中央空調節能設備

　　█前言

　　中央空調是現代大廈物（wù）業、賓館、商場不可缺少的（de）設施，它能帶給人們四季如春，溫馨舒適的每一天，由於中央空調功率大，耗能大，加上設計上存在“大馬拉小車”的（de）現象（xiàng），支付中央空調所用電費是（shì）用戶一項（xiàng）巨大的開支。因為季節的變化、晝夜的變化、賓（bīn）館（guǎn）酒樓客人入住率的變化、娛樂場所開放時間的變化（huà）等等，從而導致中央（yāng）空調係統對室內熱源吸收量的變（biàn）化，再加（jiā）之工藝設計（jì）上電機功率設計有相當的富裕量，因此，存在明顯的節電空間。將變頻技（jì）術（shù）引入中央空調係統，保持室內恒溫，對其進行的節能改造是降本增效（xiào）的一條捷徑。

　　█中央空調係統如圖（tú）1所示（shì）為一典型中央空調機組係統圖，主要由冷凍（dòng）水循環係統、冷卻水循環係統及（jí）主機三部分組成：

　　●冷凍水循環係統該部分由冷凍泵、室（shì）內風機及（jí）冷凍水管道等組成。從（cóng）主機蒸發器流（liú）出的低溫冷（lěng）凍水由冷凍泵（bèng）加壓送入冷凍水管（guǎn）道（出（chū）水），進入室內進行熱交換，帶走房（fáng）間內的熱量，最後回到主（zhǔ）機蒸（zhēng）發器（回（huí）水（shuǐ））。室內風機用於將空氣吹過冷凍水管道，降低空氣溫度，加速室內熱交換。

　　●冷卻水循（xún）環部分

　　該部分由冷卻泵、冷卻（què）水管道、冷卻水塔及冷凝器等組成。冷凍水循環係統進行室內（nèi）熱交換的同時（shí），必將帶走（zǒu）室內大量的（de）熱能（néng）。該（gāi）熱能通過主機內的冷媒傳遞給冷卻水，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升溫後的（de）冷卻水壓入冷卻水塔（出水），使之與大氣進行熱交換，降低溫度後再送回主機冷凝器（回水）。

　　●主機主機部分由壓縮（suō）機、蒸發器、冷凝（níng）器（qì）及冷媒（製冷劑）等組成，其工作循環過程如下：

　　首先低壓氣態冷媒被壓縮機加壓（yā）進入冷凝器並逐（zhú）漸冷凝（níng）成高壓液體（tǐ）。在冷凝過程中冷媒會（huì）釋放出大量熱能，這部分熱能被冷凝器中的冷卻水吸收（shōu）並送到室外的冷卻塔上，最終釋放到大氣中去。隨後冷凝器中的高壓（yā）液態冷媒在流經蒸（zhēng）發（fā）器前的（de）節流降壓裝置時，因（yīn）為壓（yā）力的突變而（ér）氣化，形成氣（qì）液（yè）混合物進入蒸發器。冷媒在蒸發器中不斷氣化，同時會吸收冷凍（dòng）水中（zhōng）的熱量使其達（dá）到較低溫度。最後，蒸（zhēng）發器中氣化後的冷媒又變成了低壓氣體，重（chóng）新進入（rù）了壓縮機，如此（cǐ）循環往（wǎng）複。

　　█節能理論（lùn）

　　●中央空調節（jiē）能（néng）改（gǎi）造前的工況在中央空調係統設計時，冷凍泵、冷卻泵的電機容量是根據建築物的最大設計熱負荷選定的，都留有一定設計餘量。由於四季氣候及晝夜溫差變化，中央空調工作時的熱負荷總是不斷變化。下圖2為一民用建築物（wù）的平均熱負荷情況：

　　█前言

　　中央空調是現代大廈物（wù）業（yè）、賓館、商場不可缺少的設（shè）施，它能帶給人們四季如春，溫馨舒適的每一天，由於中央空（kōng）調功率大，耗能（néng）大，加（jiā）上設計上存（cún）在“大馬拉小車”的現象，支付中央空調所用電費是用戶一項巨大的開（kāi）支。因為季節的變化、晝（zhòu）夜的變化、賓館酒樓客人入住率的變化、娛（yú）樂場所開放時間（jiān）的變化等等，從而導致中央（yāng）空（kōng）調係統對室內熱（rè）源吸（xī）收量的變化，再加之工藝（yì）設計上電（diàn）機功（gōng）率設計有相當的富裕量，因此（cǐ），存（cún）在明顯的節電空間。將變頻技術引入中央空調（diào）係統，保持（chí）室內恒溫，對其進行的節能改造是降本增效的一條捷徑。

