中（zhōng）央空調節能設備

　　█前言

　　中央空調是現代大廈物業、賓館、商場不可缺少的設施，它能帶給人們（men）四季如春，溫馨舒適的（de）每一天，由於中央空調功率大，耗能大，加上設計上存在“大馬拉小車（chē）”的現象（xiàng），支付（fù）中央（yāng）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（guǎn）酒樓客人入住率的變化、娛樂場所（suǒ）開放（fàng）時間的變化（huà）等等，從而導致中央空調係統對（duì）室內熱源吸收量（liàng）的變化，再加之工藝設計上電機（jī）功率設計（jì）有相當的富裕量，因此，存在明顯的節電空間。將變（biàn）頻技術引入中央空調係統，保持室內恒溫，對（duì）其進行的節能改造（zào）是降本增效的一條捷徑。

　　█中央空調係統如圖1所示為一典型中央空調機組係（xì）統圖，主要（yào）由冷凍（dòng）水循環係統、冷卻水循環係統及主機三部分（fèn）組成：

　　●冷凍水循環係統（tǒng）該部分由冷凍泵、室內風機及冷凍水管道等組成。從（cóng）主機蒸發器流出（chū）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，最後回到主機（jī）蒸發器（回水）。室內風（fēng）機用於（yú）將空氣吹過冷凍水管道，降低空氣溫度，加（jiā）速室內（nèi）熱交換。

　　●冷卻水循環部分

　　該部分由冷卻泵、冷卻（què）水管道、冷卻水塔及冷凝器等組成。冷凍水循（xún）環係統進行室（shì）內熱交換的同時，必將帶走室內大量的熱能。該（gāi）熱能通過主機內的冷媒傳遞給冷卻水，使（shǐ）冷卻水溫度升高。冷卻泵將升溫後（hòu）的冷卻水壓入冷卻水塔（出水），使之與大氣進（jìn）行熱交換，降低溫度後再送回主機冷凝器（回（huí）水（shuǐ））。

　　●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（qí）工作循（xún）環（huán）過程如（rú）下：

　　首先低壓氣態冷媒被壓縮（suō）機加壓進入（rù）冷凝器並逐漸冷凝成高壓液體。在冷凝過程中冷媒會釋放（fàng）出大量熱（rè）能，這部分熱能被冷凝器中的冷卻水吸收並送到室外（wài）的冷卻塔上（shàng），最終釋放到大（dà）氣中（zhōng）去。隨（suí）後冷凝器中的高（gāo）壓液態冷（lěng）媒在流經蒸發（fā）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（zài）蒸發器中不斷氣化，同（tóng）時（shí）會吸（xī）收冷凍（dòng）水（shuǐ）中的熱量使其達到較低溫度。最（zuì）後，蒸發器中氣（qì）化後的冷媒又變成（chéng）了低壓（yā）氣體，重新進入了壓縮機，如此循環往複。

　　█節能理論

　　●中央空調（diào）節能改造前的工況在中央空調係統設計時，冷凍泵、冷卻泵的電機容量是根據建築物的（de）最大設計熱負荷選（xuǎn）定的，都留有一定設計餘量。由於四季氣候及晝夜溫差變化，中央空調工作時的熱負荷總是不斷變化（huà）。下圖2為一民用建（jiàn）築物的平均熱負荷情況（kuàng）：

　　█前（qián）言

　　中央空調是現代大廈物業、賓館、商場不可缺少的設施，它（tā）能帶給人們四季如春，溫馨舒適（shì）的每一天，由於中央空調功率大（dà），耗能（néng）大，加上設計上存在“大馬拉（lā）小車（chē）”的現象，支付中央空調所用電費（fèi）是用戶（hù）一項巨大（dà）的開支。因（yīn）為季節的變化、晝夜的變（biàn）化、賓館酒（jiǔ）樓客人入住率的變化、娛樂場所開放時間的變化等（děng）等，從而導致中央空調係統對室內熱源吸收量的變化，再加之工藝設計上電機功率設計有相當的富裕量，因此，存在明顯（xiǎn）的節電空間（jiān）。將變頻技術引入中央（yāng）空調係統，保持室內恒溫，對其進行的節能（néng）改造是降本增效的一條捷徑。

