中央空調(diào)變頻改造
產(chǎn)品概述：
中央空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷是隨天氣狀況逐漸變化的，在中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的大部分時(shí)間內(nèi)都是工作在部分負(fù)荷狀態(tài)下，但相對于變化的負(fù)荷，空調(diào)系統(tǒng)中水泵、風(fēng)機(jī)的選型都是根據(jù)系統(tǒng)的最大負(fù)荷來選擇的，同時(shí)水泵、風(fēng)機(jī)配用電機(jī)的功率往往大于其所需要實(shí)際功率。當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)處于部分負(fù)荷時(shí)，水泵、風(fēng)機(jī)還一直運(yùn)行在工頻滿負(fù)荷狀態(tài)，這樣就造成了電能浪費(fèi)。中央空調(diào)主機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)多參量、非線形、時(shí)變性的復(fù)雜系統(tǒng)，由于空調(diào)負(fù)荷的頻繁波動(dòng)，必然造成水循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行參量偏離空調(diào)主機(jī)的最佳工作狀態(tài)，導(dǎo)致主機(jī)熱轉(zhuǎn)換效率（COP值）降低，系統(tǒng)長期在低效率狀態(tài)下運(yùn)行，也會(huì)增加系統(tǒng)的能源消耗。因此，改善水泵運(yùn)行工況，使之與使用要求合理統(tǒng)一，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，具有非常重要意義，而且通常具有比較好的節(jié)電條件。最有效的節(jié)能措施之一就是采用變頻調(diào)速技術(shù)來調(diào)節(jié)流量。
◆中央空調(diào)系統(tǒng)
圖1所示為一典型中央空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)圖，主要由冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)及主機(jī)三部分組成：
●冷凍水循環(huán)系統(tǒng)
該部分由冷凍泵、室內(nèi)風(fēng)機(jī)及冷凍水管道等組成。從主機(jī)蒸發(fā)器流出的低溫冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道（出水），進(jìn)入室內(nèi)進(jìn)行熱交換，帶走房間內(nèi)的熱量，最后回到主機(jī)蒸發(fā)器（回水）。室內(nèi)風(fēng)機(jī)用于將空氣吹過冷凍水管道，降低空氣溫度，加速室內(nèi)熱交換。
●冷卻水循環(huán)部分
該部分由冷卻泵、冷卻水管道、冷卻水塔及冷凝器等組成。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)熱交換的同時(shí)，必將帶走室內(nèi)大量的熱能。該熱能通過主機(jī)內(nèi)的冷媒傳遞給冷卻水，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升溫后的冷卻水壓入冷卻水塔（出水），使之與大氣進(jìn)行熱交換，降低溫度后再送回主機(jī)冷凝器（回水）。
●主機(jī)
主機(jī)部分由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器及冷媒（制冷劑）等組成，其工作循環(huán)過程如下：
首先低壓氣態(tài)冷媒被壓縮機(jī)加壓進(jìn)入冷凝器并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，這部分熱能被冷凝器中的冷卻水吸收并送到室外的冷卻塔上，最終釋放到大氣中去。隨后冷凝器中的高壓液態(tài)冷媒在流經(jīng)蒸發(fā)器前的節(jié)流降壓裝置時(shí)，因?yàn)閴毫Φ耐蛔兌鴼饣?，形成氣液混合物進(jìn)入蒸發(fā)器。冷媒在蒸發(fā)器中不斷氣化，同時(shí)會(huì)吸收冷凍水中的熱量使其達(dá)到較低溫度。最后，蒸發(fā)器中氣化后的冷媒又變成了低壓氣體，重新進(jìn)入了壓縮機(jī)，如此循環(huán)往復(fù)。
◆節(jié)能理論
●中央空調(diào)節(jié)能改造前的工況
