變頻節(jié)能在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

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引言如果說前些年偶發(fā)的厄爾尼諾現(xiàn)象引起的暖冬還給人們以新奇的話，那么近些年來由于全球變暖而頻發(fā)的氣侯異常給人們帶來的卻是無比的恐慌和無窮的憂慮。延緩全球氣侯變暖成為世界各國的當(dāng)務(wù)之急，同時也成為了全世界的共識。而要延緩氣侯變暖必須減少溫室氣體的排放。同時由于受當(dāng)前技術(shù)能力及自然資源的約束，風(fēng)能、水力、太陽能及核能等清潔型能源的使用還非常有限，絕大部分仍然是依賴煤炭、石油及天然氣等石化能源，目前世界各國對這類能源的爭奪已經(jīng)到了白熱化的程度，在沒有找到更好的替代能源之前，這種爭奪不會停息，只會變得更加激烈。也正因此，節(jié)能減排變成各國的經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略性任務(wù)和不可推卸的義務(wù)。為此，在建筑電氣設(shè)計中，應(yīng)盡量采用節(jié)能技術(shù)和節(jié)能產(chǎn)品，以實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。變頻技術(shù)是有效的節(jié)能途徑之一。

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變頻的節(jié)能原理簡介民用建筑中普遍使用的風(fēng)機(jī)、水泵類設(shè)備的電機(jī)原理：P=n×T

n=60f/p式中，P為電機(jī)工作消耗功率；n為電機(jī)轉(zhuǎn)速；T為電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩；p為電機(jī)機(jī)械極對數(shù)；f為電機(jī)工作電源頻率。根據(jù)以上公式可以看出：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低時，電機(jī)的消耗功率也在減小，傳統(tǒng)方式基本上都是通過耗能來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，這與節(jié)能目的是相悖的。在電力電子元件飛速發(fā)展的今天，利用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)電源頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速這種非耗能調(diào)速方式已經(jīng)被普遍應(yīng)用。對于風(fēng)機(jī)、水泵類流體機(jī)械，隨葉輪的轉(zhuǎn)動，其工作介質(zhì)如空氣、水、油等對葉片的阻力大致與轉(zhuǎn)速n的平方成比例變化，即T∝n^2，功率P=n×T∝n×n^2∝f^3可見，當(dāng)電機(jī)電源頻率即電機(jī)轉(zhuǎn)速降低10%時，電機(jī)的能耗將節(jié)省1-0.9×0.9×0.9≈0.27，即節(jié)能27%。但是，如何利用變頻器降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，既節(jié)能又能達(dá)到對溫度或壓力的要求？變頻器采用PID閉環(huán)控制系統(tǒng)，在不同溫度或壓力下，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，從而改變水泵或風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使溫度或壓力達(dá)到給定值。這樣，隨著檢測到的溫度或壓力的改變，變頻器輸出頻率隨之改變，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也跟著改變，從而使電機(jī)的輸出功率隨實際負(fù)荷動態(tài)供給,從而實現(xiàn)節(jié)能。2

變頻節(jié)能在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用3.1

以某酒店中央空調(diào)系統(tǒng)變頻節(jié)能設(shè)計及應(yīng)用為例進(jìn)行詳細(xì)說明1）酒店中央空調(diào)系統(tǒng)概況酒店建筑面積約40000m2，主要包括餐飲和客房等功能用房?？照{(diào)專業(yè)提供的數(shù)據(jù)為中央空調(diào)系統(tǒng)兩臺冷水機(jī)組R-1、2（290kW）、三臺冷凍水泵B-1、2、3（45kW）和三臺冷卻水泵b-1、2、3（30kW）。中央空調(diào)系統(tǒng)的控制原理如圖1所示。

圖1中央空調(diào)系統(tǒng)概況圖2）系統(tǒng)控制原理由于冷水機(jī)組由廠家成套生產(chǎn)，且普遍采用了智能控制，節(jié)能空間較小，故本系統(tǒng)僅對冷凍及冷卻水泵進(jìn)行節(jié)能設(shè)計。在該系統(tǒng)中，冷凍水泵和冷卻水泵的容量必須按照建筑物最大設(shè)計熱負(fù)荷選定，在沒有使用變頻調(diào)速的水系統(tǒng)中，無論季節(jié)、晝夜和用戶負(fù)荷的變化，水泵都長期固定在工頻狀態(tài)下全速運(yùn)行，能量的浪費(fèi)是顯而易見的。因此在水泵回路上增設(shè)變頻器以實現(xiàn)節(jié)能功能。本文以冷凍水泵夏季工作為例進(jìn)行說明，如圖2所示（僅畫出一臺水泵控制電路示意圖）。圖2控制電路示意圖3）系統(tǒng)控制原理簡要說明（如圖3所示）圖3分析示意圖將系統(tǒng)分為三個階段分析。（1）第一階段：初始期水泵開始工作，管網(wǎng)水溫T高于給定溫度T0,系統(tǒng)通過給定水溫T0與實際水溫T做比較后，將比較結(jié)果進(jìn)行PID運(yùn)算以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速加速水循環(huán)速度，調(diào)節(jié)實際水溫T控制室內(nèi)溫度；經(jīng)過電機(jī)轉(zhuǎn)速與溫度的反復(fù)調(diào)整，管網(wǎng)水溫達(dá)到T0后（即室內(nèi)溫度已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求），電機(jī)開始勻速運(yùn)轉(zhuǎn)在速度n1。（2）第二階段：穩(wěn)定期經(jīng)過第一階段的調(diào)節(jié)，當(dāng)管網(wǎng)水溫T已經(jīng)長時間穩(wěn)定或低于給定溫度T0時，則電機(jī)減速，運(yùn)行至n2（n2可以為0速度），管網(wǎng)水溫T保持即可。（3）第三階段：溫度變化期當(dāng)管網(wǎng)水溫變化超過系統(tǒng)設(shè)置△T時，電機(jī)重新啟動，按第一階段的調(diào)整方式繼續(xù)調(diào)整管網(wǎng)水溫至給定溫度T0,電機(jī)以速度n3勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，管網(wǎng)水溫保持。3.2

酒店變頻節(jié)能效果對B-1冷凍水泵（45kW）的測試操作如下：在主回路上加裝電度表，先工頻運(yùn)行一星期，每天定時記錄電表讀數(shù)，再變頻運(yùn)行一星期，進(jìn)行同樣的工作，其數(shù)據(jù)如表1所示。表1B-1冷凍水泵測試數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分析：在工頻運(yùn)行時，水泵的負(fù)荷變化不是很大，其日用電量在298kWh左右。變頻運(yùn)行時，由于受外界的環(huán)境溫度影響較大，故每天的用電量差別較大，但可以看出，變頻運(yùn)行時的日用電量明顯要小于工頻時的數(shù)值。以一個星期的總用電量來計算，工頻時為2580-891=1689，變頻時為5248-4121=1127，則1#組冷卻水泵的節(jié)電率為：（1689-1127）/1689=33%。由此可見，變頻器控制下的中央空調(diào)的節(jié)能效果是非常顯著的。3

結(jié)束語綜上所述，變頻調(diào)速的最大特點是“因需而供”，絕不浪費(fèi)。變頻技術(shù)的使用確實可以