中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方案及原理

1、中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方案及原理中央空調(diào)是現(xiàn)代大廈物業(yè)、賓館、商場不可缺少的設(shè)施，由于中央空調(diào)功率大，耗能大，加上設(shè)計上存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，支付中央空調(diào)所用電費是用戶一項巨大的開支。貴酒店的制冷系統(tǒng)保持整棟大廈內(nèi)恒溫。因為季節(jié)的變化，晝夜的變化，還有賓館酒樓客人入住率的變化以及娛樂場所開放時間的變化，這樣該系統(tǒng)制冷量具有很明顯的需求變化，加之工藝設(shè)計上電機功率設(shè)計有相當?shù)母辉Ａ?。所以加變頻節(jié)能改造是十分必要和有明顯節(jié)電效果的。隨著變頻技術(shù)的成熟和發(fā)展，“一天的電費用兩天的電”不再是天方夜譚。對中央空調(diào)進行節(jié)能改造是降本增效的一條捷徑。節(jié)能改造的對象中央空調(diào)系統(tǒng)的工作過程是一個不斷地進行熱交換的

2、能量轉(zhuǎn)換過程。冷卻水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是能量的主要傳遞者。因此，對冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制便是中央空調(diào)控制系統(tǒng)的重要組成部分，也是節(jié)能改造的對象。1、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍主機流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，通過各房間的盤管，帶走房間內(nèi)的熱量，使房間內(nèi)的溫度下降，同時，房間內(nèi)的熱量被冷凍水吸收，使冷凍水的溫度升高。溫度升高了的循環(huán)水經(jīng)冷凍主機后又成為冷凍水，如此循環(huán)不已。從冷凍主機流出，進入房間的冷凍水簡稱為“出水”，流經(jīng)所有房間后回到冷凍主機的冷凍水簡稱為“回水”。無疑回水的溫度將高于出水的溫度形成溫差。2、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍

3、主機在進行熱交換、使水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進行熱交換。然后再將降溫了的冷卻水，送回到冷凍機組。如此不斷循環(huán)，帶走了冷凍主機釋放的熱量。流進冷凍主機的冷卻水簡稱為“進水”，從冷凍主機流回冷卻塔的冷卻水簡稱為“回水”。同樣，回水的溫度將高于進水的溫度形成溫差。節(jié)能原理1、變頻調(diào)速節(jié)能冷凍水泵和冷卻水泵都是傳送流體的裝置，這類負載消耗的能量與流量的立方成正比推算可得到能量消耗與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，具體的關(guān)系表達式：即Q=K1n；H=K2n2；P=QXH=K1K2n2=K3n3式中，K為常數(shù)，n為電機的轉(zhuǎn)

4、速。三相交流異步感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)速通常設(shè)在n=120XfX(1-s)/p;式中f為供電頻率，s為滑差率，p為電機極數(shù)。電機一旦選定后，S、P基本確定，則n可近似為n=k0f,即與供電頻率成線性正比關(guān)系。貝當頻率為50Hz時，n=k0X50轉(zhuǎn)/分，功率P1=K(k0X50)3;當頻率為45Hz時，n=k0X45轉(zhuǎn)/分，功率P2=K(k0X45)3。P2/P1=K(k0X45)3/K(k0X50)3X100%=72.9%，由此可見，當電源頻率從50Hz降為45Hz時，就可節(jié)約電能達27.1%。當用閥的開度來控制水量的大小時，管阻檔板阻曲線與功率P變化。由曲線1到曲線2,水量減少了，而功率卻沒有減少多少

5、。而通過改變轉(zhuǎn)速n來調(diào)節(jié)流量情況就不同了。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時H-Q曲線由曲線1到曲線2,閥的開度100%時，管阻曲線不變，功率節(jié)省了很多。節(jié)省量，其中n1為調(diào)節(jié)前的轉(zhuǎn)速，其中n2為調(diào)節(jié)后的轉(zhuǎn)速。上述推算，可得到一個定性的概念。也就是說，對于一個傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，由于空調(diào)設(shè)備均按設(shè)計工程選配，絕大多數(shù)時間設(shè)備均在低負荷情況下運轉(zhuǎn)，這樣無用功耗掉很大一部分能量。如果改由節(jié)能器進行變速驅(qū)動，可能此時電機只需以5Hz的速度運轉(zhuǎn)就能滿足對整個系統(tǒng)溫度控制要求。根據(jù)上面的理論推算可知，實際節(jié)能就可高達27.1%。2、軟啟動節(jié)能由于電機全壓啟動時，空載啟動電流等于（37）倍于額定電流，因此通常在帶載電機啟動時，會對電