　　█中央空調係統（tǒng）

　　圖1所示為一（yī）典型中央空調機組係統圖，主要由冷凍水循（xún）環係統（tǒng）、冷卻水循環係統（tǒng）及主（zhǔ）機三部分組成：

　　●冷凍水循環係統

　　該部分由冷凍泵、室內風機及冷凍水管道等組成。從主（zhǔ）機蒸發器流出的低溫冷凍水由冷凍泵（bèng）加壓送入（rù）冷凍（dòng）水管（guǎn）道（出水），進入室內進（jìn）行熱（rè）交換，帶走房間內的熱量，最後回到主機蒸發器（回水）。室內風機（jī）用於將空氣吹（chuī）過冷凍（dòng）水管道（dào），降低空氣溫度，加速室（shì）內熱交換（huàn）。

　　●冷卻（què）水（shuǐ）循環部分

　　該部分由冷卻泵（bèng）、冷卻水管（guǎn）道、冷（lěng）卻水（shuǐ）塔及冷凝器等組成。冷凍水循環係統進行室內熱交換（huàn）的同時，必將帶走室內大量的熱能。該熱能通過主機內的冷媒傳遞給冷（lěng）卻水（shuǐ），使冷卻水溫度升高。冷卻泵將（jiāng）升溫後的冷卻水壓入（rù）冷卻（què）水（shuǐ）塔（出水），使之與大氣進行熱（rè）交換，降低（dī）溫（wēn）度後再送回主機冷凝器（回（huí）水）。

　　●主機

　　主機部分由壓縮（suō）機、蒸發器、冷凝器及冷媒（製（zhì）冷劑）等組成，其工（gōng）作循環過程如下：

　　首先低壓氣態冷媒被壓縮機加壓進入冷凝器並逐漸冷凝成高壓液體。在冷凝過程中冷媒會（huì）釋放出大量熱能，這部分（fèn）熱（rè）能（néng）被冷凝器（qì）中的冷卻水吸收（shōu）並送到室外的冷卻塔上，最（zuì）終釋放到大氣中去（qù）。隨（suí）後冷凝器中的高（gāo）壓液態冷媒在流經蒸發器前的節流降壓裝置時，因為壓力的突變而（ér）氣化，形成氣（qì）液混合（hé）物進入蒸發器。冷媒（méi）在蒸發器（qì）中不斷氣化，同時會吸收冷凍水中的熱量使其達到較低溫度。最後，蒸發器中氣（qì）化後的（de）冷媒又變（biàn）成了低壓氣體，重新進入了壓縮機，如（rú）此循（xún）環往（wǎng）複。

　　█節能理（lǐ）論

　　●中（zhōng）央空調節能改造前的工況

　　在中央空調（diào）係統設計時（shí），冷凍泵（bèng）、冷卻泵的（de）電機容量是根據建築物（wù）的最大設計熱負荷選（xuǎn）定的（de），都留有一定設計餘量。由於（yú）四季氣候及晝夜溫差變化，中央空調工作時的熱負荷總（zǒng）是不斷（duàn）變化。下圖2為一民用建築物的平（píng）均熱負（fù）荷情況：

　　如上圖所示，該中央空調一年（nián）中負荷率（lǜ）在50%以下的時間超過了全部運行（háng）時（shí）間的50%。通（tōng）常冷卻水管路的（de）設計溫（wēn）差為5～6℃，而（ér）實際應用表明大部分時間裏冷卻水管路的溫差（chà）僅為2～4℃，這說明製冷所需的冷凍水、冷卻水流量通常都低於設計流量，這樣就形成了中央空調（diào）低（dī）溫差、低（dī）負荷、大工作流量的工況。

　　在（zài）沒有使用節（jiē）能（néng）係統前，工頻供電下的水泵始終全速運行，管道中的供水流量隻能通過閥門或回流方式調節，這必會產生（shēng）大量的節流（liú）及（jí）回流損失，同時也增加了電機的負荷，白白消（xiāo）耗了許多電能。

　　中央空調水泵電機的耗（hào）電量約占中央空調係統總耗電（diàn）量的30-40%，故對其進行節能改造具有很明（míng）顯的節能效果。

　　●節能理論根據

　　由流體力學理論可知，離心式流體傳輸（shū）設備（如離心（xīn）式水泵、風機等）的輸出流量Q與其轉速（sù）n成正比（bǐ）；輸出壓（yā）力P（揚程）與其轉速n的平方成（chéng）正比（bǐ）；輸出功率N與其轉速（sù）n的三次方成（chéng）正比，用數學公式可（kě）表示為：

　　Q＝K1× n

　　P＝K2× n2

　　N＝Q × P＝K3× n3(K1、K2、K3為比例常數)

　　由上述原理可知，降低水泵的轉速，水（shuǐ）泵（bèng）的輸出功率就可以下降更多。如將電機（jī）的供電頻率由50Hz降為40Hz，則理論上，低頻40Hz與高頻50Hz的（de）輸出功率之比為(40/50)3=0.512。

