風機、壓縮機的功率，從而達到節能的效果。表1中列出了風機、泵類負載應用變頻器后，在不同轉速、流量、軸功率（額定值的相對百分數）在某頻率值時的節能率。

表1 在某頻率值時的節能率Tab.1 Energy saving rate at a frequency value

2.2 變頻節能改造主體方案

4）由于變頻器和PLC本身的功能特點使得設備具有更完善的保護功能、程序優化控制功能和報警功能，操作簡單，安裝使用方便，可實現由中控室遠程控制、顯示和操作，現場可以無人值守，起到減員增效的作用。

一般來講，對應1臺制冷機組的冷凍水循環系統和冷卻水循環系統都由若干臺水泵組成1組，變頻改造時如資金充足，對應每臺泵均采用變頻調速（備用泵除外）由PLC程序控制，調整各臺泵為最佳轉速，實現恒溫差控制，此方案節能效果最好。其次可采用單臺泵變頻，其余工頻運行由PLC控制，當變頻泵頻率上升至上限值時（通常小于50Hz，如設定48Hz），工頻依次啟動其他泵，當頻率下降至下限值時（通常不低于25Hz），工頻依次停止其他泵，變頻泵可任意設定，此方案設備投資較少，但是節能效果也比全變頻方案稍差；而風機變頻控制主要是一對一形式，重點改造大功率空調風機，小房間空調風機功率較小，暫不考慮加裝變頻器，節能效果不明顯，仍保持原有恒溫控制方式，即控制冷凍水流量的方式。而對于冷卻風機，一般宜采用開環變頻調節，即無溫度反饋，由中控室在不同情況設定不同頻率。

1.2.2圖像質量評價 利用GE AW 4.6工作站處理獲得的數據，并完成重建，包括最大密度投影（MIP）、多平面重建（MPR）以及容積再現（VR）等，安排2名經驗豐富的兒科影像學醫師對其進行分別評估并作出診斷。

3 中央空調變頻節能改造的優點

1）由于增加了變頻調速器及自動控制系統，使得泵和風機實現無級調速，始終工作在最佳工作狀態，既滿足空調正常工作需要，又盡可能保持最低功率，因此提高了工作效率，降低了能耗，節電明顯，平均在40%左右，最高可達50%。

面對種種矛盾，油建二公司領導經過反復研究討論，制定了一套嚴密的施工方案：首先，對施工中存在的困難，成立施工技術領導小組，組織力量各個擊破；工程采用平行流水作業，即先挖溝，由管線施工隊沿管溝鋪管、組對、焊接、自檢，隨后由返修小隊處理不合格焊口，再進行無損探傷，分段做氣密試驗和水壓試驗，通球小隊打壓、通球，最后由防腐隊進行除銹防腐，經一萬伏電火花檢查，質量合格后再下溝、回填；在整個施工過程中，要嚴把質量關，保證最終質量檢查一次合格。

簡析：據奧維云網（AVC）零售監測數據顯示，線下消毒柜市場監測銷量2.7萬臺，同比下降26.4%，其中立式同比下降24.4%，嵌入式同比下降27.1%，臥式同比下降26.4%。

目前，許多廠家生產的冷凍機組均已在控制系統中對制冷機冷凍水的出水溫度實現了數字PID調節控制，達到冷凍水恒溫輸出，因此對冷凍泵、冷卻泵和風機的變頻節能改造，主要是通過對冷凍水系統、冷卻水系統和風機的進水（口）和出水（口）的溫度差檢測并變送成標準電信號反饋至PLC和變頻器，經PID調節，輸出相應頻率而改變電機轉速，以達到節約能源的目的。

目前，城鎮區域綠化率達到了40.6%。每年還投入上百萬元對農田附近荒漠進行防沙固沙處理，加大對沙漠化治理工作力度。團場區域的風沙天氣明顯減少，降水量由過去每年30多毫米增加到現在每年的90多毫米，團部城鎮一改往日的臟亂差，團場的生態環境發生了翻天覆地的變化。

3）由于實現了數字PID調節和PLC程序自動化控制，使得溫度調節平穩，提高了空調控制精度和質量，保證了空調最佳工作狀態，從而使人們享受更舒適的工作、生活環境。

2）由于泵和風機都實現了平滑軟啟動、軟停止，從而大大減少了啟動沖擊電流和機械負載及管道的沖擊，從而降低了設備的故障率，減少了噪聲，延長了設備的使用壽命。

5）由于自動化程度的提高，系統可靠性提高了，設備運行工況較好，不易損壞，從而大大降低了維修、保養費用，節省了資金。

4 中央空調系統改造時的注意事項

1）由于是變頻節能技術改造，所以要保留原空調系統工頻手動電氣控制部分，在設計方案中要保證變頻自動節能系統與工頻手動時一樣滿足制冷機組啟動、停止和工作中對整個系統的聯動控制要求，并且變頻節能控制柜與原工頻手動控制柜之間要設置硬件（最好軟件也設置）聯鎖，手動與自動能相互切換，以確保整個空調系統工作安全、可靠。