6、機和供電電網(wǎng)造成嚴重的沖擊，導(dǎo)致對電網(wǎng)容量要求過高，而且啟動時對設(shè)備產(chǎn)生的大電流和震動對設(shè)備極為不利；而啟、停時，大錘效應(yīng)極易造成管道破裂，采用節(jié)能的軟啟動功能將會使啟動電流遠遠低于額定電流實現(xiàn)電機真正意義上的軟啟動。不但減少了對電網(wǎng)和管網(wǎng)的沖擊，且能延長設(shè)備使用壽命，減少設(shè)備維修費用。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能方案1、節(jié)能控制的主要依據(jù)冷卻水的進水溫度也就是冷卻水塔內(nèi)水的溫度，它取決于環(huán)境溫度和冷卻風(fēng)的工作情況回水溫度主要取決于冷凍主機的發(fā)熱情況，但還和進水溫度有關(guān)。1）溫度控制在進行控制時，有兩個基本情況：如果回水溫度太高，將影響冷凍主機的冷卻效果，為了保護冷凍主機，當回水的溫度超過一定值后，必須

7、進行保護性跳閘。一般情況下，回水溫度不得超過33C。因此，根據(jù)回水溫度來決定冷卻水的流量是可取的。即使進水和回水的溫度很低，也不允許冷卻水斷流。因此，在設(shè)置節(jié)能器參數(shù)時，需預(yù)置一個下限頻率。綜合起來，即是：當回水溫度較低時，冷卻泵以下限轉(zhuǎn)速運行；當回水溫度較高時，冷卻泵的轉(zhuǎn)速也逐漸升高，而當回水溫度升高到某一設(shè)定值（如32C）時，應(yīng)該采取進一步措施；或增加冷卻泵的運行臺數(shù)，或增加水塔冷卻風(fēng)機的運行臺數(shù)。2）溫差控制溫差量能反映冷凍主機的發(fā)熱情況、體現(xiàn)冷卻效果的是回水溫度TO與進水Ti之間的“溫差”因為溫差的大小反映了冷卻水從冷凍主機帶走的熱量，所以，把溫差A(yù)t作為控制的主要依據(jù)，通過變頻調(diào)速實

8、現(xiàn)溫差控制是可取的。即：溫差大，說明主機產(chǎn)生的熱量多，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速、加快冷卻水的循環(huán)，反之，溫差小，說明主機產(chǎn)生的熱量少，可以適當降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速、減緩冷卻水的循環(huán)。實際運行表明，把溫差值控制在35C的范圍內(nèi)是比較適宜的。溫差與進水溫度的綜合控制由于進水溫度是隨環(huán)境溫度而改變的，因此，把溫差恒定為某值并非上策。因為，當我們采用節(jié)能器時，所考慮的不僅僅是冷卻效果，還必須考慮節(jié)能效果。具體地說，則：溫差值定低了，水泵的平均轉(zhuǎn)速上升，影響節(jié)能效果；溫差值定高了，在進水溫度偏高時，又會影響冷卻效果。實踐表明，根據(jù)進水溫度來隨時調(diào)整溫差的大小是可取的。即：進水溫度低時，應(yīng)主要著眼于節(jié)能效果，控制溫

9、差可是當?shù)馗咭稽c；而在進水溫度高時，則必須保證冷卻效果，控制溫差應(yīng)低一些。3）控制方案根據(jù)以上介紹的情況，考慮到節(jié)能和制冷的綜合效果，節(jié)能器將利用溫差控制為主，回水溫度控制為輔來控制冷卻水系統(tǒng)。根據(jù)具體情況，用一臺節(jié)能器控制一臺電機或一臺節(jié)能器切換控制二臺互為備用電機，具體方式是：用傳感器采集冷卻水進水和出水溫度，PID將溫差量變?yōu)槟M量反饋給中央處理器，然后由中央處理器控制節(jié)能器輸出為設(shè)定的低頻值，電機轉(zhuǎn)速減慢，水流量減少；當溫度較高時，冷凍機組有更多的熱量需要帶走，這時中央處理器使節(jié)能器輸出為設(shè)定的較高頻率值，電機轉(zhuǎn)速加快，水流量增加，帶走更多的熱量。如果冷卻水的回水溫度超過32C時（可以

