中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造

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　摘要：針對中央空調(diào)系統(tǒng)在節(jié)能方面存在的問題，分析并提出改造方案，介紹改造效果。

　　關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；節(jié)能；變頻器；改造

　　中央空調(diào)是酒店的耗電大戶，每年電費中空調(diào)約占60%，而且近年來“電荒”問題日益突出，因此酒店中央空調(diào)的節(jié)能改造顯得尤為重要。

　　一、改造前酒店中央空調(diào)系統(tǒng)工作簡述

　　1.系統(tǒng)啟動后，冷凍單元工作，蒸發(fā)器吸收冷凍水熱量，同時冷凝器釋放熱量升高冷卻水溫度。

　　2.冷凍泵加壓將降溫后的冷凍水送入冷凍水管道，在房間由室內(nèi)風(fēng)機加速進行熱交換，帶走房間內(nèi)的熱量降低房間溫度后流回冷凍水端。

　　3.冷卻泵將升溫后的冷卻水壓入冷卻塔，冷卻塔風(fēng)機加速將冷卻水熱量散發(fā)到大氣中。

　　4.冷凍機組工作一段時間后，當(dāng)溫度達到設(shè)定值時中間繼電器及接觸器動作，冷凍機停止工作，溫度回升冷凍機則再次運行，往復(fù)循環(huán)。

　　二、系統(tǒng)存在的問題及可行性改造

　　1.冷卻／冷凍水泵不能根據(jù)實際需求調(diào)整循環(huán)量，電機工作效率低；系統(tǒng)由閥門和旁通調(diào)節(jié)水泵系統(tǒng)的流量與壓差，存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現(xiàn)象，致使中央空調(diào)使用效果不理想。

　　2.水泵電機采用Y－△起動方式，起動電流均為額定電流的3～4倍，大電流沖擊和電器的頻繁動作，將會縮短電機的使用壽命；起動時的機械沖擊和停泵時水垂現(xiàn)象，容易損壞機械散件、軸承、閥門、管道。

　　3.系統(tǒng)運行噪聲大、控制性能差、機組磨損嚴(yán)重、維護管理投入費用大。

　　為此必需對水泵系統(tǒng)進行節(jié)能改造，而解決問題的關(guān)鍵是水泵能夠隨著負(fù)載的變化有效調(diào)節(jié)流量并關(guān)閉旁通。根據(jù)流體機械理論：水泵、風(fēng)機的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，其軸功率與轉(zhuǎn)速（電源頻率）的三次方成比例。當(dāng)水泵、風(fēng)機的轉(zhuǎn)速減小時其軸功率顯著減小，例如將供電頻率由50Hz降為40Hz，則P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50（P為電機軸功率）?？梢娡ㄟ^變頻方式調(diào)節(jié)流體機械轉(zhuǎn)速從而達到控制其流量的目的，可節(jié)約大量電能。中央空調(diào)系統(tǒng)是按現(xiàn)場最大冷量需求量、冷卻／冷凍泵按單臺設(shè)備的最大工況設(shè)計的，實際使用中有90％強的時間，冷卻／冷凍泵都工作在非滿載狀態(tài)下。機械閥門調(diào)節(jié)流量不僅增大系統(tǒng)節(jié)流損失，而且調(diào)節(jié)是階段性的，造成整個空調(diào)系統(tǒng)工作在波動狀態(tài)。變頻器的軟啟動功能及平滑調(diào)速的特點可實現(xiàn)對系統(tǒng)的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)工作狀態(tài)穩(wěn)定，且易實現(xiàn)自動控制，延長機組及管網(wǎng)的使用壽命。綜合考慮決定在冷卻／冷凍水泵加裝變頻器系統(tǒng)作為改造的核心。

　　三、酒店中央空調(diào)系統(tǒng)改造方案

　　根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備對冷卻／冷凍水系統(tǒng)及冷卻塔風(fēng)機系統(tǒng)進行變頻改造。變頻器和PLC組成控制單元，其中冷卻/冷凍水泵采用溫度自動閉環(huán)調(diào)節(jié)：溫度傳感器將采樣的冷卻／冷凍水溫度轉(zhuǎn)換為電信號后送至PLC，PLC將該信號（水溫）與設(shè)定值進行比較運算后確定變頻器輸出頻率，改變冷凍／冷卻水泵轉(zhuǎn)速，達到節(jié)能目的。在系統(tǒng)的最末端安裝壓力傳感器，保證供水壓力，確?？照{(diào)使用效果（圖1）。

　　在冷卻／冷凍水循環(huán)系統(tǒng)各裝設(shè)一套變頻器，分別供2臺冷卻嶺凍水泵切換使用。其中冷卻水循環(huán)系統(tǒng)回水與出水溫度差，反映了需要進行交換的熱量，根據(jù)這個熱量，系統(tǒng)控制循環(huán)水速度從而調(diào)節(jié)熱交換速度。若溫差大說明冷凍機組產(chǎn)生的熱量大，此時系統(tǒng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大循環(huán)速度，加速冷卻水的降溫；若溫差小，說明冷凍機組產(chǎn)生的熱量小，系統(tǒng)降低冷卻泵的循環(huán)速度。

　　具體的電氣設(shè)計是：PLC先控制變頻器軟啟動電動機M1，當(dāng)M1達到額定轉(zhuǎn)速但系統(tǒng)仍未達到設(shè)定溫差值，PLC就將M1切換到工頻電網(wǎng)運行，再啟動電動機M2，通過變頻器控制M2運行，調(diào)節(jié)冷卻水的循環(huán)速度。當(dāng)M2轉(zhuǎn)速在下限值時，如果檢測值大于設(shè)定值，PLC控制M1停機，然后調(diào)節(jié)M2轉(zhuǎn)速達到設(shè)定要求。

　　冷凍循環(huán)系統(tǒng)由于出水溫度比較穩(wěn)定，因此回水溫度就能反映房間溫度，PLC根據(jù)回水溫度進行控制。回水溫度高，說明房間溫度高，系統(tǒng)應(yīng)提高冷凍泵轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)；反之亦然。

　　考慮到酒店的正常經(jīng)營，電路設(shè)計有工頻／變頻切換裝置，一旦變頻部分發(fā)生故障就將系統(tǒng)切換到工頻狀態(tài)運行。

　　四、改造效果

　　新系統(tǒng)運行一段時間后，主要設(shè)備均達到了預(yù)期的節(jié)電效果，數(shù)據(jù)見表1.