　　█中央空調係（xì）統（tǒng）

　　圖1所示為一典型中央空調機組係統圖，主要由冷凍水（shuǐ）循環係統、冷（lěng）卻（què）水循環係統及主機（jī）三（sān）部（bù）分組成：

　　●冷凍水循環係統

　　該部分由冷凍泵、室內風機及冷凍水管（guǎn）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（chū）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（yú）將空氣吹過冷凍水管道，降低空氣溫度，加速室內熱交（jiāo）換。

　　●冷卻（què）水循環部分（fèn）

　　該部分由（yóu）冷卻泵、冷（lěng）卻水管道、冷卻水塔及（jí）冷凝器等（děng）組（zǔ）成。冷凍（dòng）水循環係統進行室（shì）內熱交換（huàn）的同時，必將帶走室內大量（liàng）的熱能。該熱能通過主機內的冷媒傳（chuán）遞給冷卻水，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升（shēng）溫後的冷卻水（shuǐ）壓入冷卻水塔（出水），使之與大氣進行熱交換，降低溫度後再（zài）送回主機冷凝器（回水）。

　　●主（zhǔ）機

　　主機部分由壓縮機、蒸發（fā）器、冷凝器及冷媒（製冷（lěng）劑）等組成，其工作循環過程如（rú）下（xià）：

　　首先低壓氣態冷媒被壓縮機加壓進入冷凝器並逐漸（jiàn）冷（lěng）凝成（chéng）高壓液體（tǐ）。在冷（lěng）凝過程中冷媒（méi）會釋放出大量熱能，這部分（fèn）熱能被冷（lěng）凝器中的冷卻水吸收並送到室外的冷（lěng）卻（què）塔上，最終釋放到大氣中去。隨後冷凝器中的高壓（yā）液態冷媒在流經（jīng）蒸發器前的節流降壓裝置時，因為壓（yā）力的突變而氣化，形成氣液混（hún）合物進入蒸發器。冷媒（méi）在蒸（zhēng）發器中不斷氣化，同時會吸收冷凍水中的（de）熱量使其（qí）達（dá）到較低溫度。最後，蒸發器中（zhōng）氣化後的冷媒又變（biàn）成了低壓氣體（tǐ），重新進入了壓縮機，如此循環往複。

　　█節能理論（lùn）

　　●中央空（kōng）調節能改造（zào）前的工況（kuàng）

　　在中央空調係（xì）統設計時，冷凍（dòng）泵、冷卻泵（bèng）的電機容量是根（gēn）據建築物的最大（dà）設計熱負荷選定的，都留有（yǒu）一定設計餘量。由於四季氣候及晝（zhòu）夜溫差（chà）變化，中（zhōng）央空調工作時的熱負荷（hé）總是不斷變化。下圖2為一民用建築物（wù）的平（píng）均熱負荷情況：

　　如上圖所示，該中（zhōng）央空調一年中負荷（hé）率在50%以下的時間超過了全部運行（háng）時間的50%。通（tōng）常冷卻水管路的設計溫（wēn）差為5～6℃，而實際（jì）應用表（biǎo）明大部分時間（jiān）裏冷卻水管路的溫差僅為2～4℃，這說（shuō）明製冷所（suǒ）需的冷凍水、冷卻水流量通（tōng）常（cháng）都低於設計流量，這樣就形成了中央空調低溫差、低負荷、大工作流量的工況。

　　在沒有使用節能係統前（qián），工頻供電下的水泵始終全速運行，管道中的供水流量隻能（néng）通過閥門或回流方式調節，這必會產生大（dà）量的節流及回流（liú）損失，同時也增加了電機的負荷，白白消（xiāo）耗了許多電能。

　　中央空調水泵電機的（de）耗電量約占（zhàn）中央空調係（xì）統（tǒng）總耗電量的30-40%，故（gù）對其進行節能改造具（jù）有很明（míng）顯的節能（néng）效（xiào）果。

