中央空（kōng）調節能設備

　　█前言

　　中央空調是現代大廈物業、賓館、商場（chǎng）不可缺少的設施，它（tā）能帶給人們四季如春，溫馨舒適（shì）的每一天，由於中央空調功率（lǜ）大，耗能大，加上設計上存在“大馬拉小車”的現象，支付中央空調所用電（diàn）費是用戶一項巨大的（de）開支。因為季節的變化、晝夜的變化、賓館酒樓客（kè）人入住率的變（biàn）化（huà）、娛樂場所開（kāi）放時間的變化等等，從而導致中央空調係（xì）統對室內熱源吸收量的變化，再加之工藝設計（jì）上電機功（gōng）率設計有相當的（de）富裕量，因此，存在明顯的節電空間。將變（biàn）頻技術引入中央空調（diào）係統，保持室內恒溫，對其進行的節能改造是降本增效的一條捷（jié）徑。

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

　　●冷凍水（shuǐ）循（xún）環係統（tǒng）該部分由冷凍泵、室內風機及冷凍（dòng）水管道等組成。從主（zhǔ）機蒸發器流出的低（dī）溫冷凍水由冷凍（dòng）泵（bèng）加壓送入冷凍水管道（dào）（出水），進入（rù）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（回水）。室內風機（jī）用（yòng）於將空氣吹過冷凍水管（guǎn）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（què）水（shuǐ）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（de）同時（shí），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（què）水，使冷卻水溫度升高。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換，降低溫度（dù）後再送（sòng）回主機冷（lěng）凝器（回水）。

　　●主機主機部分由壓縮機、蒸發器、冷凝器及冷媒（製冷劑）等組成，其工作（zuò）循環過程如下：

　　首先低壓氣態冷媒被壓縮機加（jiā）壓進入冷凝器並逐漸冷（lěng）凝（níng）成高壓液體。在冷凝（níng）過程中冷媒會釋放出大量熱能，這部分（fèn）熱能被冷凝器中的冷卻水吸收並送到室外（wài）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）媒在流經蒸發器前的節流降壓裝置時（shí），因為（wéi）壓力的突變而氣化，形成氣液混合物（wù）進入蒸發器。冷（lěng）媒在（zài）蒸發器中不斷氣化，同時會吸（xī）收冷凍水（shuǐ）中的熱量使其達到較低溫度。最後，蒸發器中（zhōng）氣化後的（de）冷媒又變成了低（dī）壓氣體，重新進入了（le）壓縮機（jī），如此循環往複。

　　█節能（néng）理論

　　●中央空調節能改造前的工（gōng）況（kuàng）在（zài）中央（yāng）空調（diào）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（dà）設計熱負荷選定（dìng）的，都留有一定（dìng）設計餘量。由於四季氣候及晝夜溫（wēn）差變化，中央空調工作時的熱負荷總是不斷變化。下圖2為一民用建築物的平均熱負（fù）荷情況：

　　█前言

　　中央空調是現代大廈物業、賓館、商場不可缺少的設施，它能（néng）帶給人們四季如春，溫馨舒適的每（měi）一天（tiān），由於（yú）中央空調功率大，耗能（néng）大，加上（shàng）設計（jì）上存在“大馬拉小車”的現象，支付中央空（kōng）調所（suǒ）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、賓館酒樓客人入住率的變化（huà）、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（xī）收量的變化，再加之工藝設計上電機功率（lǜ）設計有相當的富裕量，因（yīn）此，存（cún）在明顯（xiǎn）的節電空（kōng）間。將變頻技術引入中央空調係統，保持室內恒溫，對其（qí）進行（háng）的（de）節能改造是降（jiàng）本（běn）增效的一（yī）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，主要由冷凍水循環（huán）係統、冷卻水循環係統及主機三部分組成：

　　●冷凍水循環係統

　　該部分由冷凍泵、室內風（fēng）機及冷凍水管道等組（zǔ）成（chéng）。從主機蒸發器流出的低溫冷凍水（shuǐ）由冷凍泵加壓送入冷凍（dòng）水管（guǎn）道（dào）（出水），進入室內進（jìn）行熱交換（huàn），帶走房（fáng）間內的熱量，最後回（huí）到主機（jī）蒸發器（回水）。室內風（fēng）機用於將空氣吹過冷凍水管道，降低空氣溫度，加速室內熱交換。

　　●冷（lěng）卻（què）水循環（huán）部分

　　該部分由冷卻（què）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時，必將帶（dài）走室內大量的熱能。該熱能通過主機內的（de）冷媒傳遞給冷卻水（shuǐ），使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升溫後的（de）冷卻水壓入（rù）冷卻（què）水塔（出水），使之與大氣進行熱交換，降低溫度後再送回主機冷凝器（回水）。

　　●主機

　　主機部（bù）分由壓縮機、蒸發器（qì）、冷凝器及冷媒（製（zhì）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並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（níng）器中（zhōng）的（de）冷卻水吸收並（bìng）送到室外的冷卻（què）塔上，最終釋放（fàng）到（dào）大氣中去。隨後（hòu）冷凝器中的高（gāo）壓液態冷媒在流經（jīng）蒸發器前的節流降壓（yā）裝（zhuāng）置（zhì）時，因為壓力的突（tū）變而氣（qì）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（huì）吸收冷凍水（shuǐ）中的熱量使其達到（dào）較低溫度。最（zuì）後，蒸（zhēng）發器中氣化後的冷媒又（yòu）變成了低壓氣體，重新進入了壓縮機，如此循（xún）環往（wǎng）複。

