變頻技術在空調系統中的節能作用

變頻技術在空調系統中的節能作用

重慶是全國最熱的城市之一，夏天最高氣溫超過40℃，空調器成為重慶人夏天必備的設備，其公共建筑空調的覆蓋率達95%以上。而目前，許多建筑物的設計缺乏節能觀點，忽視設備的運行費用和能耗量，據資料顯示，我國建筑物的耗電量為國外同緯度同等規范建筑物耗電量的兩倍以上，使電能供應異常緊張，也造成極大的浪費。空調系統能源的有效利用和節能成為迫切需要解決的問題，而重慶作為空調器大量使用的城市，節能潛力巨大。

1 節能原理[1]

空調冷凍（卻）水泵均是按最大負荷來設計的，并且還會再乘以一安全系數，所有水泵都是按最不利工況來選型的，有相當的余量。而水泵的能耗與流量近似成3次方的關系，如下式：

其中，N：水泵能耗；Q:水泵流量

由上式可見：如果能夠減少冷凍（卻）水泵的流量，那么水泵的節能將非常可觀。

當冷凍水泵的流量降為原流量的90%時，水泵的能耗將降為原來的72.9%；當冷凍水泵流量降為原流量的80%時，水泵的能耗將降為原來的51.2%。可見改變流量，水泵的節能十分顯著。

2 實現節能的方法[1-3]

在保證空調系統能正常運行的前提下，為了降低冷凍（卻）水泵的流量，我們有必要先分析一下冷凍（卻）水泵的運行情況。

以重慶某酒店空調系統為例，其系統具體配置為：

主機：一臺螺桿機，制冷量130萬Kcal/h；

冷凍水泵：2臺離心泵，流量280m3/h、揚程110m、功率45kW，一用一備；

冷卻水泵：2臺離心泵，流量400m3/h、揚程32m、功率55kW，一用一備。

酒店空調運行情況：每年4-11月供冷，每天運行20h，制冷面積11580m2。

根據重慶夏天的氣溫變化情況，每年7-9月是氣溫最高的時間段，在這個時間段內空調基本是全負荷運行，而其余時間段則為過渡期，在過渡期間，空調的冷負荷并未達最大，但只要空調系統一啟動空調冷凍（卻）水泵就會按額定功率運轉，這就會出現非常不經濟的運行狀況,即冷凍供回水的溫差只有1～2℃，而設計溫差為5～7℃，空調系統處于大流量低溫差的狀況下。

為了改變這種不經濟的運行狀況，可以通過變頻調節改變水泵的轉速而達到節能目的，改變轉速即改變泵的運行特性曲線，但沒有改變管路的阻力；因為當冷量減少時，水量作等比減少。當流量減少時，功率P以立方關系遞減。由此節能效果明顯。如圖1中的A"。

圖1 節能原理圖

由圖可知，通過變頻技術來降低空調冷凍（卻）水泵的流量，從而達到節能降耗的方法是完全可行的。

3 變頻節能系統實例（仍以重慶某酒店為例）[2-4]

3.1 變頻節能系統的控制原理

控制系統采用溫差控制、壓力保護的原理，在每臺主機蒸發器及冷凝器的進出口、集水器、分水器等對空調系統運行有特殊要求的末端分別安裝溫度傳感器，用以檢測系統的實際負荷。根據需要設定系統的正常工作溫度，并給出最高和最低的運行水溫差，在此范圍內，可以隨時在觸摸屏上調節運行所需溫差。當系統實際負荷增加時，溫差增大則提高頻率，加大水泵轉速；反之，溫差變小則降低頻率，減慢水泵轉速。在系統最不利環路末端安裝壓力傳感器以保證系統末端用戶的正常使用。在每臺主機的進出口安裝壓力傳感器，保證主機的正常工作壓力，確定系統的最小流量，同時保障各臺主機之間不會出現流量失調的現象。

3.2 變頻節能系統結構圖

圖2 變頻節能系統結構圖

3.3 實測數據

根據公式：Q＝K·P

其中，Q：冷凍（卻）水泵的流量（m3/h）；K:比例系數；P：冷凍（卻）水泵的電機頻率（HZ）；

因為μ＝Pe/P則有

表1 冷凍水泵變頻數據表

N：水泵消耗電能；Q：水泵流量；

則可推出該時段中的平均節電率A為：

冷凍水泵：

冷卻水泵：

由于以上日期是處于過渡期間，所得的節電率不能代表全年的實際節電率。那么全年的情況又如何呢？我們來看看重慶某酒店從2002-2005年期間，每年4-11月的實測節電數：