　　●節能理論根據

　　由流體（tǐ）力學理論可知，離心式流體傳輸設備（如離心（xīn）式水泵、風機等）的（de）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（shū）出功率N與其轉速n的三次方（fāng）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（shuǐ）泵的轉速，水泵的輸出功率就（jiù）可以下降（jiàng）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（yāng）空調係（xì）統中接入變頻節能係統（tǒng），利用變頻技術改變水泵轉速（sù）來調節管道中的流量，以取代閥門調節及回流方式（shì），能取得明（míng）顯的節能效（xiào）果，一般節（jiē）電率都在30％以上。同時（shí）變頻（pín）器的軟（ruǎn）啟動功能及平（píng）滑調速的特點可實現（xiàn）對中央空調的平穩調節，並（bìng）可延長機組及管組的使用壽命。

　　█節能方案（àn）分析（xī）

　　中央空調各循環水（shuǐ）係統的回水與出水溫度之差，反映了整個係統需要（yào）進行的熱交換量。因此，根據回水與出水的溫度差來控製（zhì）循環水的流量，從而控製熱（rè）交換的速度，是（shì）首選的節能（néng）控製方法（fǎ）。

　　●冷凍水循環係（xì）統

　　冷凍水的出水（shuǐ）溫度是由主機的製（zhì）冷效果決定的，通常比較穩（wěn）定，因此冷凍回水溫度可以準確的反映室內的熱（rè）負荷情況。由此，對於冷（lěng）凍水循環係統的節能改造，可以（yǐ）取回水溫度作為控製目標，通過（guò）變（biàn）頻器對冷凍泵（bèng）流量的自動調節來實現（xiàn）對室內溫度的（de）控製。

　　●冷（lěng）卻水循環係統

　　冷卻水循環係（xì）統同時受室外環境溫度及室內（nèi）熱負（fù）荷兩方麵影響，循環水管道單側的水溫不（bú）能準確反映該（gāi）係統的熱交換量（liàng），因此以出（chū）水（shuǐ）與回水之（zhī）間的溫差作為控製室內溫度的依據是合理的節能方式。在外界環境溫度不變的情況下，溫差（chà）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（xún）環的速度；相應的，溫差小則減小冷卻泵（bèng）轉（zhuǎn）速。

　　●方案結構示意圖

　　根據上述分析（xī），可得（dé）出整個節能工程結構示意圖如圖3所示：

　　由上圖，該節（jiē）能方案的基本思（sī）路為：

　　分別在主機蒸發器回水處、冷凝器出水及回水（shuǐ）處安裝溫度傳感器，實時（shí）檢（jiǎn）測管網的溫度，以模擬信號（0~10V或（huò）者4~20mA）反饋（kuì）給變頻器，通過變頻器內置的PID運算輸出相（xiàng）應的頻率指令後自動調節水（shuǐ）泵轉速，從而調節各循環水的熱（rè）交換速度，最終實現對室內恒溫度的（de）控製。需要特別說明的是，變頻器內（nèi）部在設計上集成了溫差（chà）反饋處理功（gōng）能，係統無須另配專用控製模塊。

　　機組

　　機型

　　常用數量

　　備用數量

　　總計數量

　　中央

　　空調

　　冷凍泵電機

　　45KW（380V）

　　2台

　　1台

　　3台

　　冷卻泵電機（jī）

　　75KW（380V）

　　2台

　　1台

　　3台

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

　　●變頻節（jiē）能係統特點

　　1、變頻（pín）器界麵為LED顯（xiǎn）示，監控參數豐富（fù）；鍵盤布局簡潔、操作方便；

　　2、溫度/溫（wēn）差（chà）傳（chuán）感器為數字雙屏LED顯示，溫度參數設定方（fāng）便（biàn），易於監（jiān）控；

　　3、變頻器有過流、過載、過壓、過熱等多種電子保護裝（zhuāng）置，並具有豐（fēng）富的故障報警（jǐng）輸出功能，可有效保護供水係統的（de）正常運作；

　　4、加裝（zhuāng）變頻（pín）器後（hòu），電機具有軟啟動及無極調速功能，可使（shǐ）水（shuǐ）泵和電機的機械磨損大為降低（dī），延長管組（zǔ）壽命（mìng）；

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

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

　　█總結

　　將（jiāng）變頻技術（shù）應用於中央空調係統，對提升中央空調（diào）自動化水平、降低能耗、減少（shǎo）對（duì）電網的（de）衝擊、延長機（jī）械及管網的使用壽命，都具有重要的意義。