在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，冷凍泵、冷卻泵的電機(jī)功率是根據(jù)最大設(shè)計(jì)熱負(fù)荷選定的，并超出10%左右。但由于四季氣候及晝夜溫差變化和使用量的變化，因而要求中央空調(diào)的熱負(fù)荷也是不斷變化的。在日常生活中，中央空調(diào)一年中負(fù)荷率在50%以下的時(shí)間超過了全部運(yùn)行時(shí)間的50%。通常冷卻水管路的設(shè)計(jì)溫差可達(dá)為5～6℃，而實(shí)際應(yīng)用表明大部分時(shí)間里冷卻水管路的溫差僅為2～4℃，這也就說明在實(shí)際中，并不需要這么大流量的水參與循環(huán)，就可以滿足其熱交換，這樣無疑就形成了中央空調(diào)低溫差、低負(fù)荷、大工作流量的工況。在沒有使用節(jié)能系統(tǒng)前，工頻供電下的水泵始終全速運(yùn)行，管道中的供水流量只能通過閥門或回流方式調(diào)節(jié)，這必會(huì)產(chǎn)生大量的節(jié)流及回流損失，同時(shí)也增加了電機(jī)的負(fù)荷，白白消耗了許多電能。而中央空調(diào)水泵電機(jī)的耗電量約占中央空調(diào)系統(tǒng)總耗電量的30-40%，故對其進(jìn)行節(jié)能改造具有很明顯的節(jié)能效果。
●節(jié)能理論根據(jù)
由流體力學(xué)理論可知，離心式流體傳輸設(shè)備的輸出流量Q與其轉(zhuǎn)速n成正比；輸出壓力P（揚(yáng)程）與其轉(zhuǎn)速n的平方成正比；輸出功率N與其轉(zhuǎn)速n的三次方成正比，根據(jù)數(shù)學(xué)公式可知，降低水泵的轉(zhuǎn)速，水泵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的輸出功率之比為(40/50)3=0.512。
實(shí)踐證明，在中央空調(diào)系統(tǒng)中接入變頻節(jié)能系統(tǒng)，利用變頻技術(shù)改變水泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)管道中的流量，以取代閥門調(diào)節(jié)及回流方式，能取得明顯的節(jié)能效果，一般節(jié)電率都在50%左右。同時(shí)變頻器的軟啟動(dòng)功能及平滑調(diào)速的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)對中央空調(diào)的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，并可延長機(jī)組及管組的使用壽命。
◆節(jié)能方案
中央空調(diào)各循環(huán)水系統(tǒng)的回水與出水溫度之差，反映了整個(gè)系統(tǒng)需要進(jìn)行的熱交換量。因此，根據(jù)回水與出水的溫度差來控制循環(huán)水的流量，從而控制熱交換的速度，是首選的節(jié)能控制方法。
●冷凍水循環(huán)系統(tǒng)
冷凍水的出水溫度是由主機(jī)的制冷效果決定的，通常比較穩(wěn)定，因此冷凍回水溫度可以準(zhǔn)確的反映室內(nèi)的熱負(fù)荷情況。由此，對于冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的節(jié)能改造，可以取回水溫度作為控制目標(biāo)，通過變頻器對冷凍泵流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)溫度的控制。
●冷卻水循環(huán)系統(tǒng)
冷卻水循環(huán)系統(tǒng)同時(shí)受室外環(huán)境溫度及室內(nèi)熱負(fù)荷兩方面影響，循環(huán)水管道單側(cè)的水溫不能準(zhǔn)確反映該系統(tǒng)的熱交換量，因此以出水與回水之間的溫差作為控制室內(nèi)溫度的依據(jù)是合理的節(jié)能方式。在外界環(huán)境溫度不變的情況下，溫差大，說明室內(nèi)熱負(fù)荷較大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水循環(huán)的速度；相應(yīng)的，溫差小則減小冷卻泵轉(zhuǎn)速。
●末端風(fēng)柜系統(tǒng)
中央空調(diào)末端風(fēng)柜耗能量也占有相當(dāng)?shù)谋壤?，其能源亂費(fèi)也不容忽視。我公司對末端風(fēng)柜的改造，是在各主要采樣點(diǎn)安裝溫度傳感器，通過變送技術(shù)傳到控制器，再通過PID的復(fù)雜計(jì)算，控制各風(fēng)機(jī)的工作頻率，從而既能達(dá)到所需要的適當(dāng)溫度，又可節(jié)約不少的能耗。
●冷卻塔散熱系統(tǒng)
冷卻塔散熱系統(tǒng)的工況直接影響其能熱交換的性能，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的能耗，所以對這部分的改造也非常重要。
◆節(jié)能空間
分別在主機(jī)蒸發(fā)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(wǎng)的溫度，以模擬信號(hào)（0~10V或者4~20mA）反饋給變頻器，通過變頻器和PID運(yùn)算輸出相應(yīng)的頻率指令后自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)各循環(huán)水的熱交換速度，最終實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)恒溫度的控制。
