中央空調（diào）節能設備

　　█前言

　　中央空調是現代大廈物業、賓館、商場不可缺少的設施，它能帶（dài）給人們四（sì）季如春，溫（wēn）馨舒適的每一天，由於中（zhōng）央空調功率大，耗能大（dà），加上設計上存在“大（dà）馬拉小車”的現（xiàn）象，支付中央空（kōng）調所用電（diàn）費是用戶一項巨大的開支。因為季節的變化（huà）、晝夜的（de）變化、賓館酒樓（lóu）客人入住率的變化、娛樂場所開放時間的變化等（děng）等，從而導致中央（yāng）空調係統對（duì）室內熱（rè）源吸收量的（de）變化，再加之工（gōng）藝設計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（pín）技術引入中（zhōng）央空調係統，保持室內（nèi）恒溫（wēn），對（duì）其進行的節能改（gǎi）造是降本增效的一條捷徑。

　　█中（zhōng）央空調係統如圖1所示為一典型中（zhōng）央空調（diào）機組係統圖，主要由冷（lěng）凍水循（xún）環係統、冷（lěng）卻水循（xún）環係統（tǒng）及主機三部分組（zǔ）成：

　　●冷凍水循環係（xì）統該部分由冷凍泵（bèng）、室內風機及冷凍水管道等（děng）組成。從主機蒸發器（qì）流出的低溫冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道（出水），進入室內進行熱交換，帶走房間內的熱量，最後回到（dào）主機（jī）蒸發器（回水）。室內風機用於將空氣（qì）吹過（guò）冷凍水管道，降低（dī）空氣溫度，加速室內熱交（jiāo）換。

　　●冷（lěng）卻水循環部分

　　該部分由冷卻泵、冷卻水管道、冷卻水塔及冷凝器（qì）等組成。冷凍水循環係統進行（háng）室（shì）內熱交換的同時，必將帶走室內大量的熱能。該熱能通過主機內的冷媒傳遞（dì）給冷卻水，使冷卻水溫（wēn）度升高（gāo）。冷卻泵將升溫後的冷卻（què）水（shuǐ）壓入冷卻水塔（出水），使之與大氣進行（háng）熱交（jiāo）換，降低溫度後再送（sòng）回主機（jī）冷凝器（qì）（回水）。

　　●主（zhǔ）機主機部分由壓（yā）縮機、蒸發器、冷凝器（qì）及冷媒（製冷（lěng）劑（jì））等組成，其工作循環過程如下：

　　首（shǒu）先低壓氣態冷媒被壓縮機加壓進（jìn）入冷凝器並逐漸（jiàn）冷凝成高壓液體。在冷凝過程中冷（lěng）媒會（huì）釋（shì）放出大量熱能，這部分熱能被冷凝器中（zhōng）的冷卻水吸收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液態冷（lěng）媒在流經蒸發（fā）器（qì）前的節流降壓裝置（zhì）時（shí），因為壓力的突變而（ér）氣化，形成氣液混合物進入（rù）蒸發（fā）器（qì）。冷媒在蒸發器中不（bú）斷氣化，同（tóng）時會吸收冷凍水中（zhōng）的熱量使其達到較低溫度。最後，蒸發器中氣化後（hòu）的（de）冷媒又變成了低壓氣體，重新進入（rù）了壓縮機，如（rú）此（cǐ）循（xún）環往複。

　　█節能理論

　　●中央空調節能改造前（qián）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（fù）荷（hé）選定的，都留有一定設計餘量。由於四季氣（qì）候及晝夜溫差變化，中央空調工作時的熱負荷總是（shì）不斷變化。下圖2為一民用建築物的平均熱負荷情況（kuàng）：

　　█前言

　　中央空調是現代大廈物（wù）業（yè）、賓館、商場不可缺少的設施，它能帶給人們四季如春，溫馨（xīn）舒適的每一天，由於中央空調功率大，耗能大（dà），加上設計上存在“大（dà）馬拉小車”的現象，支付中央空調所用電費（fèi）是用（yòng）戶一項巨大的（de）開支。因為季節的變化、晝夜的（de）變化、賓館酒樓客人入住率的變化、娛樂場所開放時間的變化等等，從而導致中央空調係統對室內熱源吸收量的變化，再加之工藝設計上電機功率設計有相（xiàng）當的富裕量，因此（cǐ），存在明顯的節電空間。將變（biàn）頻技術引入（rù）中央空調係統，保（bǎo）持室內恒溫，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

