中央（yāng）空調節能設備

　　█前言

　　中央空調是現代大廈物業、賓館、商（shāng）場不可缺少的設施（shī），它（tā）能帶給人們四季如春，溫馨舒適（shì）的每一天，由於中央空調功（gōng）率大，耗能大，加上設計上存在“大馬拉（lā）小車”的現象，支付中央空調所用電費是用戶一項巨大的開支。因為（wéi）季節（jiē）的變化、晝夜的變化、賓館酒樓客人入住率的（de）變化、娛樂場所開放時間的變化等等（děng），從（cóng）而導致中央空調係統對室（shì）內熱源吸收量的變化（huà），再加之工藝設計上電機（jī）功率設計有相當的富裕量，因此，存在明顯（xiǎn）的（de）節電空間。將變頻技（jì）術（shù）引入中央空調係統，保持室內（nèi）恒溫，對（duì）其進行的節能改造是降本（běn）增效的一條捷徑。

　　█中央空調係統如圖1所示為一典型（xíng）中央空（kōng）調機組係統圖，主要由冷凍水循環係統、冷卻水循環係統及主機三部分（fèn）組（zǔ）成：

　　●冷凍（dòng）水循環係統該部分由冷（lěng）凍泵（bèng）、室內風（fēng）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（sòng）入冷（lěng）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）主機蒸發器（回水）。室內風機用於將空氣吹過冷凍水管道，降低空氣溫（wēn）度（dù），加速室內（nèi）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（lěng）凍水循（xún）環係統進行室內熱（rè）交換（huàn）的同時，必將帶走（zǒu）室（shì）內大（dà）量的熱能。該熱能通過（guò）主機內的冷媒傳遞給冷卻（què）水，使冷卻水溫（wēn）度升高。冷卻泵將升溫後的冷卻水壓入冷卻水塔（出水），使之與大氣進行熱交（jiāo）換，降低溫度後再送回主（zhǔ）機冷凝器（回水）。

　　●主機主機（jī）部分由壓縮機、蒸發器、冷凝器（qì）及冷媒（製冷劑）等組成，其（qí）工作循環過程如（rú）下：

　　首先低壓氣態冷媒被壓縮機加壓（yā）進入冷凝器並逐漸冷凝成（chéng）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並送到室外的冷卻塔（tǎ）上，最終釋放到大氣（qì）中去。隨後冷凝器中（zhōng）的高壓液態冷媒在流（liú）經蒸發器前的節（jiē）流降（jiàng）壓裝置時，因為壓力的突變而（ér）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（huà），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（zhōng）氣化後的（de）冷媒又變成（chéng）了低壓（yā）氣體，重新進（jìn）入了壓縮（suō）機，如此循環往複。

　　█節能理論

　　●中央空調節能改造前（qián）的工（gōng）況在（zài）中央空調係統設計時，冷凍（dòng）泵、冷卻泵的電機容（róng）量（liàng）是根據建築物的最大設計熱負（fù）荷選定的，都留有一定（dìng）設計餘量。由於（yú）四季氣候及晝夜溫差（chà）變化，中央空調工作時的熱負荷總是不斷變化（huà）。下圖（tú）2為一（yī）民用建築物的（de）平均熱負荷情況：

　　█前言

　　中央空調是現代大廈物業、賓館、商場不可缺少的（de）設施，它能帶給人們四（sì）季如春，溫馨舒適的每一天，由於中（zhōng）央空調功率大，耗能大，加上設計（jì）上存在（zài）“大（dà）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支。因為季節的變化、晝夜的變化、賓館酒樓客人入住（zhù）率的變化、娛樂（lè）場所開放時間的變化（huà）等等（děng），從而導致（zhì）中央（yāng）空調係統對室內熱源吸收量的變化，再加之工（gōng）藝設計（jì）上（shàng）電機功率設計有相當的富裕量（liàng），因此，存在明顯的節電空間。將變（biàn）頻技術（shù）引入中央空調係統，保持室（shì）內恒溫，對其進行的（de）節（jiē）能改造是降本增效的一條捷徑。

