一、中央空調(diào)節(jié)能最佳方法

    由于中央空調(diào)主要設備是風機水泵，所以節(jié)能最佳方法就是采用變頻器，

中央空調(diào)變頻節(jié)能技術

。目前大多數(shù)中間空調(diào)還采用以往舊的控制方式，即：通過改變壓縮機機組、水泵、風機啟停臺數(shù)，以達到調(diào)節(jié)溫度的目的。

    該調(diào)節(jié)方式缺點集中表現(xiàn)為如下幾點：

    ●設備長時間全開或全閉，輪流運行，浪費電能驚人。

    ●電機直接工頻啟動，沖擊電流大，嚴重影響設備使用壽命。

    ●溫控效果不佳。當環(huán)境或冷熱負荷發(fā)生變化時，只能通過增減冷熱水泵的數(shù)量或使用擋風板來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，溫度波動大，舒適感差。

    中央空調(diào)采用變頻器后有如下優(yōu)點：

    ●變頻器可軟啟動電機，大大減小沖擊電流，降低電機軸承磨損，延長軸承壽命。

    ●調(diào)節(jié)水泵風機流量、壓力可直接通過更改變頻器的運行頻率來完

    成，可減少或取消擋板、閥門。

    ●系統(tǒng)耗電大大下降，噪聲減小。

    ●若采用溫度閉環(huán)控制方式，系統(tǒng)可通過檢測環(huán)境溫度，自動調(diào)節(jié)風量，隨天氣、熱負荷的變化自動調(diào)節(jié)，溫度變化小，調(diào)節(jié)迅速。

    ●系統(tǒng)可通過現(xiàn)場總線與中央控制室聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)集中遠程監(jiān)控。

    二、供水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造

    無論是溴化鋰機組或電制冷（氟利昂）機組的中央空調(diào)系統(tǒng)，主機自身的能量消耗有機組控制，機外的電力消耗組不能控制，而這部分的成本是相當高的，卻通常被人忽視了。尤其是溴化鋰機組，在額定狀態(tài)制冷運用行時，機外水泵、冷卻塔的電機耗電量約占總體能源消耗成本的30%（以每公斤油2元、每度電1元計算）。無論從環(huán)境保護角度還是用戶切身利益角度，都應將中央空調(diào)系統(tǒng)設計成最節(jié)能的系統(tǒng)。采用變頻器來控制機外水泵電機、冷卻塔電機是最簡單、最有效的節(jié)能措施。一般情況節(jié)電20%~50%，每年可節(jié)省機組及系統(tǒng)總運行費用的12%~20%，十分驚人。

    1、冷卻水泵變頻控制

    中央空調(diào)的冷卻水泵的功率是根據(jù)空調(diào)冷凍機組的壓縮機滿負荷工作設計的，當環(huán)境溫度及各種外界因素，冷凍機組不需要開啟全部壓縮機組，此時空調(diào)的冷凝系統(tǒng)所需要的冷卻量也相應地減小，這時就可以通過變頻調(diào)速器來調(diào)節(jié)冷卻水泵的轉(zhuǎn)速，降低冷卻水的循環(huán)速度及流量，使冷卻水的冷負荷被冷凝系統(tǒng)充分利用，從而達到節(jié)能目的。從我公司對中央空調(diào)的變頻節(jié)能改造得出以下的數(shù)據(jù)，其冷卻水泵、冷溫水泵在低流量運行時，可以大幅度節(jié)省電力，尤其針對直燃機冷卻水流量曲線的特點，采用變頻控制，意義更大，從遠大BZ型直燃機中央空調(diào)系統(tǒng)采用海利普變頻器控制水泵測試數(shù)據(jù)為例：

    當制冷量75%時，機組所需冷卻水流量34%，水泵電耗約20%；

    當制冷量50%時，機組所需冷卻水流量22%，水泵電耗約15%。

    2、冷溫水泵變頻控制

    中央空調(diào)的冷媒水泵的功率是根據(jù)空調(diào)滿負荷工作設計的，當賓館、酒店、大廈需要的冷量或熱量沒有達到空調(diào)的滿負荷，這時就可以通過變頻器調(diào)速器來調(diào)節(jié)冷媒水泵的轉(zhuǎn)速，降低冷媒水的循環(huán)速度，使冷量和熱量得到充分利用，從而達到節(jié)能目的。如果制冷、采暖共用一臺水泵，則冬季水泵流量只需50%，自然可大大節(jié)省電力；即使是冬夏分泵運行，也可在低負荷季節(jié)適當降低流量，如90%流量時，電耗約75%。