2002年4-11月，冷凍泵節約電能54524kwh,冷卻泵節約電能73425kwh，共節約電能127949kwh。

2003年4-11月，冷凍泵節約電能43976kwh，冷卻泵節約電能67837kwh，共節約電能111813kwh。

2004年4-11月，冷凍泵節約電能50572kwh,冷卻泵節約電能71041kwh，共節約電能121531kwh。

2005年4-11月，冷凍泵節約電能57956kwh,冷卻泵節約電能78138kwh，共節約電能136094kwh。

僅僅在此4年間，變頻系統空調系統為酒店共節約電能388009kwh，節約電費332639.4元，減去該套變頻系統設備費用26萬元，4年中實現節余72639.4元，可見該變頻系統具有很大的推廣價值。

表2 冷卻水泵變頻數據表

4 變頻節能系統的相關問題

由于水泵變頻后流量減少，冷水機組蒸發器和冷凝器的換熱效果也會受到影響，如果變頻導致了空調水系統的整體性能降低，尤其是占能耗比較大的冷凍機組的性能降低，那么可能會抵消水泵節能的效果。

通過仿真得出當回水溫度不變時冷水機組在不同相對流量下的性能參數,通過對這些參數分析得出當冷凍水相對流量減小時,機組的蒸發溫度會相應的升高,機組的COP、冷凝溫度以及蒸發器的傳熱系數會相應的降低。當流量變化到原來的60%左右時，蒸發溫度的變化在1℃以下，即冷凍機組蒸發工況變化不大，這時雖然冷凍機組壓縮機的效率略有下降，但冷凍機組的性能系數COP變化在0.15以下。

根據能耗分析，制冷機的能耗占空調系統的75%左右，冷凍（卻）水泵的能耗占空調系統的20%左右，在采用變頻技術不影響冷機COP前提下，水泵平均可節能40%左右，約占總能耗的7%。采用變頻技術相比定流量運行，在空調系統需求變化較大時是有利于系統的穩定。

由此說明，變頻節能系統對整個空調水系統性能的影響很小，基本可以忽略。

5 變頻節能系統的發展前景

重慶是全國最熱的城市之一，空調的耗電量逐年上升，每年夏天重慶的電力都嚴重不足，作為節能降耗的有效措施，空調變頻節能系統將有廣泛的應用前景。

[1]SY/T 6834-2011變頻調速拖動裝置節能測試方法與評價指標[S].石油工業節能節水專業標準化技術委員會，2011.

[2]GB/T22712-2008變頻電機用G系列冷卻風機技術規范[S].中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局中國國家標準化管理委員會,2008.

[3]GBT 21056-2007風機、泵類負載變頻調速節電傳動系統及其應用技術條件[S].中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會,2007.

[4]梁昊.最新變頻器國家強制性標準實施與設計選型使用技術手冊[M].天津：天津電子出版社，2005.

責任編輯：孫蘇，李紅

Energy Saving Effect of Frequency Conversion Technology in Air Conditioning System

謝吉寧
（重慶建工集團股份有限公司，重慶401122）

通過對重慶某酒店空調系統的分析，簡明扼要地介紹了該系統的節能原理，空調系統能源的有效利用和節能成為迫切需要解決的問題，而重慶市作為空調器大量使用的城市，節能潛力巨大。

重慶；40℃；空調；變頻；節能；降耗；冷凍（卻）水泵

According to the analysis of the air conditioning system of Fuli hotel in Chongqing,the energy saving theory of the system is briefly introduced.The energy efficient use and conservation of air conditioning system is the priority to be solved.Chongqing,a city of air conditioner,has huge potential of energy saving.

Chongqing;40℃;air conditioner;frequency conversion;energy saving;consumption reduction;chilled water pump

TM571.2

A

1671-9107（2013）07-0034-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.07.034

2013-04-02

謝吉寧（1966-），男，重慶人，大專，工程師，主要從事電氣專業方面的研究。