淺談高層建筑中央空調送風節能系統

摘要：隨著高層建筑的數量不斷增加，中央空調投入使用量也在快速增加，但因為中央空調系統的能耗量相對較大，所以如何節約能源、提高效率成為迫切需要解決的問題。本文主要以節能為原則，從實際工程設計出發，提出了變頻加閉環控制的方法對送風系統進行節能改造的新思路，并給出了具體改造的方案及控制器電路。

關鍵詞：中央空調；節能；送風；變頻器；高層建筑；系統

隨著我國的高層建筑、寫字樓、飯店、賓館不斷增加，中央空調的使用量也不斷增加，許多大廈的送風機處于開環、恒速、24h連續運轉狀態，送風量的大小僅通過擋風板進行調節，而送風驅動電機的總功率通常在上百到幾百千瓦，使得中央空調送風系統的用電量較大，大廈的經營者每年要花費巨額的空調電費。如能在現有的基礎上對送風系統進行節能改造，使系統能根據需要進行送風，將能提高送風效率、節約能源、減少浪費。

1、空調送風系統節能潛力分析

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間段，對空調系統的送風要求也不同，因此存在節能改造的可能性和可行性，可從以下幾個問題分析入手。

1.1中央空調系統的工作原理

圖1所示的是某酒店中央空調的示意圖：空氣從回風口和新風口進入空調系統入口，入口處設調風門以控制進風量的大小，過濾后的空氣繼續往前，到空氣混合室，通過送風機后，被送去加濕，加濕后的空氣送去冷卻或加溫（隨季節而定），經擋水板，然后，進入空氣分配室，再到送風管，最后進入空調室。

圖 1 集中式中央空調系統示意

送風一般由若干臺送風機同時完成，所需送風功率視需要而定，應該是可調的。接受部分回風可節省熱能，新風口能增加新鮮空氣。

1.2風機的轉速送風量和能耗之間的關系

風機軸的輸入功率P與風量的輸出Q和揚程H之間有下列關系[2]；

P = kQH （1）

式中 k 為常數，式（1）說明，電機的輸出功率和它驅動的風機的風量 Q、揚程 H 成正比，當風機轉速n 變化時，風機輸出的風量 Q將發生變化，它們之間有下列關系：

Q2/Q1=n2/n1 （2）

風機轉速和出風量成正比。風機的輸出功率 P 和轉速n 有以下關系：

P2/ P1=（n2/n1）3 （3）

從式（1）、（2）、（3）可見減少送風量可通過降低風機的轉速實現。降低風機的轉速將大大地降低能耗，節能效果明顯。

2 節能送風控制系統

節能送風系統要考慮風機的運行控制方式，即應使每臺風機的運行時間盡量均衡。另外，控制器應簡單有效，設計時能考慮各種特殊情況，具有一定的抗干擾及應變能力。

2.1 風機的控制方案

圖 2 風機接入、切除順序示意

在要求減少送風量的時候，最有效的方法是改變風機的轉速。風機的轉速可通過改變電機的轉速實現，對于三相交流異步電動機使用變頻器即可有效地改變電機的轉速。對于用多臺風機組成的送風系統，這里以 3臺為例，擬采用如圖 2 所示的方案，來實施送風量的調節。3臺電機的總功率應大于等于最大送風量所需的輸入功率。3臺電機中，只對第3

臺實施變頻調速，第 1、2兩臺以工頻方式運轉，這樣既可以減少變頻器的容量、成本，又能很好地完成風量調節的目的。送風系統工作過程如下：在最小負荷下，要保證有1臺電機按工頻方式運轉，以保證最小的送風量。當要求送風量增加時，可按以下方式改變運行狀態，1號機運行風量不足，3號機投入按變頻方式運行，逐步增加轉速以達到送風量的要求。若送風量仍然不足，2號機投入運行，3號機仍以變頻方式運轉，改變3號機轉速以達到需要的送風量。在要求送風量減少的過程中，設3臺風機同時運轉，先降低3號機的工作頻率到最低值。若送風量仍然過大，可切除1、2號機中先接入的1臺，3號機以變頻方式高速運轉；若送風量仍然過大，降低3號機的轉速，直至切除3號機。

2.2閉環送風機變頻系統的構成

要構成閉環系統，需要在出風口安置風壓傳感器，以保證出風口有恒定的風壓，當測得的風壓上升時，說明送風驅動量過大了，此時應降低送風驅動量。當測得的風壓降低時，說明此時送風驅動量不足需要加大送風驅動量。檢測到的風壓信號和給定值進行比較以確定送風量的調節方向。閉環送風機變頻系統的框圖如圖3所示。控制器除輸出連續可調的模擬信號以調節變頻器的工作頻率之外，還要輸出開關量以確定1、2、3號電機的接入與切除。

圖 3 送風機變頻控制結構示意

2.3 控制器設計

控制器主要實現對送風量的控制，使送風壓力保持基本恒定。這里用單片機及其外圍電路構成，如圖4所示。用數碼管顯示送風壓力，壓力的給定可以用鍵盤輸入也可以用電位器經A/ D轉換后輸入。控制器在功能上，既能實現連續控制，也能實現分級不連續控制，具體通過程序編制實現。

圖 4 控制器及電機電路

3結論

中央空調的送風系統采用了變頻加閉環控制后，運行穩定，節電效果明顯。雖然在原有的系統中增加了變頻器，但由于只對單臺風機采用變頻控制，要求的變頻器容量一般僅在幾十千瓦；另外，用單片機及其外圍電路作為控制器；再是不需要對原系統作多少改變。所以，對整個空調系統的投入并不大，系統改造后的經濟效益明顯。

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