　　█節能理論

　　●中央空調節能改造前（qián）的（de）工況

　　在中央空調（diào）係統（tǒng）設計時，冷凍（dòng）泵、冷卻泵的電機容（róng）量是根據建築物的最（zuì）大設計（jì）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，中央空調工作時的（de）熱負荷總是不斷變化。下圖2為一民用建築物的平均熱負荷情況：

　　如上圖所示，該中央空調一年中負荷率在50%以下的（de）時間超過了全部運行時間的50%。通常（cháng）冷卻水管路的設計（jì）溫差為5～6℃，而實際應用表明大部分時間裏冷卻（què）水管路的溫差僅為2～4℃，這說明製冷所需的冷凍（dòng）水、冷卻（què）水流量通常都低於設計流量，這樣就形成了中央空調低溫差（chà）、低負荷（hé）、大工作流量的工況。

　　在沒有使用節能（néng）係統前，工頻供電下的水泵始終全速（sù）運行，管（guǎn）道中（zhōng）的供水流（liú）量隻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。

　　中央空調水泵電（diàn）機的耗（hào）電（diàn）量約占中（zhōng）央空調係（xì）統總耗電（diàn）量（liàng）的30-40%，故（gù）對其進行（háng）節能改（gǎi）造具有很明顯的節（jiē）能效果。

　　●節能理論根據

　　由流體力（lì）學理論可知，離心式流體傳輸設備（如離心式水泵（bèng）、風機等）的輸出（chū）流（liú）量Q與其（qí）轉速n成正比；輸出壓力P（揚程（chéng））與其轉速n的平方成正比；輸出功率N與其轉速n的三次（cì）方成正比，用數學公式可表示為：

　　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，降低水泵的轉速（sù），水泵的輸出功率就可以下降更多。如將電機（jī）的供電頻（pín）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，在中央空調係統中接入變頻節能係統，利（lì）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（huí）流方（fāng）式，能取得明顯的節（jiē）能效果，一（yī）般節電率都在30％以上。同時變頻器的軟啟動功能（néng）及平滑調速（sù）的特點可實現（xiàn）對中（zhōng）央空調的平穩調節，並可延長機組及管組的使用壽（shòu）命。

　　█節能方案分析

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

　　●冷凍（dòng）水循環係統

　　冷凍水的出水溫度是由主（zhǔ）機的製冷效果決定的，通常比較穩定（dìng），因此冷凍回（huí）水溫度（dù）可以準（zhǔn）確的反映室內（nèi）的（de）熱負荷情況。由此，對於冷凍水循環係統的節能改（gǎi）造，可以（yǐ）取回（huí）水溫度作為（wéi）控製目（mù）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製。

　　●冷卻水循環係（xì）統

　　冷卻（què）水循環係統（tǒng）同時受室（shì）外環境溫度及室內熱（rè）負荷兩方麵影響，循環水（shuǐ）管道單側的水溫不能準確反映該係統（tǒng）的熱交換量，因此以出水與回水之間的溫（wēn）差作為控製室內溫度的依據是合理的節能方式。在外界環境溫度（dù）不變的情況下，溫差大，說明室內熱負荷較大（dà），應（yīng）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（sù）。

　　●方案結構示意圖

　　根據（jù）上述分析，可得出整（zhěng）個節能工程結構示意（yì）圖如圖3所示：

　　由上圖，該節能方案的基（jī）本思路為：

　　分（fèn）別在主機蒸發器（qì）回水處、冷凝器出水及回水處安裝溫度傳感器，實時檢測（cè）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（pín）器（qì）內（nèi）置的PID運算輸出相（xiàng）應的頻率指令後自動調節水泵轉速，從（cóng）而調節各循環水的熱交換速度，最終實現對室內（nèi）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功（gōng）能，係統無須另配專用控（kòng）製模塊。

　　機組

　　機型

　　常用數量

　　備用數量

　　總計（jì）數（shù）量

　　中（zhōng）央

　　空調（diào）

　　冷凍泵電機

　　45KW（380V）

　　2台（tái）

　　1台

　　3台

　　冷卻泵電機

　　75KW（380V）

　　2台

　　1台（tái）

　　3台

　　該（gāi）方（fāng）案使用CHF100係列（liè）通用變頻器（qì），“市（shì）電”“節電”旁路需要另配電控櫃及電氣配（pèi）件。

　　●變頻節能係統特點

　　1、變頻（pín）器（qì）界（jiè）麵為LED顯示，監控參數（shù）豐富；鍵盤布（bù）局簡潔、操作方（fāng）便；

　　2、溫度/溫差傳感器為數字雙屏LED顯示，溫度參數（shù）設定方便，易於監控；

　　3、變頻器有過（guò）流、過載、過壓、過熱等多種（zhǒng）電子保護（hù）裝置，並具有豐（fēng）富的故障報警輸出功能，可有效保護（hù）供水係統的正常運作；

　　4、加裝變頻器後，電機具有軟啟動及無極調（diào）速功能，可使水泵和電機的機械磨損大為降低，延長管組壽命（mìng）；

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

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

　　█總結

　　將變頻技術應用於中央空調係統（tǒng），對提升中央空（kōng）調自動化水平、降低（dī）能耗（hào）、減少對電網的衝擊、延長機械及管網的使用壽命，都具有（yǒu）重要的意義。