　　圖1所示為一典（diǎn）型中央空調機組係統圖，主要由（yóu）冷凍水循環係統、冷卻水循環係統及主（zhǔ）機三部（bù）分組（zǔ）成（chéng）：

　　●冷凍水循環係統

　　該部分由（yóu）冷凍泵、室內風機及冷凍水管（guǎn）道等組成。從主機（jī）蒸發器（qì）流出的（de）低溫冷（lěng）凍水由（yóu）冷（lěng）凍泵加壓送入冷凍水（shuǐ）管道（出（chū）水（shuǐ）），進入室內進行熱（rè）交換，帶走房間內的熱量，最後回到主機蒸發器（回（huí）水）。室（shì）內風機用於將空氣吹過冷凍水管道，降低空氣（qì）溫度，加（jiā）速室內熱交換。

　　●冷卻水循環部分

　　該（gāi）部分由冷卻泵、冷卻水管道、冷卻水塔及冷凝器等組成。冷凍水循環係統進行室內熱交換的同（tóng）時，必將帶走室內大量的熱（rè）能。該熱（rè）能通過主機內的冷（lěng）媒傳遞給冷卻水，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將（jiāng）升溫後的冷卻水壓入冷卻水塔（出水（shuǐ）），使之與大氣進（jìn）行熱交換，降低溫度（dù）後再（zài）送回主機冷凝器（回（huí）水）。

　　●主機

　　主機部分由壓縮機、蒸發器、冷凝器及冷（lěng）媒（製冷劑）等組（zǔ）成，其工作循環過程如下：

　　首先低壓氣態冷（lěng）媒被壓縮機加壓進入冷凝器並逐漸冷凝成高壓液體（tǐ）。在冷凝（níng）過程中冷媒會釋放出（chū）大量熱（rè）能，這部（bù）分熱能被冷（lěng）凝器中的冷卻水吸收並送到室外（wài）的冷卻（què）塔上，最（zuì）終釋放到大氣中去。隨後冷凝器（qì）中的高壓液態冷媒在流經蒸發器前的節流（liú）降壓裝置時，因為壓力的突變而氣（qì）化，形成氣（qì）液（yè）混合物進入蒸發器（qì）。冷媒在蒸發器中不斷（duàn）氣化，同時（shí）會吸收冷凍（dòng）水中的熱量使其達到較低溫（wēn）度。最後，蒸發器中氣化後的冷媒又變成（chéng）了低壓氣體（tǐ），重新進入了壓縮機，如（rú）此循環往複。

　　█節能理論

　　●中央（yāng）空調節能改造前的工況

　　在中央空調係統設計（jì）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（hé）選定的，都留有一定設計餘量。由於四季氣候（hòu）及晝夜溫差變化，中（zhōng）央空調工作時的熱負荷總（zǒng）是不斷變化。下圖2為一民用建築物的平均熱負荷情況：

　　如（rú）上圖所示，該中央空調一年中負荷率在50%以下的時間超過了全（quán）部運行（háng）時間的50%。通常冷卻（què）水管路的設計溫差為5～6℃，而實際應用（yòng）表明大部分時間裏冷卻水管（guǎn）路的溫（wēn）差僅為（wéi）2～4℃，這（zhè）說明製（zhì）冷所需的（de）冷凍（dòng）水、冷卻水流量通常都低於設計流量，這樣就形成了中央（yāng）空調低溫（wēn）差、低負荷、大工作流量的工況。

　　在沒有使用節能係統前，工頻供（gòng）電下的水泵（bèng）始終全（quán）速運行，管道（dào）中（zhōng）的供水流量隻能通過閥門或回流方式（shì）調節，這必會產生大量的節（jiē）流及回流損失，同時也增加了電機的負荷，白白消耗了許多電能。

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

　　●節能理論根據

　　由流體力（lì）學理（lǐ）論可知，離心式流體傳輸設備（如（rú）離心式（shì）水泵、風機等）的輸出（chū）流量Q與其轉速n成正比（bǐ）；輸出壓（yā）力P（揚程）與其轉速n的平方成正比；輸出功率N與其轉（zhuǎn）速n的三次（cì）方成正（zhèng）比，用（yòng）數學公式可表示（shì）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（shuǐ）泵的（de）轉速，水（shuǐ）泵的輸出功率（lǜ）就可以下降（jiàng）更多（duō）。如將電機的供電頻率（lǜ）由50Hz降為40Hz，則理論（lùn）上，低頻40Hz與高頻50Hz的輸出功（gōng）率之比為(40/50)3=0.512。