10、根據(jù)實際情況設(shè)定），節(jié)能器優(yōu)先以較高頻運行。這樣能夠根據(jù)系統(tǒng)實時需要，提供合適的流量，不會造成電能浪費。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能方案1、節(jié)能控制的主要依據(jù)在冷凍水系統(tǒng)的節(jié)能方案中，提出的控制依據(jù)主要有兩種：1）壓差控制即以出水壓力和回水壓力之間的壓差作為控制依據(jù)，基本考慮是使最高樓層的冷凍水能夠保持足夠的壓力。但這種方案沒有把環(huán)境溫度變化的因素考慮進去，就是說，冷凍水所帶走的熱量與房間溫度無關(guān)，這明顯地不大合理。2）溫度或溫差控制嚴格地說，冷凍主機的回水溫度和出水溫度之差表明了冷凍水從房間帶走的熱量，應(yīng)該作為控制依據(jù)。但由于冷凍主機得出水溫度一般較為穩(wěn)定，故實際上，只需根據(jù)回水溫度進行控制就可以了。

11、為了確保最高樓層具有足夠的壓力，在回水管上接一個壓力表，如果回水壓力低于規(guī)定值，電動機的轉(zhuǎn)速將不再下降。2、控制方案綜合上述分析，可以改進的控制方案有兩種：1）壓差為主溫度為輔的控制以壓差信號為反饋信號，進行恒壓差控制。而以回水溫度信號作為目標信號，使壓差的目標值可以在一定范圍內(nèi)根據(jù)回水溫度進行適當調(diào)整。就是說，當房間溫度較低時，使壓差的目標值適當下降一些，減小冷凍泵的平均轉(zhuǎn)速，提高節(jié)能效果。這樣一來，既考慮到了環(huán)境溫度的因素，又改善了節(jié)能效果。2）溫度（差）為主壓差為輔的控制以溫度（或溫差）信號為反饋信號，進行恒溫度（差）控制，而以壓差信號作為目標信號。就是說，當壓差偏高時，說明負荷較重，應(yīng)

12、適當提高目標信號，增加冷凍泵的平均轉(zhuǎn)速，確保最高樓層具有足夠的壓力。根據(jù)大廈的空調(diào)系統(tǒng)、樓層高度，對于冷凍水系統(tǒng)我們采用全閉環(huán)溫度控制。根據(jù)具體情況，用一臺節(jié)能器控制一臺冷凍電機或一臺節(jié)能器切換控制二臺互為備用冷凍電機。具體方法是：在保證冷凍機組冷凍水流量所需前提下，確定一個冷凍泵節(jié)能器工作的最小工作頻率，可將其設(shè)定為下限頻率。水泵電機頻率調(diào)節(jié)是通過安裝在系統(tǒng)管道上溫度傳感器測回水溫度。溫控器將其與設(shè)定值進行比較。當冷凍回水溫度大于設(shè)定值時，節(jié)能器輸出上限頻率，水泵電機高速運轉(zhuǎn)；當冷凍回水溫度小于設(shè)定溫度時電機以設(shè)定的頻率曲線工作。溫度信號的轉(zhuǎn)換一般來說，由于溫度較低，變化范圍也不大，故溫度傳

13、感器以鉑電阻（Ptioo）為宜,信號轉(zhuǎn)換我們直接采用AL808溫差PID，不但將溫度信號轉(zhuǎn)換010V的標準模擬量信號,而且可以顯示回水溫度、進水溫度、溫差值使用起來很方便。節(jié)能改造后對循環(huán)水的水溫及主機制冷功率的影響因為冷凍水回水溫度及冷卻水溫差都是預(yù)先設(shè)定好的，在室內(nèi)和外界熱負荷發(fā)生變化的情況下，溫度PID控制器會自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，以維持設(shè)定的溫度/溫差不變。通常，節(jié)電運行時的水流量沒有市電運行時的大，循環(huán)速度降低，所以水溫會有所上升但這不意味著主機的制冷功率一定會上升。因為在熱負荷降低的情況下，熱交換量減少，市電運行時的循環(huán)水流量始終維持不變，才使得的水溫較低，這樣必然會使室內(nèi)溫度比需要的低，實際上是白白浪費很多制冷功率。而節(jié)電運行時，因為PID調(diào)節(jié)器可以根據(jù)設(shè)定值自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，不論熱負荷怎樣變化，室內(nèi)的設(shè)定溫度始終維持恒定，這樣就會節(jié)約因外界熱負荷變化而無端消耗的制冷功率。而且通過適當?shù)墓?jié)能器參數(shù)設(shè)定，電機轉(zhuǎn)速只會在一定頻率上變化，這樣就不會使循環(huán)水溫升溫過高。同時，由于制冷量的減少，從而使得主機的能耗也隨之而減少。節(jié)能改造后中央空調(diào)的性能1、采用閉環(huán)控制，可按需要進行軟件組態(tài)并設(shè)定溫度進行PID調(diào)節(jié)，使電機輸出功率隨熱負載的變化而變化，在滿足使用要求的前提下達到最大限度的節(jié)能。2、由于降速