某中央空調(diào)循環(huán)水泵節(jié)能分析

王勇毅

河北省第四建筑工程有限公司 河北 石家莊 050000

1 .項目概況

本項目位于北京市，為公共辦公樓，在夏季供冷期采用中央空調(diào)運(yùn)行供冷，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際勘察情況，原有中央空調(diào)冷凍循環(huán)水泵和冷卻循環(huán)水泵具體參數(shù)情況如下：

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2 .系統(tǒng)分析

2.1 設(shè)計余量分析

在中央空調(diào)系統(tǒng)中，通常按極端環(huán)境（即當(dāng)?shù)仄骄罡呋蜃畹蜌鉁兀l件計算空調(diào)冷熱負(fù)荷，即以其最大冷或熱負(fù)荷的1.1-1.3倍確定空調(diào)主機(jī)及外圍設(shè)備的額定容量。然而由于氣候條件、環(huán)境溫度、房間使用率、房間人數(shù)等因素變化，實(shí)際需要的最大冷、熱負(fù)荷的時間每年不超過十五天；又加上國內(nèi)電網(wǎng)存在著一定的問題和考慮到未端用戶的正常使用電壓，國內(nèi)供電電壓一般在400V左右；而使用電機(jī)最佳的運(yùn)行電壓為380V，電機(jī)常期在高電壓下運(yùn)行，不僅增加了耗電量，而且也增大了電機(jī)的磨損，減少了設(shè)備使用壽命，所以在大多數(shù)情況下系統(tǒng)存在著嚴(yán)重的能源浪費(fèi)現(xiàn)象。

2.2 運(yùn)行情況及工藝分析

從美國制冷協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)880—56數(shù)據(jù)顯示可見，中央空調(diào)年平均負(fù)荷在60%左右。（見下表）

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在冷凍水進(jìn)出口溫度差為5℃時，空調(diào)主機(jī)的熱交換效率最高，然而，運(yùn)行過程中隨著季節(jié)、氣候以及所服務(wù)區(qū)域等各種變化，大部分時間溫差都在5℃以下，冷凍循環(huán)水泵、冷卻循環(huán)水泵一直處在滿負(fù)荷運(yùn)行。安裝智能化節(jié)電裝置后，通過對冷凍回水溫度變化的跟蹤，由計算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，同時檢測電機(jī)、水泵、變頻器三者的運(yùn)行曲線，自動調(diào)節(jié)智能化節(jié)電裝置輸出頻率，并對該裝置進(jìn)行控制，將三者的運(yùn)行曲線進(jìn)行優(yōu)化并控制運(yùn)行，提高三者的工作效率。當(dāng)循環(huán)水泵電機(jī)頻率下降時，循環(huán)水泵電機(jī)的功率也相應(yīng)降低，從而達(dá)到節(jié)能節(jié)電的目的。

其中N1為改變后的轉(zhuǎn)速，N0為電機(jī)原來的轉(zhuǎn)速，P0為原電機(jī)轉(zhuǎn)速下的電機(jī)消耗功率，Q0為原電機(jī)轉(zhuǎn)速下所產(chǎn)生的水泵流量。

由上式可以看出流量的減少與轉(zhuǎn)速降低的一次方成正比，功耗的減小與轉(zhuǎn)速降低的三次方成正比。

如：假設(shè)原流量為100個單位，耗能也為100個單位，如果轉(zhuǎn)速降低10個單位，由（2）式△Q=Q0〔1-(N1/N0)〕=100x〔1-(90/100)〕=10可得出流量改變了10個單位，但功耗由（1）式△P=P0[1-(N1/N0)3]=100x〔1-(90/100)3〕=27.1可以得出，功率將減少27.1個單位，即比原來降低27.1%。以此類推。（見下表）

