基于變頻和溫控技術的醫院空調系統節能改造

葛曉捷

【摘要】本文以醫院空調系統的具體構成為基礎，著重分析了空調系統變頻節能控制應用原理，以實際為出發點對變頻器在中央空調節能改造中的應用進行了探討。

【關鍵詞】醫院中央空調；系統變頻節能；改造技術

1 前言

隨著社會經濟發展水平以及人們生活水平的不斷提高，中央空調的使用已經非常的普遍，在醫院體系中，中央空調揮著重要的作用，但是醫院空調系統進最大問題就是能耗大，增加了醫院的運營成本，因此，對醫院空調系統的改造節能是目前我們面臨的主要問題。

2 醫院空調系統的具體構成

2.1 冷凍機組

向各個房間內流動的循環水通過冷凍機這一設備發生內部熱交換的反應，造成冷凍水降溫的范圍在5―7攝氏度。并經循環水這一系統提供給個空調點以外部熱的實際交換源。通過內部熱交換所產生出來的熱量，經冷卻水這一系統在冷卻塔這一位置內向空氣當中進行排放。可以說，中央空調系統中的制冷源就是內部熱交換系統。

2.2 冷卻水塔

主要應用于提供給冷卻機組以冷卻水。

2.3 外部熱交換系統

這一系統主要由兩種循環水系統構成：一種是冷凍水類型的循環系統，主要由冷凍泵和冷凍管道構成。其工作原理是從冷凍機組當中輸出的冷凍水通過冷凍泵設備的加壓操作輸送到冷凍水管道中，然后在個房間之中進行熱交換，這樣就會把房間中存在的熱量帶走，使房間降溫；另外一種是冷卻水類型的循環系統，主要由冷卻泵、冷卻塔和冷卻水管構成。其工作原理是冷凍機組在完成熱交換后，在降低水溫的同時，肯定會有大量的熱能釋放出來，在這些熱量被冷卻水全部吸收之后，冷卻水自身的溫度就會上升，此時，通過冷卻泵將這些冷卻水完整的壓入到水塔中，促使它在冷卻塔當中和大氣實現了熱交換，隨后再輸送降溫后的冷卻水到冷凍機組，通過這樣的循環，釋放冷凍機組的熱量。

3 空調系統變頻節能控制應用原理

（1）冷凍水泵變頻控制：中央空調冷凍水泵的額定流量是根據空調滿負荷工作設計的（且留有裕量），空調主機大部分時間沒有達到滿負荷，這時就可以通過變頻器調速器來調節冷媒水泵的轉速，降低冷凍水泵的循環流量，提高供回水溫差，從而達到節能目的。水泵的節能是在維持主機高效率的條件下進行的，中央空調冷凍出水溫度與冷凍的回水溫度設計溫差為5℃（出水7℃，回水12℃），采用在冷凍水的回水管路上安裝溫度傳感器、PID智能溫控器和變頻器組成閉環控制系統，通過冷凍水的回水溫度與設定值（12℃）的差值，即控制可使冷凍水泵的轉速相應于負載的變化而變化。同時變頻器設有下限值，下限的設置考慮了主機及最不利的末端仍能有效的工作。據測試，在低負荷運行時適當降低流量，如70%流量時，水泵輸入功率約只需工頻運行功率的40%，即節電60%。

（2）冷卻水泵變頻控制：中央空調的冷卻水泵控制原理與冷凍水泵相類同，當空調負荷低或冷卻水散熱效果好時，也可以通過變頻調速器來調節冷卻水泵的轉速，降低冷卻水的循環流量，提高供回水溫差，從而達到節能目的。由于冷卻水溫度取決于環境溫度和冷卻塔的散熱效果，只需控制冷卻出水的溫度，即提高制溫差。采用在出水管上安裝溫度傳感器，PID智能溫控器和變頻器組成閉環控制系統，冷卻水出水溫度控制在35℃。與冷凍泵一樣變頻器設有下限值，保證主機仍能正常的工作，而且整個系統處于最佳的節能狀態下。據測試，在低負荷運行時適當降低流量，如70%流量時，水泵輸入功率約只需工頻運行功率的40%，即節電60%。

（3）冷卻塔風機變頻控制：風機功率一般都較小，節電不如水泵明顯。但風機采取變頻控制有助于冷卻水恒溫。冷卻塔風扇低轉速運行還能大幅度減少漂水，節省水源、延緩水質劣化、減小水霧及風機噪音對周圍的影響。

4 變頻器在醫院空調系統節能改造中的應用

中央空調系統主要是由制冷系統、冷卻水循環系統、冷凍水循環系統、空氣處理器和熱水塔等部分組成的，因此，在其節能改造工作中也主要是從這幾個方面入手進行總結和優化的。

水泵作為中央空調系統中極為關鍵和重要的組成部分，其在設計中是以當地每年夏天最熱、負荷最大為基礎進行設計的，且都是留有10～20%的設計余量，這就造成了在水泵的選擇中必然都是選擇一些功能較大的水泵體系，從而保證空調系統運行要求，但是這種設計標準應用同時，也造成大量的能源浪費，其中以冷凍主機的耗能最為嚴重，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作出相應調節，存在很大的浪費。

4.1 水泵節能改造的方案

中央空調系統通常分為冷凍（媒）水和冷卻水兩個系統。根據國內外最新資料介紹，并多處通過對在中央空調水泵系統進行閉環控制改造的成功范例進行考察，現在水泵系統節能改造的方案大都采用變頻器來實現。

4.1.1 冷凍（媒）水泵系統的閉環控制

制冷模式下冷凍水泵系統的閉環控制

該方案在保證最末端設備冷凍水流量供給的情況下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調節是通過安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經由溫度控制器設定的溫度來控制變頻器的頻率增減，控制方式是：冷凍回水溫度大于設定溫度時頻率無極上調。

制熱模式下冷凍水泵系統的閉環控制

該模式是在中中央空調中熱泵運行（即制熱）時冷凍水泵系統的控制方案。同制冷模式控制方案一樣，在保證最末端設備冷凍水流量供給的情況下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調節是通過安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經由溫度控制器設定的溫度來控制變頻器的頻率增減。不同的是：冷凍回水溫度小于設定溫度時頻率無極上調，當溫度傳感檢測到的冷凍水回水溫越高，變頻器的輸出頻率越低。

4.1.2 冷卻水系統的閉環控制

目前，在冷卻水系統進行改造的方案最為常見，節電效果也較為顯著。該方案同樣在保證冷卻塔有一定的冷卻水流出的情況下，通過控制變頻器的輸出頻率來調節冷卻水流量，當中中央空調冷卻水出水溫度低時，減少冷卻水流量；當中中央空調冷卻水出水溫度高時，加大冷卻水流量，從而達到在保證中中央空調機組正常工作的前提下達到節能增效的目的。

4.2 能量調節

變頻空調節能的主要原因是：電機的效率提高（交流變頻采用三相電機，直流變頻采用直流電機，效率高過普通的單相異步電機）；系統的動態匹配，是系統總是處于良好的匹配狀態；部分負荷時，相對擴大的換熱器，降低了冷凝溫度，提高了蒸發溫度；沒有停機，避免了系統平衡重新建立的浪費，同時也避免了溫度波動較大從而產生的浪費。在改造中，僅僅因為變頻空調器在運行過程中，機組很少停機，避免了普通空調器頻繁啟動，省卻了額外的啟動電能消耗，所以系統省電的說法是確缺乏說服力的。因為普通空調器運行中啟動雖頻繁，但啟動時間卻很短，每次約零點幾秒的時間。變頻空調雖然不需頻繁啟動，但其快速控溫卻是靠高頻運行實現的，這一過程又是以高能耗換來的，甚至還要多余消耗內部轉換所需的電能。

5 結束語

總之，醫院節能改造須從整體考慮，合理利用能源、提高能源利用效率，醫院節能改造應立足于能源與環境的可持續發展，應大力推廣變頻節能技術的使用，這樣才能以最小的能源和環境消耗獲得最佳的醫療環境，最終實現醫院環境與自然環境的統一。

參考文獻：

[1]賈虎成.戶式中央空調水系統運行分析和改進[J]，2013

[2]蘇明哲，張存泉.變頻節能技術在中央空調水系統的應用[J].中國建設信息.供熱制冷專刊，2013.