中央空調(diào)水泵節(jié)能方案

一、中央空調(diào)運(yùn)行控制方法分析

中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先是根據(jù)室外氣象參數(shù)和室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算冷負(fù)荷，按分區(qū)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)產(chǎn)品樣本選擇相應(yīng)的設(shè)備，組合成一個(gè)系統(tǒng)。但空調(diào)系統(tǒng)絕大部分時(shí)間是在不滿負(fù)荷的情況下工作。在不滿負(fù)荷工作的控制方式不合理，系統(tǒng)能效比會(huì)大大降低。現(xiàn)在空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行調(diào)節(jié)方式上，風(fēng)水系統(tǒng)主要是閥門(mén)（手動(dòng)、自動(dòng)閥門(mén)調(diào)節(jié)），主機(jī)利用卸荷方式，而這些方式是犧牲了阻力能耗來(lái)適應(yīng)末端負(fù)荷要求，造成運(yùn)行成本居高不下。

若采用變頻控制，能量的傳遞和運(yùn)輸環(huán)節(jié)控制為變水量（VWV）和變風(fēng)量（VAV），使傳遞和運(yùn)輸耦合并達(dá)到最佳溫差置換，其動(dòng)力僅為其它控制系統(tǒng)的30~60%，而且節(jié)能是雙效的，因?yàn)閷?duì)制冷主機(jī)的需求能耗同時(shí)下降。主機(jī)采用變頻節(jié)能控制，保持設(shè)計(jì)工況下的制冷劑運(yùn)動(dòng)的物理量（如溫差、壓力等）變化，節(jié)能較其它調(diào)荷方式明顯，如約克（YORK）的YT型離心式冷水機(jī)組，配置變頻機(jī)組在部分負(fù)荷下能效比可降至0.2kw/冷噸，可見(jiàn)變頻控制方式在空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用前景十分廣闊。

過(guò)去由于價(jià)格的原因，在中央空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)推廣較難。在變頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)非常成熟的今天，用此技術(shù)與暖通空調(diào)專業(yè)技術(shù)相結(jié)合，它并不是一門(mén)高價(jià)的技術(shù)，在小功率空調(diào)中其經(jīng)濟(jì)性都可承受，在中央空調(diào)系統(tǒng)中更不應(yīng)該成問(wèn)題：（1）中央空調(diào)運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)，節(jié)能問(wèn)題更突出；（2）變頻控制在整個(gè)系統(tǒng)中所占的造價(jià)比例不高；（3）變頻控制器的容量越大，每千瓦功率單價(jià)越低。

中央空調(diào)系統(tǒng)采用變頻器是可行的，其投資回收一般在6～12個(gè)月，以變頻控制器使用壽命10年計(jì)，其凈收益在10倍投資額以上。

二、中央空調(diào)調(diào)速節(jié)能原理

制冷機(jī)通過(guò)壓縮機(jī)將制冷劑壓縮成液態(tài)后送蒸發(fā)器中與冷凍水進(jìn)行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風(fēng)機(jī)風(fēng)口的冷卻盤(pán)管中，由風(fēng)機(jī)吹送冷風(fēng)達(dá)到降溫的目的。經(jīng)蒸發(fā)后的制冷劑在冷凝器中釋放出熱量，與冷卻循環(huán)水進(jìn)行熱交換，由冷卻水泵將帶來(lái)熱量的冷卻水帶到散熱水塔上由水塔風(fēng)扇對(duì)其進(jìn)行噴淋冷卻，與大氣之間進(jìn)行熱交換，將熱量散發(fā)到大氣中去。

舊操作系統(tǒng)為“星-三角轉(zhuǎn)換起動(dòng)”全壓運(yùn)行，此時(shí)空調(diào)機(jī)組在滿負(fù)荷狀態(tài)下工作，系統(tǒng)在起動(dòng)電機(jī)時(shí)不能平滑起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)沖擊大，長(zhǎng)時(shí)間頻繁起動(dòng)將造成電機(jī)的絕緣性下降，電機(jī)溫升過(guò)高，在運(yùn)行過(guò)程中不能有效的根據(jù)病房與辦公樓的需求，對(duì)溫度進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，只能工頻最大量進(jìn)給，這將勢(shì)必造成能量的浪費(fèi)。

而通過(guò)變頻頻改造后，能根據(jù)房間的制冷及制熱的需求自動(dòng)調(diào)節(jié)冷凍泵及冷卻泵的流量而達(dá)到節(jié)能降耗的目地。

（1）由于目前冷卻水循環(huán)泵為工頻滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，在制冷周期的前期和后期，環(huán)境溫度較低，冷卻水回水溫度較低，會(huì)造成溴化鋰結(jié)晶，導(dǎo)致空調(diào)機(jī)組效率降低，甚至保護(hù)。采用變頻恒溫差控制后，回水溫度得到有效控制，將大大提高空調(diào)機(jī)組的效率，達(dá)到節(jié)能目地

（2）由于冷凍水循環(huán)泵也在工頻滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，而不能根據(jù)室內(nèi)溫度的要求自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，而通過(guò)變頻改造后冷凍泵能根據(jù)室外溫度及室內(nèi)溫度要求能自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，提高效率，達(dá)到節(jié)能目地。

