中央空調(diào)變頻節(jié)能的發(fā)展趨勢

摘#8195;要：中央空調(diào)系統(tǒng)的變頻改造，具有良好的節(jié)能效果，能夠隨系統(tǒng)熱負(fù)荷變化自動調(diào)節(jié)，具有調(diào)節(jié)迅速、操作方便以及維護(hù)量小的優(yōu)；此外，通過變頻改造，能夠明顯改善電動機(jī)的起動性能，起動電流僅為額定電流的1／4，使得起動電流對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊大為減小，電動機(jī)的使用壽命得以延長。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；風(fēng)機(jī)；水泵；變頻；節(jié)能

據(jù)統(tǒng)計全國工業(yè)總用電量的三分之一用于風(fēng)機(jī)水泵和壓縮機(jī)之類的電氣傳動裝置這類機(jī)械的傳統(tǒng)控制方法是采用恒速交流電動機(jī)驅(qū)動同時用閘閥擋板放空回流等辦法實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)這樣的系統(tǒng)存在許多問題。例如：設(shè)備易于老化使用壽命短；為了留有裕量通常都采用過容設(shè)計使裝備在低負(fù)荷下運轉(zhuǎn)設(shè)備的利用率低；大多數(shù)應(yīng)用場合都使用擋板和閘流閥調(diào)整流量運行效率低。

1．工程實例分析

由于上述問題的存在造成電能損耗大等諸多問題這是因為風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載在滿負(fù)荷情況下運行的時間較少大部分時間運行在總負(fù)荷的60％-800%之間。因此采用電動機(jī)全速運行同時調(diào)節(jié)閥門和擋板的方式來調(diào)節(jié)流量就會造成很大的能源浪費，而采用改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速的方法來實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)可以收到十分明顯的節(jié)電效果。在風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載中存在著潛在的系統(tǒng)運行經(jīng)濟(jì)增長點，因為它們的傳動系統(tǒng)在使用壽命期限內(nèi)的總費用是由三個部分組成，即購買和安裝設(shè)備的投資維護(hù)費用及系統(tǒng)運行中的能量消耗費用。

經(jīng)過對某大廈中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造?？照{(diào)系統(tǒng)均由3臺冷卻水37KW與冷凍水循環(huán)系統(tǒng)30kW的電動機(jī)與各帶的水泵并聯(lián)共6臺構(gòu)成，進(jìn)行變頻改造時，使用了西門子MM430系列的變頻器對冷凍泵和冷卻泵進(jìn)行調(diào)節(jié)。中央空調(diào)開機(jī)時間為4月中旬至11月中旬，每天開機(jī)10小時。下面以其中的1臺冷卻泵電動機(jī)為例，變頻改造前功率消耗P滿足：P=1.732UIcosΦ= 1.732×380×67.9×0.86= 38.43kW；改造后的功率消耗為：P = 1.732UI COS Φ= 1.732X 305× 45.4X0.96= 23.05kW節(jié)電率達(dá)到了40％，以空調(diào)系統(tǒng)每年4月中旬至10月中旬(214天)使用，每天使用10h，按電價每度0.6元計算，1年能夠節(jié)約電費(15.28～9.13)×214×10×0.6=19747.9 (元)，這樣計算，該系統(tǒng)1年所節(jié)約的電費就能收回變頻器成本，在投資回報率上分析是完全可行的。由于不同的空調(diào)在運行周期、負(fù)荷情況以及地區(qū)的電價上存在差異，改造后的節(jié)能效益也有所不同。

2．空調(diào)系統(tǒng)的改造方案

2.1#8195;改造的可行性分析

中央空調(diào)系統(tǒng)常用的制冷機(jī)組由多臺壓縮機(jī)組成，這種制冷機(jī)組在運行過程中能夠根據(jù)水溫的變化進(jìn)行自動加載、減載，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的有級調(diào)節(jié) 此外，組成機(jī)組壓縮機(jī)的順序起動可最大限度減少能量損耗，避免對電網(wǎng)的過度沖擊。由于制冷機(jī)組在部分負(fù)荷的情況下已經(jīng)具有明顯的節(jié)能效果，若再進(jìn)行變頻改造，并不能明顯增強節(jié)能效果，在通常情況下不會對壓縮機(jī)部分進(jìn)行變頻改造。風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，其電動機(jī)為功率較小的單相電動機(jī)，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速通過溫控器上的三速開關(guān)進(jìn)行控制。通過對風(fēng)機(jī)電動機(jī)輸入電壓的控制，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變空調(diào)的送冷量。系統(tǒng)控制的通常做法是通過對閥門開度的調(diào)節(jié)，增大管阻實觀水量的控制。這種調(diào)節(jié)方法，大量的能量會無謂的消耗在閥門上，導(dǎo)致極大的浪費。如果將變頻器應(yīng)用到中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)改造，通過變頻器對電動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)實際負(fù)荷情況靈活地調(diào)整流量，這既能夠?qū)崿F(xiàn)恒溫控制；又能節(jié)約大量的能量。

