中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方案及原理

　　[導(dǎo)讀]中央空調(diào)是現(xiàn)代大廈物業(yè)、賓館、商場不可缺少的設(shè)施，由于中央空調(diào)功率大，耗能大，加上設(shè)計上存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，支付中央空調(diào)所用電費(fèi)是用戶一項(xiàng)巨大的開支。貴酒店的制冷系統(tǒng)保持整棟大廈內(nèi)恒溫。因?yàn)榧竟?jié)的變化，晝夜的變化，還有賓館酒樓客人入住率的變化以及娛樂場所開放時間的變化，這樣該系統(tǒng)制冷量具有很明顯的需求變化，加之工藝設(shè)計上電機(jī)功率設(shè)計有相當(dāng)?shù)母辉Ａ俊?/span>

　　中央空調(diào)是現(xiàn)代大廈物業(yè)、賓館、商場不可缺少的設(shè)施，由于中央空調(diào)功率大，耗能大，加上設(shè)計上存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，支付中央空調(diào)所用電費(fèi)是用戶一項(xiàng)巨大的開支。貴酒店的制冷系統(tǒng)保持整棟大廈內(nèi)恒溫。因?yàn)榧竟?jié)的變化，晝夜的變化，還有賓館酒樓客人入住率的變化以及娛樂場所開放時間的變化，這樣該系統(tǒng)制冷量具有很明顯的需求變化，加之工藝設(shè)計上電機(jī)功率設(shè)計有相當(dāng)?shù)母辉Ａ俊Ｋ约幼冾l節(jié)能改造是十分必要和有明顯節(jié)電效果的。隨著變頻技術(shù)的成熟和發(fā)展，“一天的電費(fèi)用兩天的電”不再是天方夜譚。對中央空調(diào)進(jìn)行節(jié)能改造是降本增效的一條捷徑。

　　■ 節(jié)能改造的對象

　　中央空調(diào)系統(tǒng)的工作過程是一個不斷地進(jìn)行熱交換的能量轉(zhuǎn)換過程。冷卻水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是能量的主要傳遞者。因此，對冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制便是中央空調(diào)控制系統(tǒng)的重要組成部分，也是節(jié)能改造的對象。

　　1、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)

　　由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍主機(jī)流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，通過各房間的盤管，帶走房間內(nèi)的熱量，使房間內(nèi)的溫度下降，同時，房間內(nèi)的熱量被冷凍水吸收，使冷凍水的溫度升高。溫度升高了的循環(huán)水經(jīng)冷凍主機(jī)后又成為冷凍水，如此循環(huán)不已。

　　從冷凍主機(jī)流出，進(jìn)入房間的冷凍水簡稱為“出水”，流經(jīng)所有房間后回到冷凍主機(jī)的冷凍水簡稱為“回水”。無疑回水的溫度將高于出水的溫度形成溫差。

　　2、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

　　冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍主機(jī)在進(jìn)行熱交換、使水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換。然后再將降溫了的冷卻水，送回到冷凍機(jī)組。如此不斷循環(huán)，帶走了冷凍主機(jī)釋放的熱量。

　　流進(jìn)冷凍主機(jī)的冷卻水簡稱為“進(jìn)水”，從冷凍主機(jī)流回冷卻塔的冷卻水簡稱為“回水”。同樣，回水的溫度將高于進(jìn)水的溫度形成溫差。

　　■ 節(jié)能原理

　　1、變頻調(diào)速節(jié)能

　　冷凍水泵和冷卻水泵都是傳送流體的裝置，這類負(fù)載消耗的能量與流量的立方成正比，推算可得到能量消耗與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，具體的關(guān)系表達(dá)式：

　　即 Q=K1n; H=K2n2; P=Q×H=K1K2n2=K3n3

　　式中，K為常數(shù)，n為電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

　　又，三相交流異步感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速通常設(shè)在n=120×f×(1-s)/p;式中f為供電頻率，s為滑差率，p為電機(jī)極數(shù)。

　　電機(jī)一旦選定后，S、P基本確定，則n可近似為n=k0f,即與供電頻率成線性正比關(guān)系。

　　則，當(dāng)頻率為50Hz時，n=k0×50轉(zhuǎn)/分，功率P1=K(k0×50)3;當(dāng)頻率為45Hz時，n=k0×45轉(zhuǎn)/分，功率P2=K(k0×45)3。

　　P2/P1=K(k0×45)3/K(k0×50)3×100%=72.9%，由此可見，當(dāng)電源頻率從50Hz降為45Hz時，就可節(jié)約電能達(dá)27.1%。

　　當(dāng)用閥的開度來控制水量的大小時，管阻檔板阻曲線與功率P變化(如圖1)。由曲線1到曲線2，水量減少了，而功率卻沒有減少多少。而通過改變轉(zhuǎn)速n來調(diào)節(jié)流量情況就不同了(如圖2)。

　　調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時H-Q曲線由曲線1到曲線2，閥的開度100%時，管阻曲線不變，功率節(jié)省了很多。節(jié)省量，其中n1為調(diào)節(jié)前的轉(zhuǎn)速，其中n2為調(diào)節(jié)后的轉(zhuǎn)速。