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3 .智能化設(shè)備節(jié)電原理

智能化節(jié)電裝置借用變頻器技術(shù)，依據(jù)計算機(jī)控制理論，結(jié)合PID控制原理，利用多元化控制功能，采用優(yōu)化控制，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需求，自動檢測并計算系統(tǒng)負(fù)荷量的大小，根據(jù)負(fù)載變化情況適時調(diào)整變頻器、電機(jī)、負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，使三者始終在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，并對系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)的優(yōu)化控制。確保在滿足系統(tǒng)需求的前提下大幅度的提升系統(tǒng)效率，達(dá)到最佳節(jié)能節(jié)電效果。

依據(jù)變頻器、電機(jī)、負(fù)載的運(yùn)行曲線，使三者運(yùn)行曲線均達(dá)到最佳，讓它們始終在一個最佳效率區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，這個區(qū)間也就是圖中的陰影區(qū)域。

下圖示例：

智能化節(jié)電裝置就是通過對三者運(yùn)行曲線進(jìn)行優(yōu)化，讓它始終處在一個最佳效率區(qū)間內(nèi)運(yùn)行。這個區(qū)間就是圖形中的陰影區(qū)域。只有在該區(qū)域內(nèi)，三者運(yùn)行的工作效率才能達(dá)到最大化。通過智能化節(jié)電裝置的控制能達(dá)到對動力系統(tǒng)的智能化管理和自動化控制，最大限度的提高了循環(huán)水泵電機(jī)的工作效率。根據(jù)循環(huán)水泵的運(yùn)行情況，實(shí)時采集信號，同時監(jiān)控變頻器、電機(jī)與負(fù)載的變化，并能夠適時調(diào)整循環(huán)水泵電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，從而使循環(huán)水泵電機(jī)節(jié)能節(jié)電率達(dá)到最大化。

安裝智能化節(jié)電設(shè)備前后功率因數(shù)、電流、電壓測試比對表

4 .項目經(jīng)濟(jì)性分析與比較

4.1 造價估算

安裝智能化節(jié)電設(shè)備后項目造價估算情況包含如下：

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上述造價含該項目材料費(fèi)、安裝費(fèi)、配件費(fèi)等。

4.2 該項目運(yùn)行費(fèi)用分析

4.2.1 傳統(tǒng)方式運(yùn)行費(fèi)用分析

中央空調(diào)循環(huán)水泵系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)受全年室外溫度、室內(nèi)設(shè)計溫度和控制精度、設(shè)備逐時散熱量等很多很多因素影響，很難精確計算，可根據(jù)調(diào)研確定。估算運(yùn)行費(fèi)時可據(jù)項目在不同時段和不同溫度區(qū)間的累計耗能量，計算制冷系統(tǒng)總耗功率，然后據(jù)電費(fèi)可計算制冷系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)。

常規(guī)循環(huán)水泵運(yùn)行費(fèi)用表

4.2.2 節(jié)能系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用分析

安裝智能化節(jié)電裝置后中央空調(diào)循環(huán)水泵運(yùn)行費(fèi)用如下：

安裝智能化節(jié)電裝置后循環(huán)水泵運(yùn)行費(fèi)用表

中央空調(diào)系統(tǒng)冷凍循環(huán)水泵系統(tǒng)和冷卻循環(huán)水泵系統(tǒng)上分別安裝智能控制節(jié)電設(shè)備后，在一個供冷期即120天可節(jié)約電費(fèi)約為26.4萬元。冷凍循環(huán)水泵和冷卻循環(huán)水泵實(shí)際使用壽命可達(dá)15年，在15年內(nèi)供冷期累計至少可節(jié)約電費(fèi)約為396萬元。同時不僅響應(yīng)了國家節(jié)能減排的號召，而且提高了運(yùn)行效率和延長了設(shè)備的使用壽命，從而避免了大量的額外支出。

5 .結(jié)論

5.1 安裝智能控制節(jié)電設(shè)備后，在一個供冷期即120天可節(jié)約電費(fèi)約為26.4萬元。

5.2 在15年內(nèi)供冷期累計至少可節(jié)約電費(fèi)約為396萬元。