淺談高層建筑中央空調(diào)送風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)

摘要：隨著高層建筑的數(shù)量不斷增加，中央空調(diào)投入使用量也在快速增加，但因?yàn)橹醒肟照{(diào)系統(tǒng)的能耗量相對(duì)較大，所以如何節(jié)約能源、提高效率成為迫切需要解決的問題。本文主要以節(jié)能為原則，從實(shí)際工程設(shè)計(jì)出發(fā)，提出了變頻加閉環(huán)控制的方法對(duì)送風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造的新思路，并給出了具體改造的方案及控制器電路。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；節(jié)能；送風(fēng)；變頻器；高層建筑；系統(tǒng)

隨著我國的高層建筑、寫字樓、飯店、賓館不斷增加，中央空調(diào)的使用量也不斷增加，許多大廈的送風(fēng)機(jī)處于開環(huán)、恒速、24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，送風(fēng)量的大小僅通過擋風(fēng)板進(jìn)行調(diào)節(jié)，而送風(fēng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的總功率通常在上百到幾百千瓦，使得中央空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)的用電量較大，大廈的經(jīng)營者每年要花費(fèi)巨額的空調(diào)電費(fèi)。如能在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上對(duì)送風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，使系統(tǒng)能根據(jù)需要進(jìn)行送風(fēng)，將能提高送風(fēng)效率、節(jié)約能源、減少浪費(fèi)。

1、空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能潛力分析

以某大型酒店為例，酒店客房的入住率、四季的變化及每日不同的時(shí)間段，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)要求也不同，因此存在節(jié)能改造的可能性和可行性，可從以下幾個(gè)問題分析入手。

1.1中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理

圖1所示的是某酒店中央空調(diào)的示意圖：空氣從回風(fēng)口和新風(fēng)口進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng)入口，入口處設(shè)調(diào)風(fēng)門以控制進(jìn)風(fēng)量的大小，過濾后的空氣繼續(xù)往前，到空氣混合室，通過送風(fēng)機(jī)后，被送去加濕，加濕后的空氣送去冷卻或加溫（隨季節(jié)而定），經(jīng)擋水板，然后，進(jìn)入空氣分配室，再到送風(fēng)管，最后進(jìn)入空調(diào)室。

圖 1 集中式中央空調(diào)系統(tǒng)示意

送風(fēng)一般由若干臺(tái)送風(fēng)機(jī)同時(shí)完成，所需送風(fēng)功率視需要而定，應(yīng)該是可調(diào)的。接受部分回風(fēng)可節(jié)省熱能，新風(fēng)口能增加新鮮空氣。

1.2風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速送風(fēng)量和能耗之間的關(guān)系

風(fēng)機(jī)軸的輸入功率P與風(fēng)量的輸出Q和揚(yáng)程H之間有下列關(guān)系[2]；

P = kQH （1）

式中 k 為常數(shù)，式（1）說明，電機(jī)的輸出功率和它驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)的風(fēng)量 Q、揚(yáng)程 H 成正比，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n 變化時(shí)，風(fēng)機(jī)輸出的風(fēng)量 Q將發(fā)生變化，它們之間有下列關(guān)系：

Q2/Q1=n2/n1 （2）

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和出風(fēng)量成正比。風(fēng)機(jī)的輸出功率 P 和轉(zhuǎn)速n 有以下關(guān)系：

P2/ P1=（n2/n1）3 （3）

從式（1）、（2）、（3）可見減少送風(fēng)量可通過降低風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)。降低風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將大大地降低能耗，節(jié)能效果明顯。

2 節(jié)能送風(fēng)控制系統(tǒng)

節(jié)能送風(fēng)系統(tǒng)要考慮風(fēng)機(jī)的運(yùn)行控制方式，即應(yīng)使每臺(tái)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)間盡量均衡。另外，控制器應(yīng)簡單有效，設(shè)計(jì)時(shí)能考慮各種特殊情況，具有一定的抗干擾及應(yīng)變能力。

