《論文_淺談中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造(定稿)》

1、淺談中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造摘要：利川變頻器和plc的邏輯控制功能及通訊功能，對重要空調(diào)各個系統(tǒng)分析后做出節(jié) 能改造的方案。關(guān)鍵詞：中央空調(diào)變頻技術(shù)plc邏輯控制通訊能力刖s屮央空調(diào)是大廈甲的耗電大戶，正常供暖或供冷季節(jié)每年的電費中空調(diào)耗電占60%左右， 因此中央空調(diào)的節(jié)能改造顯得尤為重要。山于中央空調(diào)系統(tǒng)按最大負荷設(shè)計，并且留10-20%設(shè)計余量，而實際上絕人部分時間空調(diào)是不會運行在滿負荷狀態(tài)下，存在較大的兀 余，所以節(jié)能的潛力很大。另外冷凍丞浪和冷卻水泵不能隨負載變化作出相應(yīng)調(diào)節(jié)運行速度 和合理數(shù)量，只能靠門和旁通來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量與壓差，因此不可避免地存在較大截流損火 和人流量、高壓力、低溫差

2、的現(xiàn)象，從而致使大量電能浪費（冷凍水泵額外負載增多間接造 成冷水機組負荷變大）和造成中央空調(diào)故末端達不到合理效果的情況。本文針對某酒丿占改造項目的自身特點，利用變頻器和plc的控制系統(tǒng)對原項目的中央空調(diào) 系統(tǒng)進行節(jié)能改造，使其更加合理利川能量，對于減少能耗、提高效率具有重要意義。2項目介紹廣東某酒店改造項目節(jié)能改造點如下:1.東樓/西樓的中央空調(diào)z冷凍水泵控制，改造原因：人工通過調(diào)整管阻調(diào)整供應(yīng)冷量，雖 然滿足使川但造成冃人的能量浪費。2.東樓/西樓中央空調(diào)之冷卻水泵控制，改造原因：人工通過調(diào)整管阻調(diào)整冷卻水流量（熱 交換量），雖然滿足使用但造成巨大的能量浪費。3.東樓/西樓的屮央空調(diào)之冷卻塔

3、風(fēng)機控制,改造原因：一是頻繁丿動，沖擊電流大，接觸 器和電機壽命受影響；二是風(fēng)量不能根據(jù)送回水溫度自動調(diào)整而造成能量浪費。4.風(fēng)機盤管冷量交換控制,主要分布點為東樓5號會議廳、天波府和大堂及西樓的保齡球 館、宴會廳、西餐廳、一樓大堂、天堂吧、潮洲城、二樓大堂、東大堂和會議室等地方，改 造原因：目前熱交換和新風(fēng)供給不能根據(jù)人流的多寡作快速調(diào)整，并且溫控不精確（采樣點 在冋風(fēng)口，冬天供暖，熱氣上升，人員活動區(qū)溫度較設(shè)定溫度低；反之，夏天供冷氣，冷氣 下降，人員活動區(qū)溫度較設(shè)定溫度低。5.東樓/西樓的供水系統(tǒng)，改造原因：目前采用人工大帕容調(diào)，市于供水電機功率較大（分 別為55kw和30kw）,大幅容

4、調(diào)除了造成大的功率冗余和能量浪費，同時將會造成供水 不穩(wěn)定、水錘和啟動電流沖擊，嚴重影響管件壽命和供水水質(zhì)。3控制方案及實現(xiàn)方法酒店中央空調(diào)結(jié)構(gòu)分為供暖和供冷兩部分，其中供冷包含冷卻塔，冷水機組，冷凍水泵，冷卻水泵和末端，供暖部分包含熱水泵和加熱器。該小央空調(diào)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示:該屮央空調(diào)的譏i樓配置圖和東樓配置圖分別如圖2和圖3所示:圖 2 西樓配置圖圖 1 屮央空調(diào)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖冷令衆(zhòng)令養(yǎng)總 n*5圖 3 東樓配置圖(1)冷凍機組一般冷凍機組控制系統(tǒng)設(shè)計方式：在冷水機組的供/冋水總管上分別設(shè)一個溫度傳感器(t),在冷凍回水管上設(shè)一個流量計(f),同時將此三種信號輸入到控制器，經(jīng)運算對得出大

