醫院中央空調節能改造

王純剛

[摘要]中央空調系統的使用已日趨廣泛，但是其在為人們生活環境和工作環境提供服務時所消耗的電力能源是非常巨大的。現今，變頻節能技術已越來越受到人們的重視，將其應用到中央空調上能夠有效的降低功率的損耗，起到良好的節能作用。采用變頻調速后，水泵的工作壽命也將大大延長。

[關鍵詞]中央空調；節能改造；變頻節能技術；循環水泵；溫差變化

0引言

隨著國民經濟的發展和科學技術的進步，近年來人們對生活品質的追求越來越高，特別是中央空調系統的使用也已日趨廣泛。但當空調在為人們生活環境和工作環境提供服務時，所消耗的電力能源是非常巨大的。據不完全統計，一棟現代化辦公樓的總耗電量當中，中央空調的耗電量可達到48%，而目前醫院綜合大樓內，中央空調系統耗電量也是最大的，因此對其實行節能改造是醫院持續發展的必然趨勢。

1現今中央空調的不足之處

中央空調負載要求的不均勻性。每臺空調出廠所設置的最大負載量都是要比額定功率高出近20%，以保證無論外界氣溫是否高出預定值都能夠正常的運行，但在日常使用中，中央空調的實際功率根本達不到額定功率，所以存在一定裕量，其中冷凍系統能夠根據功率值來進行變化自動調節制冷效果：而中央空調中泵體的連續泵水量卻是不會改變的，這就形成了一定的浪費，同時相同的季節在每年的氣溫條件是不同的，在變化中也存在一定的浪費，為了達到節能的目的，我們通常希望在確保中央空調正常工作的同時降低泵水量，從而降低能耗。由于電動機的轉速是由生產廠家設定的，是恒定不可調節的，而水流量的計算又由電動機的轉速決定。所以這就增加了消耗，造成能源的浪費。水泵拖動電動機的容量選擇要滿足夏季、高溫天氣、白天最大制冷量時的供水量要求，但一年中不同季節和晝夜溫差變化極大，且醫院內每天門急診人數是變數，醫院病房問使用量每天也存在一定變動，加之設計時往往還要考慮輸水管路阻力特性不確定等安全系數，使水泵大部分時間處于流量過大的工況下運行，浪費的電能是比較多的。

2節能改造方案

目前所有種類的中央空調的組成主要包括制冷劑回路，外部熱交換系統和冷卻風機，制冷劑回路可以算得上是中央空調的核心部分，在蒸發室實現冷凍水與制冷劑之間的熱交換，使冷凍水的溫度降低：在冷凝室實現制冷劑與冷卻水問的熱量交換，制冷劑溫度降低。外部熱交換系統由冷凍水循環系統和冷卻水循環系統兩個循環水系統組成，因此節能改造主要從兩個循環水系統人手。

現今，變頻節能技術越來越受到人們的重視，將其應用到中央空調上能夠有效的降低功率的損耗，起到良好的節能作用，因此采用變頻節能控制水泵是非常行之有效的。中央空調的變頻節能技術主要是體現在對中央空調循環水泵電動機轉速的控制上，由于電動機的轉速在出廠時已經固定，所以變頻的根本就是對通過電動機的交變電流的控制，通過對交變電流的有效控制，就可實現中央空調的節能效果，其超載能力也會得到提升：要使電動機能夠輸出與外界環境溫度相匹配的轉矩就調節變頻器的實際輸出頻值，該輸出頻值是由電源的供電頻值降低所得到的，變頻節能技術的使用就能夠使電動機的工作轉速在一個可控范圍內，根據外界環境的變換而進行隨動變化。

一般來說，水泵屬于二次方律負載，工作過程中消耗的功率與轉速的三次方成正比，因為此時水泵主要用途是供水，但中央空調的循環水系統中工作的水泵，所用的水是不消耗的，從水泵流出的水又將流回水泵的進口處，而且醫院的綜合大樓多為高層大樓，回水管道本身具有一定的動能和位能，將反饋到水泵的進水口，在循環水系統中，水在封閉的管路中具有連續性，即使水泵的轉速很低，循環水也能在管路中流動，水泵轉速只是改變水的流量，且成正比關系，所以循環水系統里，水泵的功率與轉速的二次方成正比，

由此可知，通過調節電源供電電流的頻率對調節電動機的轉速效果較好，冷凍水冷卻水循環系統的變頻控制的實現，是根據冷凍水冷卻水溫差的變化來對水流量進行調節的，也是對電動機轉速的調節，為此在出水和回水管道上分別安裝溫度傳感器，出水和回水的溫差變化決定了電動機轉速的變化，當冷凍水溫差較大時，說明病房內溫度較高，或者說病房間數量此時使用較多，則泵水量應該適當的增加，即通過變頻器控制使電動機轉速應該得到提高，當溫差小時，則變頻器控制電動機的轉速就需要適當的降低，變頻技術對電動機轉速的適時調節要比閥體對流量的調節更加節能，中央空調的故障率也能降低不少進而使中央空調的運轉工況得到極大改善。

3節能計算分析及優點

采用變頻調速控制后，當水泵轉速下降10%，也就是水泵頻率從50Hz降為45Hz，循環水泵功率P₄₅=0.9²P₂₀=0.81P₅₀，當水泵轉速下降20%，也就是水泵頻率從50Hz降為40Hz，循環水泵功率P₄₀=0.8²P₅₀=0.64P₅₀，醫院中央空調冷凍及冷卻循環水泵，正常工作時采用30kW離心水泵各2臺，總功率是120kW，采用變頻調速后，如頻率為40Hz供電，耗電功率將降為76.8kW，節能效果是相當可觀的。

另外定速控制水泵啟動及停機時，我們經常會碰到壓力沖擊較大將使管壁受力而產生振動及噪聲，這就是由于水錘效應緣故，它可能會破壞管道上閥門和其他固定件：因變頻器是軟啟動方式，采用變頻調速后，可以通過預置水泵升速時間來延長啟動時間，使動態轉矩大為減少，在停機過程中，同樣可以通過對降速時間來延長水泵停機的過程，也使動態轉矩大為減少，從而徹底消除水錘效應。水泵整個工作過程中平均轉速下降、平均轉矩的減小等原因，使水泵葉輪承受應力大也為減小：軸承的磨損也大為減小，所以采用變頻調速后，水泵的工作壽命將大大延長。

[責任編輯：王偉平]