2.2#8195;變頻改造方案設(shè)計

根據(jù)變頻改造的可行性分析，能夠通過對中央空調(diào)系統(tǒng)中的冷凍泵、冷卻泵以及冷卻塔散熱風(fēng)扇的變頻改造，最大限度實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運行。冷凍泵的變頻改造。冷凍水的循環(huán)通過冷凍泵完成，冷凍水循環(huán)系統(tǒng)由“出水”和“網(wǎng)水”兩部分組成?！俺鏊笔墙?jīng)制冷后的冷凍水從空調(diào)制冷機(jī)組流出的過程，而“回水”是指冷凍水通過冷凍泵輸送到不同的房間，在進(jìn)行熱交換后，流回到制冷機(jī)組的過程。冷凍水循環(huán)時，通過回水與出水溫差的變化，能夠反映循環(huán)系統(tǒng)熱交換的熱量，也就能夠反映出房間溫度情況。

3．機(jī)水泵的變頻控制與節(jié)能

3.1#8195;風(fēng)機(jī)的變頻控制變風(fēng)量運行

由于風(fēng)量Q=L(熱負(fù)荷)／△T*Cp(比熱)，而Ls(空調(diào)熱負(fù)荷)=Lp(設(shè)備熱負(fù)荷)+Lr (圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷)。通常，Lp是不變的；而Lr隨環(huán)境溫度降低而降低。當(dāng)L減小時，就可以減小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速從而減小風(fēng)量以實現(xiàn)節(jié)能。

3.2#8195;水泵的變頻控制的設(shè)計

流量不間斷地進(jìn)行循環(huán)來設(shè)計的為了克服系統(tǒng)的阻力，水泵必須按照系統(tǒng)的特性曲線產(chǎn)生足夠的出口壓力，當(dāng)限定區(qū)域內(nèi)的冷卻需求減少時控制閥趨向關(guān)閉的位置系統(tǒng)阻力增加組合在一起的水泵和系統(tǒng)只能工作在水泵特性曲線和系統(tǒng)控制特性曲線的交點處。當(dāng)水泵恒速運行并用控制閥控制流量使之由Qa變到Qb時，也就是說，當(dāng)流量減少時水泵的出口壓力將由Ha增加到Hb，而系統(tǒng)則要求出口的壓力不致太高。因為過高的壓力將由控制閥來吸收。所吸收的壓力是隨流量的不同而有所變化的，這一壓力可能會大于按照運行需要控制閥能夠承受的壓力設(shè)計值，使得控制閥會被迫打開造成冷熱不均的現(xiàn)象發(fā)生，不僅浪費能源還加速了閥的磨損減少閥的使用壽命，系統(tǒng)的性能不能得到滿足還增加維護(hù)費用。

3.3#8195;水泵的恒速運行改為調(diào)速運行

采用變頻器進(jìn)行水泵運行速度控制的情況下，水泵是根據(jù)系統(tǒng)的需要來改變其速度而不是單純的依據(jù)泵本身的特性曲線來運行，依據(jù)系統(tǒng)的特性曲線水泵是按照系統(tǒng)的實際需求量來進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，因而也消除了控制閥過壓的問題。隨著速度的降低水泵和電動機(jī)的軸承壽命也得以延長。除節(jié)能外，采用變頻器的成本還可以通過安裝和維護(hù)方面費用的節(jié)省來獲得補償傳統(tǒng)的系統(tǒng)。利用流量計或溫度傳感器的反饋信號就可以控制風(fēng)機(jī)和泵的速度，從而滿足生產(chǎn)過程的實際需要。風(fēng)機(jī)水泵采用變頻控制的運行結(jié)果表明：系統(tǒng)性能穩(wěn)定、性價比高、操作簡便、運行維護(hù)費用低，達(dá)到了生產(chǎn)和管理對系統(tǒng)的要求。

綜上所述，應(yīng)用新技術(shù)、高科技含量的產(chǎn)品對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，是企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、完善生產(chǎn)管理、增加經(jīng)濟(jì)效益、提高市場競爭力的一條有效途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]王靜、楊旭等，節(jié)能空調(diào)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]．信息技術(shù)，2008．3．

[2]毛天鵬、周東方等，節(jié)能空調(diào)特性分析[J]．建筑節(jié)能，2012．1．16(1O)．