中央空调水系统变频节能改造的探讨

中央空调水系统变频节能改造的探讨

田江涛

巴音郭楞蒙古自治州体育场地管理中心新疆库尔勒市841000

摘要：随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。随着全球变暖，空调已经是人们生活的必须品，每年空调能耗问题一直是我国重点关注对象。经过不断研究，变频技术已经能够进行实际应用，有效地降低了我国能耗量，实现节能环保的目的。本文就中央空调水系统变频节能改造展开探讨。

关键词：中央空调；水系统；变频节能

引言

在中央空调使用率不断增加的背景下，传统空调水系统耗能大的劣势逐渐突显出来，与此同时，人们开始将变频节能理念应用到中央空调的水系统控制中去，不断根据空调类型设计出适合中央空调水系统节能的方案，贯彻落实了我国能源可持续发展战略。但目前我国在中央空调水系统变频节能改造方面还存在一定的不足，还需要不断地进行创新和改革。

1空调水系统工作原理

中央空调水系统包括制冷机组、冷冻/冷却水泵、供/回水管路、冷却塔及末端装置等，其中制冷机组可采用蒸汽压缩式系统、吸收/吸附式系统、喷射式系统等，系统运行的冷凝热由冷却水泵送至冷却塔处理后排出，蒸发器内，冷冻水与低温低压冷媒进行充分换热，利用低压液态冷媒的蒸发吸热作用降低冷冻水温度，并通过冷冻水泵送至室内末端，一般为风机盘管末端，并通过末端电动调节阀装置进行流量调节。末端装置内空气-水侧的换热温差一般为7~12℃，冷冻水温度通常通过冷机及电动调节阀进行调节，末端风机盘管装置主要包括翅片管式换热器、贯流式风机，翅片管换热器可实现冷冻水与空气的充分换热（当冷机状态切换转为制热运行时，风机盘管装置内循环的是冷却水），通过对冷冻水/冷却水温度及流量的控制满足房间内空气调节的舒适性需求。

2变频技术的简述

变频技术的特点在于其控制性强、节能显著、维护简单以及负载力高等，所以才会受到广泛的应用，尤其对中央空调的应用上，使用变频技术能大幅度降低能耗率，提高中央空调的工作效率。变频技术是一门集合了控制技术、微电子技术、电力电子技术以及计算机技术特点的综合性技术。变频器就是变频技术应用产品，其作用就是将工频电源转换成各种频率的交流电源，如提供直流电给逆变电路和控制电路，再经过直流中间电路进行平滑滤波，然后再由逆变电路将直流电转换成交流电提供给电机，达到电机能够变速运行的目的。现今的变频器类型可以根据主电路的工作方式，分为电压型变频器和电流型变频器。随着科技不断的进步，变频技术水平也会得到显著的提高，以满足现代人们生活的需要，将其应用到中央空调，能有效地达到节能的目的。

3中央空调水系统变频节能改造方法

3.1空调水系统变频节能原理

中央空调水系统变频是指对冷却水泵和冷冻水泵进行改造。通过对水泵变频，将水系统改造为变流量运行，使空调系统的负荷与实际相匹配。一般情况下，冷水机组是在定流量设计下运行的，冷水机组要保持定流量的主要原因有：①蒸发器（或冷凝器）内水流速的改变会改变水侧放热系数，影响传热；②管内流速太低，如果水中含有机物或盐，在流速小于1m/s时，会造成管壁腐蚀；③避免因冷水流量突然减小引起蒸发器冻结。实际空调系统水泵变频改造工程表明，对空调水系统水泵进行变频节能改造，对冷水机组的功率几乎没有影响。因此，合理利用变频节能控制方法，可以更好地保护整个中央空调控制系统。空调系统变频节能的依据是空调系统在部分负荷的运行状态下，通过减小水流量来维持空调系统冷负荷不变，从而节省循环水系统中水泵的能耗。根据水泵的工作原理可知，水泵的流量、扬程、转速和功率之间的关系为：

可见，水泵的流量与转速成正比，水泵的输入功率与转速的立方成正比。由该关系可知，当水泵的转速降低时，流量则按照某比例减小，相应泵的功率按该比例的三次方下降。一次泵水系统是实现空调水系统节能的最佳配置。传统的空调水系统在末端设置电动两通阀或电动三通阀，通过阀门开度来调节水流量。这种方法虽然能减小空调系统的流量，但却大大增加了系统的压力，即增加了系统的管路阻力，使大部分能量消耗在阀门上。随着变频器价格的下降，变频泵在空调水系统中的应用也越来越多。当泵的转速由n1变为n2时，相应的流量也从Q1变为Q2，实现流量调节，与普通的循环泵相比，节约了水泵的能耗。另外，变频泵可以使管网的流量连续变化，实现无级调节，有利于更好地降低水泵的能耗。

3.2变频空调器应用以及节能

现今的变频空调中都有安装变频控制器，利用先进的变压变频技术可以控制空调中压缩机的转速，可以根据自身的需求，连续调节冷热源，达到降温采暖的目的。而且可以事先设定变频时段，使其能够自动执行以及控制目标，带给人们节能、舒适的生活环境。变频空调器的优点主要有：（1）自动启动功能。能够通过变频空调可以在停电后又来电的时候可以自动调整空调系统，保证空调能够正常运行；（2）制热能力高。在低温条件下，能够提高压缩机的转速来迅速制造热量，这是传统空调无法做到的；（3）制冷热速度快。应用变频技术可以使空调能在第一时间以最大的功率制冷或制热，室内温度达到要求后便会自动降低压缩机的转速，恢复到正常运行状态。

3.3工程改造及节能效果

除了变频节能改造原理的应用，中央空调水系统的改造还应该结合工程改造原理，从改造工程角度实现空调的节能。随着科学技术的不断创新和发展，市场上出现的空调品牌越来越多，与此同时，空调系统类型也逐渐多样化，因此变频节能任务也更加复杂和艰巨。为了满足不同系统空调变频节能的需要，水系统改造应该从节能效益方面不断进行创新，通过工程改造不断摸索最适合中央空调的变频节能方法。例如体育馆空调改造工程，在2台冷却和冷冻水泵的基础上，采用H2蒸汽吸收式制冷主机进行改造。该工程在进行改造前水系统所消耗的能量较多，冷却水系统耗电量为17530kW?h，冷冻水系统耗电13435kW?h，进行改造之后，水系统能结合环境温度自行调节制冷量，冷冻水系统耗电11320kW?h，冷却水系统耗电10050kW?h，从整体上来看，该工程共节约电能9595kW，极大程度地解决了过去电机电流超出限定负荷的问题，有效改善了电机发热的问题，避免了空调启动失败现象的出现，使得水系统用电量得到了控制。

结语

建筑能耗在能源消耗中的占比较大，而建筑的空气调节系统耗能又是整体建筑能耗的主要方面，且以空调水系统耗能占比最大。为优化建筑系统整体耗能水平，需从空调水系统节能入手，在各个部分负荷点通过电机频率的无级调节，适当降低水泵频率，在不影响空调系统整体负荷及运行稳定性的前提下，降低水泵耗功，从而实现性能提升的目的，实现整个中央空调系统的节能控制，更有助于实现中央空调系统的节能减排。

参考文献

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