    3、冷卻塔風機變頻控制

    風機功率一般都較小，節(jié)電不如水泵明顯。但風機采取變頻控制能極大地有助于冷卻水恒溫，這對于機組制冷恒溫極為關鍵；且能使機組溶液循環(huán)穩(wěn)定，獲得最大限度的節(jié)省燃料。冷卻塔風扇低轉(zhuǎn)速運行還能大幅度減少漂水，節(jié)省水源、延緩水質(zhì)劣化、減少水霧對周圍的影響。

    4、采用變頻器的其他益處

    由于變頻器的啟動、停止過程是漸強、漸弱式，能消除電機啟動對電網(wǎng)的沖擊。并可避免電機因過載而引起的故障。

    由于電機經(jīng)常處于低負荷運行，能大幅度延長電機及水泵、風機的壽命，同時因沒有啟動、停止的沖擊，加上流量的減少，管路承壓及所受沖擊力減小，故對管道、閥門、末端設備也起到了保護作用。另一方面，設備噪音、震動均減小，保護了環(huán)境。

    5、中央空調(diào)機組外變頻器的控制方式

    ●根據(jù)冷卻水出/入口的溫度改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整流量；

    ●根據(jù)冷卻水入口溫度改變冷卻塔風機轉(zhuǎn)速，調(diào)整水溫；

    ●根據(jù)冷溫水出/入口的溫差改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整流量；

    ●根據(jù)冷卻水出水的溫度改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整流量；

    ●根據(jù)冷媒水的回水溫度改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)稅流量；

    三、中央空調(diào)末端設備—變風量機組變頻控制

    變風量機組也是中央空調(diào)系統(tǒng)重要的組成部分，其性能指標（風量、冷量、噪音、用電量）的優(yōu)劣，除了變風量機組本身的性能外，更重要的還取決于控制的模式、控制器的性能、品質(zhì)。

    隨著中央空調(diào)的不斷普及，變風量機組調(diào)節(jié)控制器已經(jīng)經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：

    第一階段：風閥調(diào)節(jié)。能起到調(diào)節(jié)風量的作用，但電能量消耗大、噪音大。

    第二階段：可控硅調(diào)壓調(diào)速。能起到調(diào)節(jié)風量、冷量、節(jié)能的作用，對變風量機組的噪音有一定的改良作用，其缺點是體積大、可靠性穩(wěn)定性低、故障率高。

    第三階段：變頻調(diào)節(jié)。能最大限度的滿足變風量機組對風量、冷量、噪音的調(diào)節(jié)要求，節(jié)能效果更明顯，體積小，可靠性穩(wěn)定性高。

    目前，變頻控制器以其特有的優(yōu)勢，正被中央空調(diào)業(yè)內(nèi)人士所青睞。

    中央空調(diào)調(diào)節(jié)冷凍/冷卻泵轉(zhuǎn)速的節(jié)電原理：

    采用交流變頻技術控制冷凍/冷卻泵的運行，是目前中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的有效途經(jīng)之一。

    泵的負載功率與轉(zhuǎn)速成3次方比例關系，即P∝N3，其中P為功率，N為轉(zhuǎn)速；可見用變頻調(diào)速的方法來減少水泵流量的經(jīng)濟效益是十分顯著的，當所需流量減少，水泵轉(zhuǎn)速降低時，其電動機的所需功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。例如：

    A． 當水泵流量下降10％（跟蹤輸出頻率為45Hz）

    則電動機軸功率P′=(0.9)3P=0.729P即節(jié)電率27.1％

    B.當水泵流量下降30％（跟蹤輸出頻率為35Hz）

    則電動機軸功率P′=(0.7)3P=0.343即節(jié)電率65.7％

    當冷水機負荷下降時，所需的水流量減少，通過電動機的調(diào)速裝置降低泵的轉(zhuǎn)速來減少水的流量，泵的軸功率相應減少，電動機的輸入功率也隨之減少。當用冷量增加，冷機負荷量增大，冷凝器進出水溫差增大，變頻器運行頻率增加，水泵轉(zhuǎn)速加快，水流量增加，從而維持溫差恒定。反之亦然。從而達到理想的節(jié)能效果。

三晶變頻器在中央空調(diào)上的應用

    在我國經(jīng)濟快速發(fā)展的大背景下，由于房地產(chǎn)的快速發(fā)展需求，中央空調(diào)的市場需求呈現(xiàn)強勁的增長趨勢。在市場容量不斷增大的吸引下，越來越多的廠家加入到商用中央空調(diào)的領域。節(jié)能技術應用于中央空調(diào)系統(tǒng)，對提升中央空調(diào)自動化水平、降低能耗、減少對電網(wǎng)的沖擊、延長機械及管網(wǎng)的使用壽命，都具有重要的意義。

