中央空調節(jié)能系統(tǒng)的設計及實現

1、中央空調節(jié)能系統(tǒng)的設計及實現簡介： 本文介紹中央空調系統(tǒng)中的冷卻水系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)在滿足供冷質量的情況下最佳的節(jié)能方法、原理及實現。 1 引言 能源的利用情況標志著一個國家科技進步的水平。在我國大力推廣節(jié)能產品，禁止使用耗能過大的設備，提高能源的利用率，以縮短與世界先進國家的差距，為中國的現代建設提供能源的保證。在中央空調使用中，它的耗能量是很大的，約占整個供電部門供電量的4o 左右。例如一家建筑面積為8萬多平方米綜合性的大型醫(yī)院，有門診大樓1棟，住院大樓2棟，中央空調系統(tǒng)有800kW冷卻主機3臺，冷凍水泵機組有93kW電機4臺，冷卻水泵機組有93kW電機4臺，通過對冷凍水泵機組和冷卻水泵機組

2、的變頻節(jié)能的改造使用11個月，節(jié)約電費41.5萬元，為中央空調的節(jié)能，創(chuàng)造了有益的經驗?，F將其系統(tǒng)組成、設計、實現方法作一介紹。 2 中央空調變頻節(jié)能的原理系統(tǒng)組成 中央空調進行變頻節(jié)能系統(tǒng)，需要硬件及軟件技術的組合，利用矢量控制手段將動態(tài)過程相應補償，恒轉矩調壓、瞬流干擾負向抑制技術綜合使用。變頻調速技術產生的新產品，通過同步跟蹤，調壓、調相、調節(jié)頻率、瞬流抑制于一體，具有： (1)恒轉矩的條件下調節(jié)控制電壓，限制電流，使電機負載處于最適當、最小、最省電力的電壓和電流運行狀態(tài)； (2)矢量控制和模糊邏輯控制的優(yōu)化調頻技術，具有最先進通用變頻器的全部功能； (3)由微機采樣跟蹤，實現功率因數動

3、態(tài)補償； (4)瞬流干擾抑制技術，過濾瞬流波動減小其所造成的損失和干擾。 正是由于這些優(yōu)勢，使中央空調變頻節(jié)能有實施的理論依據和進行控制的可行性。其主要應考慮的因素有： 1)在中央空調設計時為保證在天氣溫度最高的情況下能滿足要求，所以按最大的負荷設計并有15 左右的富裕量，而平時使用時并不能達到滿負荷，所以存在較大的裕度，其中主機常?？梢愿鶕撦d變化自動加載，卸載，而水泵的流量卻不能隨主機匹配調節(jié)，存在很大浪費； 2)系統(tǒng)的流量壓力必須靠截流閥和旁路閥調節(jié)來完成，因此不可避免存在較大截流損失和消耗大流量高壓力主機，以及低流量小溫差的現象。不僅大量浪費電能，而且還可能造成空調冷暖不適的情形，同時

4、對系統(tǒng)設備帶來不利的影響； 3)電機起動電流為額定值的5倍左右。電機在如此大的電流沖擊下，進行頻繁的起停，對電機、接觸器觸點、空氣形狀觸點帶來電弧沖擊，同時也會給電網帶來一定的有害沖擊。同時起動時帶來的機械沖擊和停止時的承重現象也會給機械傳動、軸承、閥門等帶來疲勞損傷。 4)變頻技術在現代空調中的使用已成為必然趨勢，因此這不僅能有效改良現代空調系統(tǒng)的工藝不足，還能大幅降低能耗節(jié)省運行成本。因此，在中央空調系統(tǒng)中安裝變頻控制系統(tǒng)并設置閉環(huán)自動調節(jié)，使節(jié)能效果更好。 3 中央空調變頻系統(tǒng)設計的依據 在我國的南方特別是深圳地區(qū)周圍，每年空調開的時間大約1o個月左右。這樣一年之中，中央空調系統(tǒng)中的冷卻