　　上述推算，可得到一個定性的概念。也就是說，對于一個傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，由于空調(diào)設(shè)備均按設(shè)計工程選配，絕大多數(shù)時間設(shè)備均在低負(fù)荷情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣無用功耗掉很大一部分能量。如果改由節(jié)能器進(jìn)行變速驅(qū)動，可能此時電機(jī)只需以5Hz的速度運(yùn)轉(zhuǎn)就能滿足對整個系統(tǒng)溫度控制要求。根據(jù)上面的理論推算可知，實(shí)際節(jié)能就可高達(dá)27.1%。

　　2、軟啟動節(jié)能

　　由于電機(jī)全壓啟動時，空載啟動電流等于(3～7)倍于額定電流，因此通常在帶載電機(jī)啟動時，會對電機(jī)和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，導(dǎo)致對電網(wǎng)容量要求過高，而且啟動時對設(shè)備產(chǎn)生的大電流和震動對設(shè)備極為不利;而啟、停時，大錘效應(yīng)極易造成管道破裂，采用節(jié)能的軟啟動功能將會使啟動電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定電流實(shí)現(xiàn)電機(jī)真正意義上的軟啟動。不但減少了對電網(wǎng)和管網(wǎng)的沖擊，且能延長設(shè)備使用壽命，減少設(shè)備維修費(fèi)用。

　　■ 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能方案

　　1、節(jié)能控制的主要依據(jù)

　　冷卻水的進(jìn)水溫度也就是冷卻水塔內(nèi)水的溫度，它取決于環(huán)境溫度和冷卻風(fēng)的工作情況;回水溫度主要取決于冷凍主機(jī)的發(fā)熱情況，但還和進(jìn)水溫度有關(guān)。

　　(1)溫度控制

　　在進(jìn)行控制時，有兩個基本情況：如果回水溫度太高，將影響冷凍主機(jī)的冷卻效果，為了保護(hù)冷凍主機(jī)，當(dāng)回水的溫度超過一定值后，必須進(jìn)行保護(hù)性跳閘。一般情況下，回水溫度不得超過33℃。因此，根據(jù)回水溫度來決定冷卻水的流量是可取的。即使進(jìn)水和回水的溫度很低，也不允許冷卻水?dāng)嗔?。因此，在設(shè)置節(jié)能器參數(shù)時，需預(yù)置一個下限頻率。

　　綜合起來，即是：當(dāng)回水溫度較低時，冷卻泵以下限轉(zhuǎn)速運(yùn)行;當(dāng)回水溫度較高時，冷卻泵的轉(zhuǎn)速也逐漸升高，而當(dāng)回水溫度升高到某一設(shè)定值(如32℃)時，應(yīng)該采取進(jìn)一步措施;或增加冷卻泵的運(yùn)行臺數(shù)，或增加水塔冷卻風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺數(shù)。

　　(2)溫差控制

　　溫差量能反映冷凍主機(jī)的發(fā)熱情況、體現(xiàn)冷卻效果的是回水溫度T0與進(jìn)水Ti之間的“溫差”△t,因?yàn)闇夭畹拇笮》从沉死鋮s水從冷凍主機(jī)帶走的熱量，所以，把溫差△t作為控制的主要依據(jù)，通過變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)溫差控制是可取的。即：溫差大，說明主機(jī)產(chǎn)生的熱量多，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速、加快冷卻水的循環(huán)，反之，溫差小，說明主機(jī)產(chǎn)生的熱量少，可以適當(dāng)降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速、減緩冷卻水的循環(huán)。

　　實(shí)際運(yùn)行表明，把溫差值控制在3～5℃的范圍內(nèi)是比較適宜的。

　　溫差與進(jìn)水溫度的綜合控制

　　由于進(jìn)水溫度是隨環(huán)境溫度而改變的，因此，把溫差恒定為某值并非上策。因?yàn)?，?dāng)我們采用節(jié)能器時，所考慮的不僅僅是冷卻效果，還必須考慮節(jié)能效果。具體地說，則：溫差值定低了，水泵的平均轉(zhuǎn)速上升，影響節(jié)能效果;溫差值定高了，在進(jìn)水溫度偏高時，又會影響冷卻效果。實(shí)踐表明，根據(jù)進(jìn)水溫度來隨時調(diào)整溫差的大小是可取的。即：進(jìn)水溫度低時，應(yīng)主要著眼于節(jié)能效果，控制溫差可是當(dāng)?shù)馗咭稽c(diǎn);而在進(jìn)水溫度高時，則必須保證冷卻效果，控制溫差應(yīng)低一些。

　　(3)控制方案

　　根據(jù)以上介紹的情況，考慮到節(jié)能和制冷的綜合效果，節(jié)能器將利用溫差控制為主，回水溫度控制為輔來控制冷卻水系統(tǒng)。根據(jù)具體情況，用一臺節(jié)能器控制一臺電機(jī)或一臺節(jié)能器切換控制二臺互為備用電機(jī)，具體方式是:用傳感器采集冷卻水進(jìn)水和出水溫度，PID將溫差量變?yōu)槟M量反饋給中央處理器，然后由中央處理器控制節(jié)能器輸出為設(shè)定的低頻值，電機(jī)轉(zhuǎn)速減慢，水流量減少;當(dāng)溫度較高時，冷凍機(jī)組有更多的熱量需要帶走，這時中央處理器使節(jié)能器輸出為設(shè)定的較高頻率值，電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，水流量增加，帶走更多的熱量。如果冷卻水的回水溫度超過32℃時(可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定)，節(jié)能器優(yōu)先以較高頻運(yùn)行。這樣能夠根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時需要，提供合適的流量，不會造成電能浪費(fèi)。