中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造應(yīng)用分析

廣東 湛江 524000

摘要：中央空調(diào)的循環(huán)水系統(tǒng)是使空調(diào)能正常運(yùn)作的重要組成部分，正常情況下其耗電能較大，通過(guò)結(jié)合相關(guān)原理來(lái)進(jìn)行節(jié)能改造可以有效減少耗電。本文介紹了空調(diào)水系統(tǒng)變頻的節(jié)能原理，對(duì)水系統(tǒng)工頻和變頻的運(yùn)行效果進(jìn)行比較，并說(shuō)明了水系統(tǒng)變頻節(jié)能控制原理，以某中央空調(diào)的水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造為例，闡述了其水系統(tǒng)改造后帶來(lái)的節(jié)能效益。應(yīng)用結(jié)果說(shuō)明了經(jīng)改造后的空調(diào)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，各方面的指標(biāo)均達(dá)到要求，有著良好的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；節(jié)能；變頻；水系統(tǒng)；控制原理

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，城市化的進(jìn)程不斷加快，各地的大型建筑越來(lái)越多，因此大型中央空調(diào)的使用也變得廣泛起來(lái)。但是由于中央空調(diào)耗電能巨大，不利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的理念，所以如何對(duì)中央空調(diào)進(jìn)行節(jié)能改造成為了人們需要解決的問(wèn)題。下面就此進(jìn)行討論分析。

1 空調(diào)水系統(tǒng)變頻節(jié)能原理

中央空調(diào)水系統(tǒng)變頻：指對(duì)冷卻水泵和冷凍水泵進(jìn)行改造。通過(guò)對(duì)水泵的變頻，將水系統(tǒng)改造為變流量運(yùn)行，使空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷與實(shí)際相匹配。

通常冷水機(jī)組是在定流量設(shè)計(jì)下運(yùn)行的，冷水機(jī)組要保持定流量的主要原因是：①蒸發(fā)器（或冷凝器）內(nèi)水流速的改變會(huì)改變水側(cè)放熱系數(shù)，影響傳熱；②管內(nèi)流速太低，若水中含有機(jī)物或鹽，在流速小于1m/s時(shí)，會(huì)造成管壁腐蝕；③避免由于冷水流量突然減小，引起蒸發(fā)器的凍結(jié)。實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)水泵變頻改造工程表明，對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)水泵進(jìn)行變頻節(jié)能改造，對(duì)冷水機(jī)組的功率幾乎沒(méi)有影響。因此，合理利用變頻節(jié)能控制方法，對(duì)整個(gè)中央空調(diào)控制系統(tǒng)會(huì)起到更好的保護(hù)作用。

空調(diào)系統(tǒng)變頻節(jié)能的依據(jù)是空調(diào)系統(tǒng)在部分負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)下，通過(guò)減小水流量來(lái)維持空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷的不變，從而節(jié)省循環(huán)水系統(tǒng)中水泵的能耗。根據(jù)水泵的工作原理可知，水泵的流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速與功率之間的關(guān)系為：

（1）

式中：Q1、Q2為水泵的流量，m3/h；n1、n2為水泵的轉(zhuǎn)速，r/s；H1、H2為水泵的揚(yáng)程，m；P1、P2為水泵的功率，kW。

由式（1）可知，水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，而水泵的輸入功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。由該關(guān)系可知，當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速降低后，流量按照某比例減小，相應(yīng)泵的功率按照該比例的三次方下降。

一次泵水系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能的最佳配置。傳統(tǒng)的空調(diào)水系統(tǒng)在末端設(shè)置電動(dòng)兩通閥或電動(dòng)三通閥，通過(guò)閥門開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)水流量。這種方法雖然能減小空調(diào)系統(tǒng)的流量，但卻大大增加了系統(tǒng)的壓力，即增加系統(tǒng)的管路阻力，使大部分的能量消耗在閥門上。

隨著變頻器價(jià)格的下降，變頻泵在空調(diào)水系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來(lái)越多。當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速由n1變?yōu)閚2時(shí)，相應(yīng)的流量也從Q1變?yōu)镼2，實(shí)現(xiàn)了流量調(diào)節(jié)，與普通的循環(huán)泵相比，節(jié)約了水泵的能耗。另外，變頻泵可以使管網(wǎng)的流量連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，有利于更好地降低水泵的能耗。設(shè)置旁通閥調(diào)節(jié)水量原理如圖1所示。

圖1 設(shè)置旁通閥調(diào)節(jié)水量原理圖

工頻和變頻運(yùn)行效果比較如表1所示。

表1 工頻和變頻運(yùn)行效果比較

2 變頻節(jié)能控制原理

空調(diào)水系統(tǒng)包括冷卻水和冷凍水系統(tǒng)兩部分。冷卻水部分包括冷卻水泵、冷卻塔和冷卻水管道。冷凍水部分包括冷凍水泵和冷凍水管道。在冷凍水部分出口和冷卻水部分進(jìn)出口都安裝有二線制的溫度變送器，對(duì)冷卻水部分的進(jìn)出口溫度送至變頻器作溫差控制，而冷凍水的出口溫度作恒溫控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2中，溫度變送器傳送三個(gè)溫度模擬量（冷卻水進(jìn)口溫度、冷卻水出口溫度和冷凍水出口溫度）至變頻器，三個(gè)模擬量作為變頻器控制判定根據(jù)。變頻器再將啟動(dòng)泵信號(hào)傳至PLC，通過(guò)PLC啟動(dòng)相應(yīng)水泵，實(shí)現(xiàn)水泵間的切換。變頻器輸出信號(hào)控制著電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小，最終實(shí)現(xiàn)水泵內(nèi)水的流量控制。變頻器將設(shè)置最低限和最高限來(lái)保護(hù)制冷主機(jī)和電機(jī)，根據(jù)實(shí)際需要，冷卻水進(jìn)出口溫差變大時(shí)，則變頻器增大頻率，加快電機(jī)轉(zhuǎn)速，加大水的流量；反之，溫差變小，則減小頻率，減慢電機(jī)轉(zhuǎn)速，減小水的流量。

水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造系統(tǒng)控制原理如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)控制原理圖

3 工程改造及節(jié)能效果

由于空調(diào)系統(tǒng)的不同，采用變頻節(jié)能改造的節(jié)能效益也不相同。本文以改造的某工程為例，分析其改造和節(jié)能效果。

改造工程為一政府辦公樓，采用H2蒸汽雙效型溴化鋰吸收式制冷主機(jī)，配備兩臺(tái)冷卻水泵和兩臺(tái)冷凍水泵。空調(diào)水系統(tǒng)的主要設(shè)備如表2所示。

表2 空調(diào)水系統(tǒng)主要設(shè)備

改造前，系統(tǒng)工頻運(yùn)行，即冷凍水和冷卻水系統(tǒng)均按工頻運(yùn)行。運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)電機(jī)電流遠(yuǎn)超過(guò)電機(jī)的額定電流，電機(jī)外殼發(fā)熱嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)啟動(dòng)電流過(guò)大直接導(dǎo)致系統(tǒng)不能啟動(dòng)的情況。按照文中的控制原理和方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，分析對(duì)比了系統(tǒng)改造前后的能耗狀況。改造前，水系統(tǒng)每天的能耗基本相等；改造后，每天水系統(tǒng)的能耗會(huì)根據(jù)當(dāng)天天氣情況導(dǎo)致空調(diào)房間制冷量的變化。系統(tǒng)改造前后水系統(tǒng)單月的耗電量如表3所示。

表3 耗電量