5、樓 的冷負荷q=f*at,根據(jù)冷機組的效率曲線，經(jīng)過計算比較，取各種組合中的能耗最小者, 并根據(jù)設(shè)備累計運行時間，進而自動選擇冷機的最佳組合。使系統(tǒng)的總能耗保持在最小值, 以達到最佳節(jié)能的效果。雖然大容調(diào)會產(chǎn)生大的功率冗余大的能量浪費，但從冷水機組的運行特性考慮，在沒有生產(chǎn) 廠家配合處理的情況下不適宜進行變頻改造，故本方案暫不考慮。(2)冷凍泵組/冷卻泵組 控制方式：依據(jù)所送水/回水溫差、流量和供回水壓差，計算決定啟動機組臺數(shù)和變頻運行 泵的運行頻率，自動調(diào)整到最佳熱交換量狀態(tài)；山于水泵采用的是丫一起動方式，電機的起動電流均為其額定電流的34倍，在如此大 的電流沖擊下，接觸器、電機的使川壽命將

6、受到影響；起動時的機械沖及和停泵時水錘現(xiàn)彖, 容易對機械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞而增加維修工作量和備品、備件費用，另外, 僅因丿占動需要將不得不使整棟大樓的配電容量增大若干倍、投入成本增加若干倍。變頻器是 軟啟動方式，采川變頻器控制電機后，電機在起動時及運轉(zhuǎn)過程中均無沖擊電流，而沖擊電 流是影響接觸器、電機使用壽命故主耍的因素，同時采用變頻器控制電機后述可避免水垂現(xiàn) 象，因此可大大延長電機、接觸器及機械散件，軸承、閥門、管道的使用壽命。在無旁通閥作用的情況下，變頻器能根據(jù)冷凍水泵和冷卻水泵負載變化相應(yīng)調(diào)整冷凍水泵電 機和冷卻水泵電機的轉(zhuǎn)速，滿足中央空調(diào)系統(tǒng)正常工作而達到節(jié)能目的。水泵電

7、機轉(zhuǎn)速f降, 電機從電網(wǎng)吸收的電能就會大大減少。減少的功耗p=p0(1(ni / n0)a3)；減少的流量q=q0(1 -(n1 / no)n1為改變后的轉(zhuǎn)速，no為電機原轉(zhuǎn)速，p0為原電機轉(zhuǎn)速下的電機軸功率消耗，q0為原電機轉(zhuǎn)速下所產(chǎn)牛的水泵流量。由上式可以看出流量q與轉(zhuǎn)速n次方成正比，功耗p與轉(zhuǎn)速n三次方成正比。假設(shè)原流 量為100個單位，耗能也為100個單位，如果轉(zhuǎn)速降低10個單位，由q = q0(1-(n1/n0)j= 100* (1 (90/ 100) ) = 10 nj-得出流量改變了10個單位，p=p01 (ni/n0)a3 = 100 x(1(90/ 100)a3)=27. 1

8、,可以得出，功率將減少27. 1個單位，即流量減少10%能耗減少了27. 1%。當(dāng)用蝶閥的開度來控制冷凍、冷卻水流量大小時，蝶閥阻管與功率p變化(如圖3所示) 由曲線1到曲線2,流量減小，但功率卻沒有減小多少。若通過調(diào)整轉(zhuǎn)速(如圖4所示)，hq曲線由曲線1到曲線2,蝶閥開度100%時，蝶閥阻力為零，管道阻不變，功率省很多。匕叮1；4 i，亠i fill ih( (! / 1hphlni.,.rh20oe qiqn) 0笆mq圖3阻管與功率p變化曲線圖 圖4不同轉(zhuǎn)速對應(yīng)的阻管與功率p變化曲線圖系統(tǒng)改造方式如f：西樓和東樓冷凍冷卻泵控制圖分別如圖5和圖6所示:d0p57gsrs485rs232dv