　　實踐（jiàn）證明，在中央空調（diào）係統中接入變頻節能係統，利用變頻技術改變水泵（bèng）轉速來調節管道中的流量，以取代閥門調節及回流方式，能取得明（míng）顯的節能（néng）效果，一般節電率都在30％以上。同時變頻器的軟啟動（dòng）功（gōng）能（néng）及平滑調速的特點可（kě）實現對中（zhōng）央空調的平穩調節，並（bìng）可延長機組及（jí）管組的使用壽命。

　　█節能方案分析

　　中央空調各循環水係統的回水與出水溫度之差，反映了整個係統需要進行的熱交換量。因此，根據回水與出水的溫度差來控製循環水的流量，從（cóng）而控製熱（rè）交換（huàn）的速度，是首選的（de）節能控製方法。

　　●冷（lěng）凍水循環係統

　　冷凍水的出水溫度是由主機的製冷效果決定的（de），通常（cháng）比較穩定（dìng），因此冷（lěng）凍（dòng）回水溫度可以準確的反映室內的熱負荷情（qíng）況。由此，對於冷凍水循環係統的節（jiē）能改造，可以取回水溫度作為控製目標，通過變頻器對（duì）冷凍泵流（liú）量的自動調節來實現對室內溫度的控製。

　　●冷卻水（shuǐ）循環係統

　　冷卻水循環係統同時（shí）受室外環境溫度及室內熱負荷兩方麵影響，循環水管道（dào）單側的水（shuǐ）溫不能準確反映該係統的（de）熱交換量，因此以出水與回水之間的溫差作為控製室（shì）內溫度的依據是合理的節能方（fāng）式。在外界環境溫度不變的情況下，溫差大，說明室內熱負荷較大，應提高冷卻泵（bèng）的轉速，增大冷卻水循環的速度；相應（yīng）的，溫差小（xiǎo）則（zé）減小冷卻泵轉速。

　　●方案結構示意圖

　　根據上述分析，可得出整個節能工程結構示（shì）意圖如圖3所示：

　　由上圖，該節能方案的基（jī）本思路為：

　　分別在（zài）主機蒸發器回（huí）水處、冷凝器出水及回（huí）水處安裝溫度傳感器，實時檢（jiǎn）測管網的溫度，以模擬信號（hào）（0~10V或者4~20mA）反（fǎn）饋給變頻器，通過（guò）變（biàn）頻器內置（zhì）的（de）PID運算輸出相應的頻率指令（lìng）後自動調（diào）節水（shuǐ）泵轉速，從而調節各循環水的熱交換速度，最終實現對室內恒溫度的控製。需要特別說明的是，變頻器內部在設計上集成了溫差反饋處理（lǐ）功能，係統無須另配專用控製模塊。

　　機組

　　機型

　　常用數量（liàng）

　　備用數量

　　總計數量（liàng）

　　中央

　　空調

　　冷凍泵電機

　　45KW（380V）

　　2台

　　1台

　　3台

　　冷卻泵電機

　　75KW（380V）

　　2台

　　1台（tái）

　　3台

　　該方案使用（yòng）CHF100係列通用變頻（pín）器，“市電”“節電”旁路（lù）需（xū）要（yào）另配電控櫃及電氣配件。

　　●變頻節（jiē）能係統特點

　　1、變頻器界麵為LED顯示，監控參數豐富；鍵盤布（bù）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、過壓（yā）、過熱（rè）等多種電子保護裝置，並具有豐富的故障報警輸出功能，可有效（xiào）保護供水係統的（de）正常運作；

　　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（jī）的機械磨損大（dà）為降低，延長管組壽命；

　　5、  變頻器內部裝有大容量濾波（bō）電容，可有效（xiào）提高用電設備的功（gōng）率因數；

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

　　█總（zǒng）結

　　將變頻技術應用於中央空調係統，對提升中央空調自（zì）動化水平、降（jiàng）低能耗（hào）、減少對電網的衝擊、延長機械及（jí）管網的使用壽命，都具有重（chóng）要的意（yì）義。