变频节能在中央空调系统改造中广泛运用

变频节能在中央空调系统改造中广泛运用

杨勇张天顺

宁波奥克斯电气股份有限公司浙江宁波315191

摘要：当前，能源供应紧张对我国经济发展和社会生活产生了巨大的冲击，人们逐渐认识到了节约能源的重要性，因此节能减排成为一项重大举措。而中央空调在公用和民用建筑物中能耗巨大，约占建筑总能耗的55%，其中，中央空调水系统是耗能最大的部分。所以，降低循环水系统的能耗便成为空调系统节能降耗的关键。鉴于此，本文就中央空调水系统变频节能改造进行探讨，希望对中央空调水系统的节能改造有一定的帮助。

关键词：变频节能；中央空调；系统改造；广泛运用

1中央空调节能原理

1.1节能原理

中央空调的水泵和风机的特性虽然多种多样，其核心多是电机为主。这两种设备的工作特性基本相同，所以下面分析以水泵为例。离心式水泵转矩负载成二次方比例变化，n表示的是转速，Q代表的是流量，H表示的是水泵的扬水高度，N表示的是离心泵的轴功率，其这间的相互关系参照以下公式：Q1=Q2×（n1/n2）H1=H2（n1/n2）2N1=N2（n1/n2）3通过关系式可以看出，离心泵的流量和转速呈正向变化，扬程和转速的二次方呈正向变化，而其轴功率则和转速的三次方呈正向比例变化。因此当电机运行时，根据以下公式可以计算出其轴功率P：P=（ρρQH）/（ηcp）×10-2kW根据公式显示：Q-流量（m3/sH-全扬程（m）；ρ-液体密度（kg/m3）；ηc-动装置功率；ηp-泵的效率。图1是泵的流量Q于扬程H的关系曲线，图中曲线1为泵在转速n1下扬程-流量（H-Q）的特性。

图1

曲线3及曲线4表示的是管阻的变化特征。如果在A处水泵有着最佳工作效率最高，那么其在特定时间内将全部的液体输出，在这种情况下电机的轴功率P1和面积AH20Q1呈正向变化。结合工艺标准，当流量需从Q1减少到Q2时，如果用调节阀门方法（相当于增加管管网阻力），使管阻特征发生改变，系统从之前的点A向点B进行转变，这种情况下，水泵的扬水高度提升，电机的轴功率P2和扬程与流量的乘积面积BH2OP2呈正向变化的关系。倘若运用变频器对转速进行调整，将其是n1减慢到n2时，在符合相同流量P2的情况下，工作点在C点运行，泵扬程H3大幅度降低，轴功率P3与面积CH3OP2成正比。轴功率P3与P2、P1相比较将显著减少，节能效果十分明显。加之中央空调的一年中只有十几天是处于最大负荷、而设计院设计时都是按全年中最大负荷设计且加充足的裕量。实际运行时大部分时间是在50%~60%内波动，这样造成能量及电量浪费。并且人工调节阀门工作量大且不及时、准确。而本系统即通过变频且实行转速调节，可大大减低电能、人工劳动强度、减少设备磨损、维护，且具有软启动、软停止，减少对电网、设备电气及机械的冲击。

1.2系统组成

图3中央空调变频控制原理图

2循环系统控制比较

2.1旧式机械或电动控制的不足

设备在长期的运行过程中需要消耗大量的能源；工频启动电机形成较大电流，很大程度的缩短了其使用周期；对于温度没有良好的控制性能，仅仅只可以运用挡板或提高冷却水的循环速度来进行温度调节且温差较大，不能提供良好的舒适体验。特别是节能效果差，只能达到15%。

2.2变频控制优点

采用温度闭环控制方式，在启动电机时可采用变频的方式，有效降低了电流的冲击力，有效提高设备的使用周期；系统可对环境温度变化进行自动检测，可以通过调节变频器及相应的传感器实现室内温度的自动调节，无需使用阀门等装置，大大提高了调节效率；有效减少了电能消耗，除降低噪音之外，其节能率超过50%；除此之外还具有远程集中监控的功能。

3变频节能改造方案

3.1改造背景

本文主要以南通海阳国际大酒店中央空调改造工程为例，进行变频节能改造分析。（1）制冷机组，1用1备，8X26-1450HMZ溴化锂机组。（2）冷冻泵循环系，2用1备，55kW1台。（3）冷却泵循环系，2用1备，45kW1台。（4）冷却塔风机，2用2备，11kW台。

3.2改造目的

中央空调一年中只有十几天是处于最大负荷、而设计院设计时都是按全年中最大负荷设计且留有充足的裕量。实际运行时大部分时间是在50%~60%内波动，现阶段由于多数中央空调运用的都是开环控制系统，其在运用过程中无法接收反馈信息，从而无法实现功率和能量的自动调节，并且人工调节阀门工作量大且不及时、准确。故能耗较大。通过本系统变频节能改造后，自动收集电机运行参数，依据系统负荷自动调整电机转速，运行流量自动可控。同时提高系统运行的质量，具有软启软停，减少对电网对机械的冲击，减少设备磨损和人员劳动强度，实现转速可调、能耗可控、维护简单，节能降耗的目的。

3.3电气控制

（1）冷冻水泵和冷却水泵的电气控制示意图，系统连接方式见图4。

图5冷冻水泵和冷却水泵电气控制

对进水温度及出水温度运用PLC自动控制输出流量等模拟参数，再由变频系统实现控制4台风机变频运行，任一台风机可以强制退出或选择工频运行。

4结语

综上所述，中央空调能耗已成为建筑设计和运营过程中急待解决的重要课题，而中央空调耗能比重最大的水系统则是节能改造的关键所在。对中央空调水系统进行节能改造，不仅提高了整个中央空调系统的节能效果，还对中央空调的运行有着极大的帮助，具有广泛推广的价值。

参考文献:

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[2]林信贤.中央空调系统节能降耗改造中PLC与变频器的应用实践探讨[J].科技与创新,2015(15):76-77.

[3]姚遥.中央空调变频节能系统研究[D].武汉理工大学,2015.

[4]刘超焜.基于组态王6.52智能变频节能监控系统在中央空调节能改造中的应用[J].电气应用,2013,32(08):64-67.