9、p12sxdcrdvpd4ptadaid1dqks236| rs4wbvp12sx0drdvpd4rt dvp04pt0：1 ec | a2 | ao圖 6 兩樓冷凍冷卻泵控制原理圖(3)冷卻塔風(fēng)機控制方式：控制送水/冋水溫差為恒值為目標，調(diào)整冷卻塔風(fēng)機風(fēng)量；外界氣溫的變化或者使用場合熱交換量的變化，大部分時間并不要求冷卻塔風(fēng)機和全速運轉(zhuǎn)，由于圖 5 東樓冷凍冷卻泵控制原理圖n=60f(1-s)/p;p：電機極數(shù) 根據(jù)流體力學(xué)知：風(fēng)壓h正比于轉(zhuǎn)速山;所消耗的功率p等于風(fēng)量q與風(fēng)壓h之積(即輸 出功率p正比于轉(zhuǎn)速n3),即q=k1 n;h=k2n2;p=q*h=k1 k2n3風(fēng)量減小20%,即轉(zhuǎn)

10、速降低20%,節(jié)省功率厶p=kn3-(0.8n)3=0.438 k1k2n風(fēng)量減小50%,即轉(zhuǎn)速降低50%,節(jié)省功率ap二kn3(0.5n)3=0.875 k1k2n可見，大部分情況冷卻塔風(fēng)機處于做無用功狀態(tài)，并且浪費的能量較大。因而，在保證系統(tǒng) 止常散熱風(fēng)量的前提下調(diào)速，即使扣除實際上山于轉(zhuǎn)速下降可能引起的電機和風(fēng)機效率降低 這一因素，采用變頻器調(diào)速，風(fēng)機的節(jié)能效果還是非常顯著的。改造方式如圖7所示:ilrlil2 円1 v* r1.1ar- omb mb =盤塵晶廢ipic人機界両圖 7 冷卻塔風(fēng)機系統(tǒng)改造圖控制結(jié)果：大幅降低能耗；無丿id動電流沖擊。（4）風(fēng)機盤管冷/熱量交換控制在中央空

11、調(diào)系統(tǒng)中，各種用房冷暖設(shè)備除新風(fēng)機組和空調(diào)機組外，還大量使用風(fēng)機盤管。它 只有盤管、三速風(fēng)機、電動調(diào)節(jié)閥，感溫組件、控制器等組成。一般三速風(fēng)機開關(guān)，感溫組 件、控制器等制成一個整件設(shè)備，1=1前，市場上有兩種，一種是盤管控制器為ddc控制， 并具備與主機通訊功能。這種控制器可通過計算原則屮心控制，西樓使川這種方式。另一種 是不具備通訊功能的盤管控制器，對以按照水系統(tǒng)的連接情況的將風(fēng)機盤管分為若干組，每 紐的支路入口處安裝流量計、供冋水床差變送器及供冋水溫度傳感器。從而可計算出風(fēng)機盤 管水閥的開度，并給電動調(diào)節(jié)閥一個指令，從而將電動閥調(diào)節(jié)至相應(yīng)的開啟度，使盤管中流 過所需要的水流量，東樓使用這種方式。為解決而臨的問題，可以通過對采樣到的冋風(fēng)溫度 及其二氧化碳焰量控制調(diào)整加熱盤管及表冷盤管二通電動調(diào)節(jié)閥開度和送風(fēng)風(fēng)量（風(fēng)機轉(zhuǎn) 速），實現(xiàn)對送風(fēng)溫度（設(shè)定點對調(diào)整）的控制。方式如圖8所示：圖 8 風(fēng)機盤倚冷/熱竄交換控制改造圖刃外，要提供一個舒適的環(huán)境，除控制宗溫外，還需對室外溫/濕度進行監(jiān)測，通過室環(huán)境 溫/濕度檢測，實時調(diào)整空調(diào)機和新風(fēng)機的新風(fēng)量，進行過渡季節(jié)的全新風(fēng)和空調(diào)季節(jié)的小 新風(fēng)控制。根據(jù)監(jiān)測環(huán)境的c02濃度口動調(diào)節(jié)空調(diào)機的新/回風(fēng)混合比，提供長期舒適的活 動環(huán)境，同時可達到節(jié)能效果。（5）供水以設(shè)定供水壓力為目標，根據(jù)實際用水量，利用vfd-f