2.1 風(fēng)機(jī)的控制方案

圖 2 風(fēng)機(jī)接入、切除順序示意

在要求減少送風(fēng)量的時(shí)候，最有效的方法是改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)，對(duì)于三相交流異步電動(dòng)機(jī)使用變頻器即可有效地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)于用多臺(tái)風(fēng)機(jī)組成的送風(fēng)系統(tǒng)，這里以 3臺(tái)為例，擬采用如圖 2 所示的方案，來實(shí)施送風(fēng)量的調(diào)節(jié)。3臺(tái)電機(jī)的總功率應(yīng)大于等于最大送風(fēng)量所需的輸入功率。3臺(tái)電機(jī)中，只對(duì)第3

臺(tái)實(shí)施變頻調(diào)速，第 1、2兩臺(tái)以工頻方式運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣既可以減少變頻器的容量、成本，又能很好地完成風(fēng)量調(diào)節(jié)的目的。送風(fēng)系統(tǒng)工作過程如下：在最小負(fù)荷下，要保證有1臺(tái)電機(jī)按工頻方式運(yùn)轉(zhuǎn)，以保證最小的送風(fēng)量。當(dāng)要求送風(fēng)量增加時(shí)，可按以下方式改變運(yùn)行狀態(tài)，1號(hào)機(jī)運(yùn)行風(fēng)量不足，3號(hào)機(jī)投入按變頻方式運(yùn)行，逐步增加轉(zhuǎn)速以達(dá)到送風(fēng)量的要求。若送風(fēng)量仍然不足，2號(hào)機(jī)投入運(yùn)行，3號(hào)機(jī)仍以變頻方式運(yùn)轉(zhuǎn)，改變3號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到需要的送風(fēng)量。在要求送風(fēng)量減少的過程中，設(shè)3臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，先降低3號(hào)機(jī)的工作頻率到最低值。若送風(fēng)量仍然過大，可切除1、2號(hào)機(jī)中先接入的1臺(tái)，3號(hào)機(jī)以變頻方式高速運(yùn)轉(zhuǎn)；若送風(fēng)量仍然過大，降低3號(hào)機(jī)的轉(zhuǎn)速，直至切除3號(hào)機(jī)。

2.2閉環(huán)送風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)的構(gòu)成

要構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，需要在出風(fēng)口安置風(fēng)壓傳感器，以保證出風(fēng)口有恒定的風(fēng)壓，當(dāng)測得的風(fēng)壓上升時(shí)，說明送風(fēng)驅(qū)動(dòng)量過大了，此時(shí)應(yīng)降低送風(fēng)驅(qū)動(dòng)量。當(dāng)測得的風(fēng)壓降低時(shí)，說明此時(shí)送風(fēng)驅(qū)動(dòng)量不足需要加大送風(fēng)驅(qū)動(dòng)量。檢測到的風(fēng)壓信號(hào)和給定值進(jìn)行比較以確定送風(fēng)量的調(diào)節(jié)方向。閉環(huán)送風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)的框圖如圖3所示。控制器除輸出連續(xù)可調(diào)的模擬信號(hào)以調(diào)節(jié)變頻器的工作頻率之外，還要輸出開關(guān)量以確定1、2、3號(hào)電機(jī)的接入與切除。

圖 3 送風(fēng)機(jī)變頻控制結(jié)構(gòu)示意

2.3 控制器設(shè)計(jì)

控制器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)送風(fēng)量的控制，使送風(fēng)壓力保持基本恒定。這里用單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成，如圖4所示。用數(shù)碼管顯示送風(fēng)壓力，壓力的給定可以用鍵盤輸入也可以用電位器經(jīng)A/ D轉(zhuǎn)換后輸入。控制器在功能上，既能實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，也能實(shí)現(xiàn)分級(jí)不連續(xù)控制，具體通過程序編制實(shí)現(xiàn)。

圖 4 控制器及電機(jī)電路

3結(jié)論

中央空調(diào)的送風(fēng)系統(tǒng)采用了變頻加閉環(huán)控制后，運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)電效果明顯。雖然在原有的系統(tǒng)中增加了變頻器，但由于只對(duì)單臺(tái)風(fēng)機(jī)采用變頻控制，要求的變頻器容量一般僅在幾十千瓦；另外，用單片機(jī)及其外圍電路作為控制器；再是不需要對(duì)原系統(tǒng)作多少改變。所以，對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的投入并不大，系統(tǒng)改造后的經(jīng)濟(jì)效益明顯。

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