5、泵機組和冷凍水泵機組都在固定的大流量下工作。另外由于季節(jié)、晝夜和用戶負荷的變化，實際上空調負載在絕大部分時間內比設計負載低很多，如圖1和圖2所示。 可由建筑物的實測得到熱負載變化率的情況。這樣，就可以決定水泵流量和壓力的最大(100)設計負載，這樣相比，一年中負載率在50%以下的時間占全部運行時間的50%以上，一般冷凍水設計溫差為57，冷卻水的設計溫差為46，在系統(tǒng)流量固定的情況下，全年絕大部分運行時間溫差僅為13，即在溫差低、流量大的情況下工作，增加了管路系統(tǒng)的能量損失，浪費了水泵運行的輸送能量。一般空調水泵的耗電量占空調系統(tǒng)耗電的2030。因此，節(jié)約水泵在低負載時系統(tǒng)供水輸出能量具有很重要

6、的意義，所以隨負荷而改變水流量的空調水泵系統(tǒng)就顯示出巨大的優(yōu)越性，而得到越來越廣泛的重視及應用。采用變頻器調節(jié)泵的轉速可以很方便地調節(jié)水的流量其節(jié)能率通?？蛇_35%50%左右。例如水泵的運行特性如下： 1)水泵的流量與轉速的一次方成正比：Q=N； 2)溫差T與轉速一次方成反比，T =l/n； 3)揚程H 與轉速二次方成正比，H=N2； 4)軸功率P與轉速的三次方成正比，P=N3； 它們之間的關系如表1所示。 4 中央空調變頻系統(tǒng)的設計 變頻系統(tǒng)只涉及冷凍水機組和冷卻水機組的變頻調節(jié)控制。 41 冷凍水系統(tǒng) 它的水溫取決于蒸發(fā)器的設定值，回水溫度取決于蒸發(fā)器接收的熱量，中央空調冷凍水出的溫度與冷

7、凍水的回水溫度設計最大溫差為5"C(出水為8"C，回水為13"C)。現采用在蒸發(fā)器的出水管和回水管上裝有檢測溫度的變送器。再與PID溫度調節(jié)器、PLC和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過冷凍水的溫差來控制，使冷凍水泵機組的轉速相應于熱負載的變化而變化，當第一臺電機已達到工頻時，還達不到要求時就可起動第二臺電機，工頻運行，然后調控第一臺電機。這樣不斷調整控制，使其達到最佳的效果。 42 冷卻水系統(tǒng) 降低水的溫度取決于冷卻塔的工作狀態(tài)，我們只需控制高溫冷卻水的溫度(冷凝器出水口)即可控制溫差?，F采用溫度變送器，PID調節(jié)器，PLC變頻器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，冷凝器出水溫度控制

8、在T2，(例如38"C)，使冷卻水泵的轉速相應于熱負載的變化而變化。同樣，當第一臺電機已達到工頻時，還達不到要求時，就可起動第二臺電機實行工頻運行，然后調控第一臺電機，使之達最佳的狀態(tài)。 5 系統(tǒng)的特點及效果 變頻節(jié)能系統(tǒng)由于采用閉環(huán)控制，電機按需要設定溫度，使設備容量隨時間季節(jié)變化，熱負荷通過轉速調節(jié)能在滿足要求的前提下最大限度的節(jié)能，并減少對電網的沖擊。由于本系統(tǒng)加入了各種保護措施，使安全可靠性大大提高。本系統(tǒng)進行變頻節(jié)能改造后，一直穩(wěn)定連續(xù)運行，累計運行了l1個月，其數據如表2。 以電機容量90 kW 為例，計算其變頻節(jié)能效益。 (1)冷凍水泵變頻節(jié)能效益 實際耗電量5298&

9、#215;4=211920kW； 變頻后平均功率2l19205839=363 kW； 節(jié)電率(1-36.9/90)×lOO%=59.7%； 節(jié)約費用(90×5839211920)×0.78=244660元 (2)冷卻水泵變頻節(jié)能效益 實際耗電量3452×40=138080kWh； 變頻后平均功率1380803968=34.8kW； 節(jié)電率(134.890)×100 =61.3， 節(jié)約費用(90×3968138080)×0.78=170851元 兩項節(jié)約費用共計415511元。由此可見，采用此系統(tǒng)為用戶節(jié)約了成本，提高了效益，取得較好的社會收益。 6 結論 本文分析了所設計的中央空調節(jié)能系統(tǒng)的原理，設計方法和經濟效益。由于此系統(tǒng)節(jié)能效果顯著，不少酒店大廈中央空調的物業(yè)管理部門都十分關注，并不斷的加入節(jié)能的改造行列，所以前景十分好。因此會產生較大的影響，為節(jié)能做出貢獻。 7 參考文獻 1