（3）減小空調(diào)開(kāi)機(jī)、停機(jī)時(shí)對(duì)供電和系統(tǒng)的沖擊

減小空調(diào)開(kāi)/停機(jī)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，由于循環(huán)水泵的功率較大，工頻起/停泵時(shí)，對(duì)電網(wǎng)的沖擊較大，影響其他設(shè)備的運(yùn)行。采用變頻控制后，水泵實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)、軟停止，其電流均小于額定電流，對(duì)電網(wǎng)不再產(chǎn)生沖擊。

減小停泵時(shí)循環(huán)水的水垂效應(yīng)，由于是變頻軟停止，且停泵過(guò)程可控制，可以完全消除停泵時(shí)的水垂效應(yīng)，消除水垂對(duì)空調(diào)系統(tǒng)管網(wǎng)的沖擊。

（4）降低設(shè)備的故障率

采用變頻控制后，循環(huán)水泵大部分時(shí)間工作在額定功率以下，這將有力的降低設(shè)備的故障率，減少設(shè)備維修和維護(hù)。

（5）提高設(shè)備的自動(dòng)化程度

實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)泵的過(guò)載、過(guò)流保護(hù)

對(duì)冷水機(jī)組的冷卻水、冷凍水的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制，保證機(jī)組的安全高效運(yùn)行。

綜上，中央空調(diào)的循環(huán)水泵采用變頻控制具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造非常必要。

三、中央空調(diào)變頻改造方案設(shè)計(jì)：

3.1冷卻水循環(huán)泵的變頻改造方案

3.1.1變頻控制方式，專業(yè)的冷卻泵變頻控制理論――恒溫差控制

3.1.2變頻節(jié)能控制原理

變頻控制系統(tǒng)根據(jù)冷凍機(jī)的回水和出水的溫度差，改變冷卻水循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，即改變冷卻水的流量，從而保持冷凍機(jī)的回水與出水的溫度差恒定。

水泵消耗的功率與轉(zhuǎn)速是立方關(guān)系，即

P ∝ n3    n――冷卻泵的轉(zhuǎn)速

由此可見(jiàn)，水泵消耗的功率在理想狀態(tài)下，與冷水機(jī)組的制冷量成正比，即

P ∝ Q    Q――,冷水機(jī)組的制冷量

3.1.4控制系統(tǒng)功能

1.冷卻出水、回水溫度檢測(cè)、顯示

2.恒溫差自動(dòng)控制

3.節(jié)能率：可達(dá)20％以上

4.運(yùn)轉(zhuǎn)泵與備用泵切換

5.冷卻水過(guò)溫差、欠壓力報(bào)警

6.冷卻水泵過(guò)載報(bào)警

3.2冷凍水循環(huán)泵的變頻改造方案

3.2.1變頻控制方式

1、 冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制

〔1〕、制冷模式下冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制

 該方案在保證最末端設(shè)備冷凍水流量供給的情況下，確定一個(gè)冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設(shè)定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調(diào)節(jié)是通過(guò)安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器檢測(cè)冷凍水回水溫度，再經(jīng)由溫度控制器設(shè)定的溫度來(lái)控制變頻器的頻率增減，控制方式是：冷凍回水溫度大于設(shè)定溫度時(shí)頻率無(wú)極上調(diào)。

〔2〕、制熱模式下冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制

 該模式是在中中央空調(diào)中熱泵運(yùn)行（即制熱）時(shí)冷凍水泵系統(tǒng)的控制方案。同制冷模式控制方案一樣，在保證最末端設(shè)備冷凍水流量供給的情況下，確定一個(gè)冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設(shè)定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調(diào)節(jié)是通過(guò)安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器檢測(cè)冷凍水回水溫度，再經(jīng)由溫度控制器設(shè)定的溫度來(lái)控制變頻器的頻率增減。不同的是：冷凍回水溫度小于設(shè)定溫度時(shí)頻率無(wú)極上調(diào)，當(dāng)溫度傳感檢測(cè)到的冷凍水回水溫越高，變頻器的輸出頻率越低。

3.2.2控制系統(tǒng)功能

1.冷凍水/熱水的出水、回水溫度檢測(cè)、顯示

2.恒溫差控制/恒溫控制可選

3.運(yùn)轉(zhuǎn)泵與備用泵切換

4.冷凍泵與熱水泵切換控制

5.水溫過(guò)溫差、欠壓力報(bào)警

6.循環(huán)水泵過(guò)載報(bào)警

根據(jù)以上方案分析，結(jié)合實(shí)際水泵運(yùn)行情況，現(xiàn)運(yùn)行中央空調(diào)系統(tǒng)具的很大的節(jié)能空間，節(jié)電率可達(dá)到20%左右，進(jìn)行節(jié)能改造是非常有價(jià)值的。

3.2.2控制系統(tǒng)的構(gòu)成

1． 變頻器：采用POWTRAN TECHNOLOGY 公司生產(chǎn)的節(jié)能型F變頻器，其軟件可以最大限度地提高電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)和電機(jī)效率。

2． 溫度、壓力變送器：系統(tǒng)采用高精度的溫度變送器對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行在要求的溫度范圍內(nèi)。

3． 控制儀表：采用英國(guó)儀表，控制精度高，故障率低。

4． 控制系統(tǒng)：采用普傳公司的中央空調(diào)專用控制系統(tǒng)，具有良好的操作性，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

5． 低壓電器：空氣開(kāi)關(guān)，接觸器，繼電器，按鈕等均采用進(jìn)口產(chǎn)品，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠。