中央空調水系統變頻節能技術的工程應用

柳叢叢

摘要：中央空調調節系統當中能耗最大的一個部分就是空調水系統，因此為從整體上提升空調系統的耗能效率，就需要充分結合當前空調水系統的實際工程技術應用情況，在原有的中央空調水系統技術基礎之上進行完善和優化，優化和創新空調水系統節能技術，控制中央空調系統的耗能水平，從總體上提高中央空調系統的節能效率，實現節能減排的目標。

關鍵詞：中央空調;空調水系統;變頻節能技術;節能減排

引言

通過對當前我國以及世界范圍內的能源利用情況以及環境進行調查和分析，可以了解到環境污染和能源緊缺已經成為了影響各國乃至全世界可持續發展的一個主要難題，因此，為了有效緩解能源緊張和環境污染等問題，國家和社會加大了對于節能減排的關注度。建筑中央空調系統作為一項耗能較大的工程，在實際應用過程當中需要在建筑能耗上進行控制，而在建筑中央空調系統當中耗能最大的系統就是空調水系統，與風道系統和控制系統相比較來看，中央空調水系統的整體耗能較大，因為建筑空調系統通常在負荷條件下運作，但是并不會達到滿負荷條件，因此在設計中央空調系統方案的過程當中，需要全面地考慮到該建筑系統的負荷特性，從而設計具有針對性和可行性的方案，從而提升中央空調水系統的節能技術，這樣才能夠確保能夠進一步優化和控制建筑中央空調系統，有效的提升建筑中央空調系統的能耗效率。

1中央空調水系統組成及工作原理

中央空調水系統主要由以下幾個部分所構成：即供/ 回水管路、冷凍/ 冷卻水泵、冷卻塔、制冷機組以及末端裝置等。通過制冷機組可以對中央空調系統運行過程當中進入中央空調水系統當中的蒸汽通過噴射式系統、蒸汽壓縮式系統、吸收/ 吸附式系統等內部系統進行處理，最后將處理后的冷卻水排出。制冷機當中的蒸發器會通過低壓液態冷媒降低水的溫度，從而使進入蒸發器內的水溫急劇降低成為冷凍水，隨后，冷凍水將會進入室內末端，風機盤管末端利用電動調節閥裝置對冷凍水流量進行調節，風機盤管末端在對內部通過的冷凍水進行處理時通常會控制保持7～12℃的空氣-水側的換熱溫差，以此來滿足房間銳宇空氣溫度和舒適度的基本需求。

2中央空調水系統變頻節能技術原理

水泵是中央空調水系統當中耗能最大的一個組成部分，因此，要加強對于中央空調水系統的調節和控制，就需要將冷卻水與冷卻水水泵變頻節能這一方面作為控制的重點，以此來實現空調水系統的變頻節能功能。對比傳統的空調水系統內部結構及運作情況可以了解到，在傳統上對空調水系統進行設計的過程當中，通常是采用定頻式水泵設計，即確保水泵在運作過程當中始終保持單一轉速，利用這一設計能夠有效的避免空調水系統在實際運作過程當中，內部管壁出現腐蝕以及凍結等現象，同時也充分的考慮到了空調水系統內部流速與換熱系數等影響因素。

由于中央空調整體系統在實際運行過程當中是帶負荷運行的，所以中央空調水系統變頻節能設計需要充分的結合空調系統部分荷載運行這一特征，根據負荷情況對電機頻率進行調節，從而有效地控制水泵頻率，對中央空調系統進行節能控制，在確保空調系統正常運行的基礎之上提升整個系統的運作效率，也能夠有效的降低水泵能耗能。結合水泵的實際工作原理，可以列出流量Q、揚程H、轉速n 與耗功p 之間的平衡式：

通過對上述平衡是進行分析，可以了解到水泵轉速和水泵耗功與其流量之間存在著相互作用的關系，水泵轉速降低對水泵耗功的影響程度較大，由此可知，通過變頻水泵調節技術，能夠通過降低水系統能耗來全面控制和調節中央空調系統的能耗。

3 空調水系統變頻節能

溫度變送器會對所經過的冷卻水溫度進行探測，冷卻水溫度達到相應的溫度信號時，溫度傳感器就會將相應的溫度信號傳送至變頻驅動模塊，隨后變頻驅動模塊將全面識別和判斷所接收到的溫度模擬信號，將該溫度模擬信號傳送至PLC模塊，模塊將會根據該流量值的大小設定相應的流量系數，流量系數設置完成后，水泵會根據該流量系數調整和控制水泵的開啟數量。由于無法避免中央空調水系統在運行過程當中出現管道凍結或腐蝕等現象，所以在此前就需要在系統內設置相應的流量保護限制，當空調水系統所檢測到的流量值低于流量保護現值時，立即啟動強制升頻措施，確保系統運行的安全性和穩定性。

4 工程應用

中央空調水系統節能方案設計需要充分考慮到系統運行過程當中外部安裝環境以及機組性能的影響，從而根據該中央空調水系統的實際情況做出具有針對性的節能優化方案，這樣才能夠確保空調水系統節能方案設計的合理性和可行性，也能夠有效地提升系統的綜合效益。

4.1 項目概況

本次所研究的工程項目對象為商用寫字樓建筑中央空調系統，該中央空調設備機房位于地下一樓，系統主要采用溴化鋰吸收式系統作為制冷主機，其中央空調水系統結構詳圖如下圖2所示。通過對下圖中央空調水系統結構進行分析，可以發現該商業寫字樓一共配置了兩臺冷凍水水泵，并且在周圍設置4臺冷卻水泵，由于此前該商業寫字樓所使用的中央空調水系統為傳統水系統，因此水泵主要為定頻運行，中央空調水系統在實際運行過程當中存在著損耗較大、啟動電流大以及振動等現象，當啟動定頻水泵時，水泵頻率會直接升高以達到工作頻率，在這一過程當中，會導致水泵啟動電流過大，甚至會超過電機額定電流，導致很難對中央空調水系統能耗進行調節和控制。

4.2 改造方案

在對商業寫字樓項目中央空調水系統結構進行改造的過程當中，可以根據項目的實際情況設計不同的系統水泵和冷卻塔數量組合搭配，通常來說，每個水泵配置一臺變頻驅動模塊就可以確保空調水系統的控制效果達到最佳，但是這在一定程度上會增加系統的初始投資壓力，因此，在實際改造過程當中，需要全面的結合該項目的經濟效益、能耗情況以及實際運行過程當中的安全性等各項因素。通過對該商業寫字樓項目的各項因素進行分析，從而確定出最終的系統節能改造方案如下：即每兩臺冷凍水水泵配置一臺變頻驅動模塊，并且在配置變頻驅動模塊的過程當中，需要對整體的運行情況進行分析，以確保改造方案的合理性和可行性。

4.3 效益評價

在對某商業寫字樓項目中央空調水系統進行改造后，收集中央空調水系統的運行數據，并與改造前的運行數據進行對比和分析，從而可以得出結論：在對中央空調水系統進行變頻改造之后，有效地提升了整個系統的調節和控制效率，確保系統運行的安全性和穩定性，同時也能夠有效降低運行過程當中的能耗，從總體上來看，具有較強的實用價值和推廣價值。在對改造前后空調系統的性能進行對比時，主要是在確保空調系統日平均負荷率和氣候條件相同的前提之下，對改造前后空調的運行性能進行對比，對比結果顯示：在對中央空調水系統進行改造之后，系統所降低的耗能高達20%。

5 結語

建筑能耗是能源消耗的代表，而在建筑能耗當中主要是通過空氣調節系統運行耗能，其中，空調水系統耗能最大。因此，為有效降低建筑系統的耗能，就需要加強對于空調水系統耗能的調節和控制，根據負荷情況對電機頻率進行調節，從而有效地控制水泵頻率，對中央空調系統進行節能控制，達到節能減排的目標。

參考文獻：

[1]葉蕾，吳潔清，儲琳.中央空調冷凍水系統節能設計及運行控制分析[J].能源研究與管理，2019（04）：108-111.

[2]譚激.大型公共建筑中央空調節能設計控制策略探析[J].智能建筑與智慧城市，2018（11）：44-45.

[3]饒光洋，曹偉忠.中央空調水循環系統節能設計[J].工程技術研究，2017（04）：4-6+36.

[4]曹華，張九根.中央空調冷卻水、冷凍水系統的變頻節能分析[J].電機與控制應用，2014，41（04）：62-66.