中央空調變頻改造

產品概述：

中央空調系統的負荷是隨天氣狀況逐漸變化的，在中央空調系統運行的大部分時間內都是工作在部分負荷狀態下，但相對于變化的負荷，空調系統中水泵、風機的選型都是根據系統的最大負荷來選擇的，同時水泵、風機配用電機的功率往往大于其所需要實際功率。當空調系統處于部分負荷時，水泵、風機還一直運行在工頻滿負荷狀態，這樣就造成了電能浪費。中央空調主機系統是一個多參量、非線形、時變性的復雜系統，由于空調負荷的頻繁波動，必然造成水循環系統的運行參量偏離空調主機的最佳工作狀態，導致主機熱轉換效率（COP值）降低，系統長期在低效率狀態下運行，也會增加系統的能源消耗。因此，改善水泵運行工況，使之與使用要求合理統一，提高系統運行效率，具有非常重要意義，而且通常具有比較好的節電條件。最有效的節能措施之一就是采用變頻調速技術來調節流量。

◆中央空調系統

圖1所示為一典型中央空調機組系統圖，主要由冷凍水循環系統、冷卻水循環系統及主機三部分組成：

●冷凍水循環系統

該部分由冷凍泵、室內風機及冷凍水管道等組成。從主機蒸發器流出的低溫冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道（出水），進入室內進行熱交換，帶走房間內的熱量，最后回到主機蒸發器（回水）。室內風機用于將空氣吹過冷凍水管道，降低空氣溫度，加速室內熱交換。

●冷卻水循環部分

該部分由冷卻泵、冷卻水管道、冷卻水塔及冷凝器等組成。冷凍水循環系統進行室內熱交換的同時，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），使之與大氣進行熱交換，降低溫度后再送回主機冷凝器（回水）。

●主機

主機部分由壓縮機、蒸發器、冷凝器及冷媒（制冷劑）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進入冷凝器并逐漸冷凝成高壓液體。在冷凝過程中冷媒會釋放出大量熱能，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，因為壓力的突變而氣化，形成氣液混合物進入蒸發器。冷媒在蒸發器中不斷氣化，同時會吸收冷凍水中的熱量使其達到較低溫度。最后，蒸發器中氣化后的冷媒又變成了低壓氣體，重新進入了壓縮機，如此循環往復。

◆節能理論

●中央空調節能改造前的工況

在中央空調系統設計時，冷凍泵、冷卻泵的電機功率是根據最大設計熱負荷選定的，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，因而要求中央空調的熱負荷也是不斷變化的。在日常生活中，中央空調一年中負荷率在50%以下的時間超過了全部運行時間的50%。通常冷卻水管路的設計溫差可達為5～6℃，而實際應用表明大部分時間里冷卻水管路的溫差僅為2～4℃，這也就說明在實際中，并不需要這么大流量的水參與循環，就可以滿足其熱交換，這樣無疑就形成了中央空調低溫差、低負荷、大工作流量的工況。在沒有使用節能系統前，工頻供電下的水泵始終全速運行，管道中的供水流量只能通過閥門或回流方式調節，這必會產生大量的節流及回流損失，同時也增加了電機的負荷，白白消耗了許多電能。而中央空調水泵電機的耗電量約占中央空調系統總耗電量的30-40%，故對其進行節能改造具有很明顯的節能效果。

●節能理論根據

由流體力學理論可知，離心式流體傳輸設備的輸出流量Q與其轉速n成正比；輸出壓力P（揚程）與其轉速n的平方成正比；輸出功率N與其轉速n的三次方成正比，根據數學公式可知，降低水泵的轉速，水泵的輸出功率就可以下降更多。如將電機的供電頻率由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。

實踐證明，在中央空調系統中接入變頻節能系統，利用變頻技術改變水泵轉速來調節管道中的流量，以取代閥門調節及回流方式，能取得明顯的節能效果，一般節電率都在50%左右。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空調的平穩調節，并可延長機組及管組的使用壽命。

◆節能方案

中央空調各循環水系統的回水與出水溫度之差，反映了整個系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制循環水的流量，從而控制熱交換的速度，是首選的節能控制方法。

●冷凍水循環系統

冷凍水的出水溫度是由主機的制冷效果決定的，通常比較穩定，因此冷凍回水溫度可以準確的反映室內的熱負荷情況。由此，對于冷凍水循環系統的節能改造，可以取回水溫度作為控制目標，通過變頻器對冷凍泵流量的自動調節來實現對室內溫度的控制。

●冷卻水循環系統

冷卻水循環系統同時受室外環境溫度及室內熱負荷兩方面影響，循環水管道單側的水溫不能準確反映該系統的熱交換量，因此以出水與回水之間的溫差作為控制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況下，溫差大，說明室內熱負荷較大，應提高冷卻泵的轉速，增大冷卻水循環的速度；相應的，溫差小則減小冷卻泵轉速。

●末端風柜系統

中央空調末端風柜耗能量也占有相當的比例，其能源亂費也不容忽視。我公司對末端風柜的改造，是在各主要采樣點安裝溫度傳感器，通過變送技術傳到控制器，再通過PID的復雜計算，控制各風機的工作頻率，從而既能達到所需要的適當溫度，又可節約不少的能耗。

●冷卻塔散熱系統

冷卻塔散熱系統的工況直接影響其能熱交換的性能，從而影響整個系統的能耗，所以對這部分的改造也非常重要。

◆節能空間

分別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，實時檢測管網的溫度，以模擬信號（0~10V或者4~20mA）反饋給變頻器，通過變頻器和PID運算輸出相應的頻率指令后自動調節水泵轉速，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制。