2）冷凍水和冷卻水系統管網在變頻節能改造中要考慮水泵的轉速與揚程和管損同為正比的關系，在水泵的揚程隨轉速的降低而降低的同時，管道損失也在降低；因此，系統對水泵揚程的實際需求一樣要降低，而通過設定變頻器下限頻率即可保證系統對水泵揚程的最低要求，一般設為30Hz，最低不小于25Hz。

2.2.4 重復性試驗 取同批浸膏粉末1 g，精密稱定，按“2.2.1”項下方法制備供試品溶液，平行試驗6份，測定峰面積，計算葛根素的含量。結果葛根素的平均含量為3.81 mg∕g，RSD值為0.40%，表明該方法重復性良好。

3）由于制冷機組在正常工作時要求冷水出口流量必須大于額定流量的50%，故在冷凍水出口管網應加裝流量計或流量開關，并將采集的信號傳輸至PLC，以便在程序編制中保證冷凍水循環泵的總流量不低于冷凍機組要求的50%額定流量。

4）由于循環水系統管網是封閉的，與加壓供水不同，水幾乎不消耗，尤其是冷凍水系統由冷凍泵、各樓層風機盤管及冷凍機組等構成一個封閉的循環水管網，水流是連續的，全揚程近似為零。循環水泵的主要作用是使循環水按一定流量流動，這樣水泵出口與進口之間，要有壓差ΔP，它是與流量成正比的，即ΔP＝QR，其中R為水網管阻，而流量是與轉速成正比的。而通過變頻調速，實現恒壓差運行時，ΔP恒定，根據功率

則有

式中：k為比例常數，n為轉速。這就表明水泵功率P只與流量或轉速的一次方成正比，故其節能效果與供水系統相比減小許多，此外恒壓差控制方式并未將環境溫度變化的因素考慮進去，而房間溫度將隨環境溫度變化而變化，顯然，該控制方式不太合理。另一種選擇應該以冷凍機的回水與出水溫差作為控制參量，通過變頻調速，實現恒溫差運行，當溫差大時，應加大冷凍水流量，溫差小應減小流量，從而保持房間溫度相對穩定，此時，由于ΔP不恒定，則有

即

也就是說水泵功率P是和轉速的平方成正比的，故恒溫差控制方式節能效果要比恒壓差控制方式好，但仍低于供水系統節能效果。而最為合理的方式應該是將壓差與溫差信號都采集出來，送至PLC綜合分析、處理，既保證使用溫度，又滿足工作壓力，從而達到最佳節能效果。

而今，且不說整合重組的上海印刷集團如何打破了當時陷入困境的僵局，也不說集團為宣傳和推廣綠色印刷做出了多大的貢獻，單說集團在傳承百年品牌的同時推動了多元化發展這一舉措，就足以讓業內豎起大拇指。此行所見所感，也讓我們對上海印刷集團如何賦予百年品牌新的內涵與生命力，續寫下一段精彩，充滿了期待。

5）當對風機進行變頻控制時，由于風機轉速低于額定轉速的40%～50%時，其效率將明顯下降，風量和風壓較小，失去實際工作意義，因此，通常不低于50%，一般調速范圍在70%～100%為宜，此外還應避開可能引起機械諧振的轉速范圍。

6）變頻器的輸入電流和輸出電流中，都具有較強的高次諧波成分，它們對其他控制設備形成干擾，影響正常工作，因此，其他設備的電源線和信號線應盡量遠離變頻器的輸入、輸出線，并且避免與它們平行布線，盡可能都使用屏蔽線，特別是模擬量的傳輸。信號線與電源線必須分開布線，交流、直流線要分開，輸入、輸出線要分開等等，此外，弱電地、強電地、屏蔽地要嚴格區分開來。

5 結 語

近年來，變頻技術作為高新技術、節能技術，在中國得到了很大的發展，并取得了良好的效果，變頻技術已被越來越多的用戶所接受。但是，中國在變頻技術的應用方面，與發達國家的先進水平尚有很大差距。目前，中國在用的交流電動機使用變頻調速運行的僅6%左右，而工業發達國家已達60% ～70%；日本在風機、水泵上變頻調速的采用率已達10%，在空調器變頻調速方面已達70%。中國的能源很緊缺，因此，有必要大力發展變頻調速技術。通過變頻技術來改造傳統產業、節約能源、提高產品質量，可以獲得較好的經濟效益和社會效益；同時縮小與國外技術的差距，提高自主開發的能力，滿足國民經濟重點工程的需要。

Energy conservation of central air－conditioning based on converter technique

JIA Tong－zhou
（Jinmei Jinshi Chemical Investment Group Company Limited，Shijiazhuang Hebei 050000，China）

The converter technique is used for energy conservation reformation.The importance，the principle，the advantages and the matters needing attention are introduced.

central air－conditioning；converter technique；energyconservation

TU831

A

1008－1534（2012）03－0182－02

2011－12－31；

2012－03－13

馮 民

賈彤宙（1965－），男，山西潞城人，高級工程師，主要從事電氣自動化方面的研究。