　　█中央空調係統

　　圖1所示為一典型中央空調機（jī）組係統（tǒng）圖，主要由冷凍水循環係統、冷（lěng）卻（què）水（shuǐ）循環係統及主機三部分組成：

　　●冷凍水循環係統

　　該部（bù）分由冷凍泵、室內風機及（jí）冷凍水管道（dào）等組成。從主機蒸發器流出的低溫冷（lěng）凍水由（yóu）冷凍泵加壓送入冷凍水（shuǐ）管道（出水），進入室內進行熱交換，帶走房間（jiān）內的熱量，最後（hòu）回到主機蒸發（fā）器（回水）。室內（nèi）風機用於將空氣吹過冷（lěng）凍水管道，降低空氣溫度，加速室內熱交（jiāo）換。

　　●冷卻水循環部分

　　該部分由冷卻泵、冷卻水管道、冷（lěng）卻水塔及冷凝器等組（zǔ）成。冷凍水循環係統進行室內熱交換的同時，必將帶走室內大（dà）量的熱能。該熱能通過主機內的冷媒傳遞給冷（lěng）卻水，使冷（lěng）卻水溫（wēn）度升高。冷卻泵將（jiāng）升溫後的冷卻水壓入冷卻水塔（出水），使之與大氣進行熱交換，降低溫度後再送回（huí）主（zhǔ）機冷（lěng）凝器（qì）（回水）。

　　●主機

　　主機部分由壓縮機、蒸發（fā）器、冷凝器及冷媒（製冷劑）等組成，其工作循（xún）環過程如下：

　　首先（xiān）低壓氣態冷（lěng）媒被壓縮機加壓（yā）進入冷凝器（qì）並逐漸冷凝成高壓液體。在冷凝過（guò）程中冷媒會釋放出大量熱能，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（dà）氣中去。隨後冷凝器中的高壓液態冷媒在（zài）流經（jīng）蒸發器前的節流降壓（yā）裝置時，因為壓（yā）力（lì）的突變而氣化，形成（chéng）氣液混合物（wù）進入蒸發器。冷媒在蒸發器（qì）中不斷氣化，同時會吸（xī）收冷凍水中的熱量使其達到較低溫度。最後，蒸發器中氣化後的冷媒又變成了低壓氣體，重新進入了壓縮機，如此循（xún）環往複。

　　█節能理（lǐ）論

　　●中央空調節能改造前的工況

　　在中（zhōng）央空調係統設計時，冷（lěng）凍泵、冷（lěng）卻泵（bèng）的電機容量是根據建築物的最大設計（jì）熱負荷選定的，都留有一定設計餘量。由於四季氣候及晝（zhòu）夜溫差變化，中央空調工（gōng）作時的熱（rè）負荷總是不斷變化。下圖2為一民用建築物的平均熱負荷情（qíng）況（kuàng）：

　　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（yùn）行時間的50%。通常（cháng）冷卻水管路的設計（jì）溫差為5～6℃，而實（shí）際應用表明大部分時間裏冷卻水管路的（de）溫差僅為（wéi）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（yàng）就形成了中央（yāng）空調低溫差、低負荷、大工（gōng）作流量的工況。

　　在沒有使用節能係統前，工頻供電下的水泵始（shǐ）終（zhōng）全速運行，管道中的供水流量隻能通過閥（fá）門或回流方式調（diào）節，這（zhè）必（bì）會產生大量的節流及（jí）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（zhōng）央空調水泵電機的耗電量約占中央空調係統總耗（hào）電量的30-40%，故對其進行節（jiē）能改（gǎi）造具有很明顯的節能效果。