    中央空調(diào)是現(xiàn)代大廈物業(yè)、賓館、商場不可缺少的設施，它能帶給人們四季如春，溫馨舒適的每一天，由于中央空調(diào)功率大，耗能大，加上設計上存在“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。因為季節(jié)的變化、晝夜的變化、賓館酒樓客人入住率的變化、娛樂場所開放時間的變化等等，從而導致中央空調(diào)系統(tǒng)對室內(nèi)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?shù)母辉Ａ�，因此，存在明顯的節(jié)電空間。將變頻技術引入中央空調(diào)系統(tǒng)，保持室內(nèi)恒溫，對其進行的節(jié)能改造是降本增效的一條捷徑。

    █中央空調(diào)系統(tǒng)

    圖1所示為一典型中央空調(diào)機組系統(tǒng)圖，主要由冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)及主機三部分組成：

   

   

    ●冷凍水循環(huán)系統(tǒng)

    該部分由冷凍泵、室內(nèi)風機及冷凍水管道等組成，

工程

《中央空調(diào)變頻節(jié)能技術》(http://m.oriental01.com)。從主機蒸發(fā)器流出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(nèi)進行熱交換，帶走房間內(nèi)的熱量，最后回到主機蒸發(fā)器（回水）。室內(nèi)風機用于將空氣吹過冷凍水管道，降低空氣溫度，加速室內(nèi)熱交換。

    ●冷卻水循環(huán)部分

    該部分由冷卻泵、冷卻水管道、冷卻水塔及冷凝器等組成。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)進行室內(nèi)熱交換的同時，必將帶走室內(nèi)大量的熱能。該熱能通過主機內(nèi)的冷媒傳遞給冷卻水，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升溫后的冷卻水壓入冷卻水塔（出水），使之與大氣進行熱交換，降低溫度后再送回主機冷凝器（回水）。

    ●主機

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

    首先低壓氣態(tài)冷媒被壓縮機加壓進入冷凝器并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，這部分熱能被冷凝器中的冷卻水吸收并送到室外的冷卻塔上，最終釋放到大氣中去。隨后冷凝器中的高壓液態(tài)冷媒在流經(jīng)蒸發(fā)器前的節(jié)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(fā)器。冷媒在蒸發(fā)器中不斷氣化，同時會吸收冷凍水中的熱量使其達到較低溫度。最后，蒸發(fā)器中氣化后的冷媒又變成了低壓氣體，重新進入了壓縮機，如此循環(huán)往復。

    █節(jié)能理論

    ●中央空調(diào)節(jié)能改造前的工況

    在中央空調(diào)系統(tǒng)設計時，冷凍泵、冷卻泵的電機容量是根據(jù)建筑物的最大設計熱負荷選定的，都留有一定設計余量。由于四季氣候及晝夜溫差變化，中央空調(diào)工作時的熱負荷總是不斷變化。下圖2為一民用建筑物的平均熱負荷情況：

   

如上圖所示，該中央空調(diào)一年中負荷率在50%以下的時間超過了全部運行時間的50%。通常冷卻水管路的設計溫差為5～6℃，而實際應用表明大部分時間里冷卻水管路的溫差僅為2～4℃，這說明制冷所需的冷凍水、冷卻水流量通常都低于設計流量，這樣就形成了中央空調(diào)低溫差、低負荷、大工作流量的工況。

    在沒有使用節(jié)能系統(tǒng)前，工頻供電下的水泵始終全速運行，管道中的供水流量只能通過閥門或回流方式調(diào)節(jié)，這必會產(chǎn)生大量的節(jié)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(diào)水泵電機的耗電量約占中央空調(diào)系統(tǒng)總耗電量的30-40%，故對其進行節(jié)能改造具有很明顯的節(jié)能效果。

    ●節(jié)能理論根據(jù)

    由流體力學理論可知，離心式流體傳輸設備（如離心式水泵、風機等）的輸出流量Q與其轉(zhuǎn)速n成正比；輸出壓力P（揚程）與其轉(zhuǎn)速n的平方成正比；輸出功率N與其轉(zhuǎn)速n的三次方成正比，用數(shù)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(shù))