　　實踐證明（míng），在中央空調係統中（zhōng）接入變頻節能係統，利用變頻（pín）技術改變水泵轉速（sù）來調節管（guǎn）道中的流量（liàng），以取代閥門調（diào）節及回流方式（shì），能取得明顯的節能效果（guǒ），一般節電率都在30％以上。同時變頻器的軟啟動功能及平滑調速的特點可實現對中央（yāng）空調的平穩調（diào）節，並可延長機組及管組的使用壽命。

　　█節能方（fāng）案分析

　　中央空調各循（xún）環水係統的回水（shuǐ）與出水溫度之差，反映了整（zhěng）個係統需（xū）要進行的熱交換量（liàng）。因此，根據回（huí）水與出水的溫度（dù）差來（lái）控製循（xún）環水的流量，從而控製熱交換的速度，是首選的節能控製方法。

　　●冷凍水循環係統（tǒng）

　　冷凍水的出水溫度是由主機的製冷效果決（jué）定的，通常比較穩定，因此冷凍回水溫度可以準確（què）的（de）反映室內（nèi）的熱（rè）負荷情況。由此，對於冷凍水循環係統的（de）節能改造，可以取回水溫度作為控製（zhì）目標，通過變頻器對（duì）冷凍泵流量的自（zì）動調節來實現（xiàn）對室內溫度的控製。

　　●冷卻水循（xún）環係統

　　冷卻水（shuǐ）循環係統（tǒng）同時受室外環境溫度及室內熱負荷（hé）兩方（fāng）麵影（yǐng）響，循環（huán）水管道單側的水溫不能準確反映該係統的熱交（jiāo）換量，因此（cǐ）以出水與回水之間的溫差作為控製室內溫度的依據是合理的節能方式。在外界環境溫度不變的情（qíng）況下，溫差大，說（shuō）明室內熱負荷較大（dà），應提高冷卻（què）泵（bèng）的轉速，增大冷卻水循環的（de）速度；相應的，溫差小則（zé）減（jiǎn）小冷卻泵轉速。

　　●方案結構示意圖

　　根據上述（shù）分析，可得出整個節能工程結構示意圖（tú）如圖3所示：

　　由上圖（tú），該節能方（fāng）案（àn）的基本（běn）思路為：

　　分別（bié）在主機蒸發器回水處、冷凝器出水及回水處安裝溫度傳感器，實（shí）時（shí）檢測管網的溫度，以模擬（nǐ）信號（0~10V或者4~20mA）反饋給（gěi）變頻器，通過變頻器內（nèi）置的（de）PID運算輸出相應的頻率指（zhǐ）令後自動（dòng）調節水泵轉速，從而調節各循（xún）環水的熱交（jiāo）換速度（dù），最終實現對室內恒溫度的控（kòng）製。需要特別說明的是，變頻器內部在設計上（shàng）集成了溫差反饋處理功能，係統無須另配專用控製模塊。

　　機組

　　機型

　　常用數（shù）量

　　備用數（shù）量

　　總計數量

　　中央

　　空（kōng）調

　　冷凍泵電機

　　45KW（380V）

　　2台

　　1台

　　3台

　　冷（lěng）卻泵電機（jī）

　　75KW（380V）

　　2台

　　1台

　　3台

　　該方案使用CHF100係列通用變（biàn）頻器，“市電”“節電”旁路需要另配（pèi）電控櫃及電（diàn）氣配件。

　　●變頻節能係統（tǒng）特點

　　1、變頻器界（jiè）麵為LED顯示，監控參數（shù）豐富；鍵盤布局簡潔、操作方便；

　　2、溫度/溫差傳感器為數字雙屏LED顯示，溫度參數設定方便，易於監控；

　　3、變頻器有過流、過載、過（guò）壓、過熱等多種電子（zǐ）保護裝置，並具有豐（fēng）富的故障報警輸（shū）出功能（néng），可有（yǒu）效保護供（gòng）水係統的正（zhèng）常運作；

　　4、加裝變頻器後，電機具有軟啟動及無極調速功能，可使水泵和電機的機械（xiè）磨損大為降低，延長管組壽（shòu）命；

　　5、  變頻器（qì）內部裝有大容量濾波電容，可有效提高用電設備的功率因數（shù）；

　　6、  該係統實現了對溫度的PID閉環調節，室內溫度變化平穩，人體（tǐ）感覺舒適（shì）。

　　█總結

　　將變頻（pín）技術應用於中央空調係統，對提（tí）升中央空調自（zì）動化水平、降低能耗、減少對電網的衝擊、延長機械及管網的使（shǐ）用壽命，都具有重要的意義。