　　●節能理論（lùn）根據

　　由流體力學理論可知，離心式流（liú）體傳輸（shū）設備（如離心式水泵、風機等）的輸出流量（liàng）Q與其轉（zhuǎn）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（sù）n的三次方成正比，用數學公式可表示（shì）為：

　　Q＝K1× n

　　P＝K2× n2

　　N＝Q × P＝K3× n3(K1、K2、K3為比例常數)

　　由（yóu）上述（shù）原理可知，降低（dī）水泵的轉速，水泵的輸（shū）出功率（lǜ）就可以下降更多。如將電機的供（gòng）電頻率由50Hz降（jiàng）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，在中央空調係統中接入變頻節能（néng）係統，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（jiē）能效（xiào）果，一般節電（diàn）率都在30％以上。同時變頻器的（de）軟啟動功能及平滑調速（sù）的特點可實現對中央空調的（de）平穩調節（jiē），並（bìng）可延長機組及管組的（de）使用壽命。

　　█節能（néng）方案分（fèn）析

　　中央空調各循環水係統（tǒng）的回水與出水（shuǐ）溫度之差，反（fǎn）映了（le）整個係統需要進行（háng）的熱（rè）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）而控製熱交換的速度，是首選（xuǎn）的節（jiē）能控製方法（fǎ）。

　　●冷（lěng）凍水循環係（xì）統

　　冷（lěng）凍水的出水溫度是由主機的製冷效果決定的，通常比較（jiào）穩定，因此冷凍回水溫度可以準（zhǔn）確的反映室內（nèi）的熱負荷情況。由此，對於冷凍水循環係統的節能改造，可以取回水（shuǐ）溫度作為控製目標，通過變頻器對冷凍泵流量的自動調節來實現對室內溫（wēn）度（dù）的控製。

　　●冷卻（què）水循環（huán）係統

　　冷（lěng）卻水循環係統同時受室外環境溫度及室內熱負荷兩方麵影（yǐng）響，循（xún）環水管道單側的水溫不能準確反（fǎn）映該係統的熱交換量，因（yīn）此以（yǐ）出水（shuǐ）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（zài）外界（jiè）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（lěng）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。

　　●方案結構示意圖（tú）

　　根據上（shàng）述分析，可（kě）得出整個節能工程（chéng）結構示意圖（tú）如圖3所示：

　　由上圖，該節能方案的基本思路為：

　　分別在（zài）主機蒸發器回水處、冷凝（níng）器出水（shuǐ）及回水處安裝溫度（dù）傳感器，實時檢測管網的溫（wēn）度，以模擬信號（0~10V或（huò）者4~20mA）反饋給變頻器，通過變頻器內置的PID運算（suàn）輸出相應的頻率指令後自動調節水泵轉速，從而調節各循環水的熱交換（huàn）速度，最終實現對室內恒（héng）溫度的控製。需要特別說明（míng）的是（shì），變頻器內部在設計（jì）上集成了溫差反（fǎn）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

　　備用數量

　　總計數量

　　中央（yāng）

　　空（kōng）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

　　3台

　　該方案使用CHF100係列通用變頻器，“市（shì）電”“節電”旁路需要另配電控櫃及電氣配件。

　　●變頻節能係（xì）統特點

　　1、變頻（pín）器界麵為LED顯示，監控參數豐富；鍵盤布（bù）局簡（jiǎn）潔、操作方便；

　　2、溫度/溫差傳感（gǎn）器為數字（zì）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（rè）等多種電子保護裝置，並具有豐富的故（gù）障報警輸出功能，可（kě）有效保護供水係統的正常運作；

　　4、加裝變頻器後（hòu），電機具有軟啟動及無（wú）極調速功能，可（kě）使水泵和電機的機械磨損大為降低，延（yán）長管（guǎn）組壽命；

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

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

　　█總結

　　將變（biàn）頻技術應用於中央空調係（xì）統，對提升中央空調自動化水（shuǐ）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（jù）有重要的意義。