中央空調變頻節能的發展趨勢

摘#8195;要：中央空調系統的變頻改造，具有良好的節能效果，能夠隨系統熱負荷變化自動調節，具有調節迅速、操作方便以及維護量小的優；此外，通過變頻改造，能夠明顯改善電動機的起動性能，起動電流僅為額定電流的1／4，使得起動電流對電網產生的沖擊大為減小，電動機的使用壽命得以延長。

關鍵詞：中央空調；風機；水泵；變頻；節能

據統計全國工業總用電量的三分之一用于風機水泵和壓縮機之類的電氣傳動裝置這類機械的傳統控制方法是采用恒速交流電動機驅動同時用閘閥擋板放空回流等辦法實現流量的調節這樣的系統存在許多問題。例如：設備易于老化使用壽命短；為了留有裕量通常都采用過容設計使裝備在低負荷下運轉設備的利用率低；大多數應用場合都使用擋板和閘流閥調整流量運行效率低。

1．工程實例分析

由于上述問題的存在造成電能損耗大等諸多問題這是因為風機和泵類負載在滿負荷情況下運行的時間較少大部分時間運行在總負荷的60％-800%之間。因此采用電動機全速運行同時調節閥門和擋板的方式來調節流量就會造成很大的能源浪費，而采用改變電動機轉速的方法來實現流量的調節可以收到十分明顯的節電效果。在風機和泵類負載中存在著潛在的系統運行經濟增長點，因為它們的傳動系統在使用壽命期限內的總費用是由三個部分組成，即購買和安裝設備的投資維護費用及系統運行中的能量消耗費用。

經過對某大廈中央空調系統進行變頻改造。空調系統均由3臺冷卻水37KW與冷凍水循環系統30kW的電動機與各帶的水泵并聯共6臺構成，進行變頻改造時，使用了西門子MM430系列的變頻器對冷凍泵和冷卻泵進行調節。中央空調開機時間為4月中旬至11月中旬，每天開機10小時。下面以其中的1臺冷卻泵電動機為例，變頻改造前功率消耗P滿足：P=1.732UIcosΦ= 1.732×380×67.9×0.86= 38.43kW；改造后的功率消耗為：P = 1.732UI COS Φ= 1.732X 305× 45.4X0.96= 23.05kW節電率達到了40％，以空調系統每年4月中旬至10月中旬(214天)使用，每天使用10h，按電價每度0.6元計算，1年能夠節約電費(15.28～9.13)×214×10×0.6=19747.9 (元)，這樣計算，該系統1年所節約的電費就能收回變頻器成本，在投資回報率上分析是完全可行的。由于不同的空調在運行周期、負荷情況以及地區的電價上存在差異，改造后的節能效益也有所不同。

2．空調系統的改造方案

2.1#8195;改造的可行性分析

中央空調系統常用的制冷機組由多臺壓縮機組成，這種制冷機組在運行過程中能夠根據水溫的變化進行自動加載、減載，實現控制系統的有級調節 此外，組成機組壓縮機的順序起動可最大限度減少能量損耗，避免對電網的過度沖擊。由于制冷機組在部分負荷的情況下已經具有明顯的節能效果，若再進行變頻改造，并不能明顯增強節能效果，在通常情況下不會對壓縮機部分進行變頻改造。風機盤管系統，其電動機為功率較小的單相電動機，風機的轉速通過溫控器上的三速開關進行控制。通過對風機電動機輸入電壓的控制，調節風機的轉速，進而改變空調的送冷量。系統控制的通常做法是通過對閥門開度的調節，增大管阻實觀水量的控制。這種調節方法，大量的能量會無謂的消耗在閥門上，導致極大的浪費。如果將變頻器應用到中央空調循環水系統改造，通過變頻器對電動機轉速進行調節，能夠根據循環水系統實際負荷情況靈活地調整流量，這既能夠實現恒溫控制；又能節約大量的能量。

2.2#8195;變頻改造方案設計

根據變頻改造的可行性分析，能夠通過對中央空調系統中的冷凍泵、冷卻泵以及冷卻塔散熱風扇的變頻改造，最大限度實現空調系統的節能運行。冷凍泵的變頻改造。冷凍水的循環通過冷凍泵完成，冷凍水循環系統由“出水”和“網水”兩部分組成。“出水”是經制冷后的冷凍水從空調制冷機組流出的過程，而“回水”是指冷凍水通過冷凍泵輸送到不同的房間，在進行熱交換后，流回到制冷機組的過程。冷凍水循環時，通過回水與出水溫差的變化，能夠反映循環系統熱交換的熱量，也就能夠反映出房間溫度情況。

3．機水泵的變頻控制與節能

3.1#8195;風機的變頻控制變風量運行

由于風量Q=L(熱負荷)／△T*Cp(比熱)，而Ls(空調熱負荷)=Lp(設備熱負荷)+Lr (圍護結構熱負荷)。通常，Lp是不變的；而Lr隨環境溫度降低而降低。當L減小時，就可以減小風機轉速從而減小風量以實現節能。

3.2#8195;水泵的變頻控制的設計

流量不間斷地進行循環來設計的為了克服系統的阻力，水泵必須按照系統的特性曲線產生足夠的出口壓力，當限定區域內的冷卻需求減少時控制閥趨向關閉的位置系統阻力增加組合在一起的水泵和系統只能工作在水泵特性曲線和系統控制特性曲線的交點處。當水泵恒速運行并用控制閥控制流量使之由Qa變到Qb時，也就是說，當流量減少時水泵的出口壓力將由Ha增加到Hb，而系統則要求出口的壓力不致太高。因為過高的壓力將由控制閥來吸收。所吸收的壓力是隨流量的不同而有所變化的，這一壓力可能會大于按照運行需要控制閥能夠承受的壓力設計值，使得控制閥會被迫打開造成冷熱不均的現象發生，不僅浪費能源還加速了閥的磨損減少閥的使用壽命，系統的性能不能得到滿足還增加維護費用。

3.3#8195;水泵的恒速運行改為調速運行

采用變頻器進行水泵運行速度控制的情況下，水泵是根據系統的需要來改變其速度而不是單純的依據泵本身的特性曲線來運行，依據系統的特性曲線水泵是按照系統的實際需求量來進行速度調節，因而也消除了控制閥過壓的問題。隨著速度的降低水泵和電動機的軸承壽命也得以延長。除節能外，采用變頻器的成本還可以通過安裝和維護方面費用的節省來獲得補償傳統的系統。利用流量計或溫度傳感器的反饋信號就可以控制風機和泵的速度，從而滿足生產過程的實際需要。風機水泵采用變頻控制的運行結果表明：系統性能穩定、性價比高、操作簡便、運行維護費用低，達到了生產和管理對系統的要求。

綜上所述，應用新技術、高科技含量的產品對現有設備進行技術改造，是企業提高產品質量、完善生產管理、增加經濟效益、提高市場競爭力的一條有效途徑。

參考文獻：

[1]王靜、楊旭等，節能空調研究現狀和發展趨勢[J]．信息技術，2008．3．

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