    由上述原理可知，降低水泵的轉(zhuǎn)速，水泵的輸出功率就可以下降更多。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，在中央空調(diào)系統(tǒng)中接入變頻節(jié)能系統(tǒng)，利用變頻技術改變水泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)管道中的流量，以取代閥門調(diào)節(jié)及回流方式，能取得明顯的節(jié)能效果，一般節(jié)電率都在30％以上。同時變頻器的軟啟動功能及平滑調(diào)速的特點可實現(xiàn)對中央空調(diào)的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，并可延長機組及管組的使用壽命。

    █節(jié)能方案分析

    中央空調(diào)各循環(huán)水系統(tǒng)的回水與出水溫度之差，反映了整個系統(tǒng)需要進行的熱交換量。因此，根據(jù)回水與出水的溫度差來控制循環(huán)水的流量，從而控制熱交換的速度，是首選的節(jié)能控制方法。

    ●冷凍水循環(huán)系統(tǒng)

    冷凍水的出水溫度是由主機的制冷效果決定的，通常比較穩(wěn)定，因此冷凍回水溫度可以準確的反映室內(nèi)的熱負荷情況。由此，對于冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的節(jié)能改造，可以取回水溫度作為控制目標，通過變頻器對冷凍泵流量的自動調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對室內(nèi)溫度的控制。

    ●冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

    冷卻水循環(huán)系統(tǒng)同時受室外環(huán)境溫度及室內(nèi)熱負荷兩方面影響，循環(huán)水管道單側(cè)的水溫不能準確反映該系統(tǒng)的熱交換量，因此以出水與回水之間的溫差作為控制室內(nèi)溫度的依據(jù)是合理的節(jié)能方式。在外界環(huán)境溫度不變的情況下，溫差大，說明室內(nèi)熱負荷較大，應提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水循環(huán)的速度；相應的，溫差小則減小冷卻泵轉(zhuǎn)速。

    ●方案結構示意圖根據(jù)上述分析，可得出整個節(jié)能工程結構示意圖如圖3所示：

   

由上圖，該節(jié)能方案的基本思路為：

    分別在主機蒸發(fā)器回水處、冷凝器出水及回水處安裝溫度傳感器，實時檢測管網(wǎng)的溫度，以模擬信號（0~10V或者4~20mA）反饋給變頻器，通過變頻器內(nèi)置的PID運算輸出相應的頻率指令后自動調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)各循環(huán)水的熱交換速度，最終實現(xiàn)對室內(nèi)恒溫度的控制。需要特別說明的是，變頻器內(nèi)部在設計上集成了溫差反饋處理功能，系統(tǒng)無須另配專用控制模塊。

    ●電路控制方案

    某公司LG中央空調(diào)機組數(shù)據(jù)如下表：

    機組

    機型

    常用數(shù)量

    備用數(shù)量

    總計數(shù)量

    中央

    空調(diào)

    冷凍泵電機

    45KW（380V）

    2臺

    1臺

    3臺

    冷卻泵電機

    75KW（380V）

    2臺

    1臺

    3臺

   

   

   

    三臺水泵中，春秋季節(jié)只用一臺，備用兩臺；夏季高峰時常用兩臺，一臺備用。

    要求：一臺變頻運行，且可以通過人工方式進行切換，其他可通過人工方式直接啟動到工頻運行。

    設計：3臺水泵電機選配1臺變頻器。工作時可選擇任意一臺水泵做主泵、由變頻器直接拖動并且變頻運行（由內(nèi)置PID進行閉環(huán)控制）；其余兩臺水泵做輔泵、由人工依據(jù)制冷特點相應進行啟�？刂疲�使電機工頻運行。如下圖所示：

   

   

    該方案使用SAJ8000系列通用變頻器，“市電”“節(jié)電”旁路需要另配電控柜及電氣配件。

   

圖為LG中央空調(diào)機組

    ●變頻節(jié)能系統(tǒng)特點

    1、變頻器界面為LED顯示，監(jiān)控參數(shù)豐富；鍵盤布局簡潔、操作方便；

    2、變頻器有過流、過載、過壓、過熱等多種電子保護裝置，并具有豐富的故障報警輸出功能，可有效保護供水系統(tǒng)的正常運作；

    3、加裝變頻器后，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；

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

    5、該系統(tǒng)實現(xiàn)了對溫度的PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，室內(nèi)溫度變化平穩(wěn)，人體感覺舒適。

    █ 總結

    將變頻技術應用于中央空調(diào)系統(tǒng)，對提升中央空調(diào)自動化水平、降低能耗、減少對電網(wǎng)的沖擊、延長機械及管網(wǎng)的使用壽命，都具有重要的意義。