1、中央空调水系统变频节能技术改造摘要:空调水系统是中央空调系统中的重要组成部分，具有较大的节能潜力。本文结合笔者多年实践经验，首先阐述了空调水系统变频节能原理，重点针对变频节能控制原理及相关设计要点进行探讨，并结合改造工程案例，分析其改造思路及节能效果。 关键词:空调；循环水系统；变频节能；原理 中图分类号：TK212.+2 文献标识码： A 文章编号： 随着我国社会经济建设的不断发展，中央空调系统已广泛应用于工业、高层建筑、政府办公楼和酒店等建筑当中，成为了大型建筑物不可缺少的配套设备之一。中央空调系统主要由制冷主机、循环水系统和风机盘管等设备组成，具有节约空间、投资方便、简化管理和满足客户个
2、性化需要等优点。但是，中央空调系统的能耗非常大，约占大型建筑总能耗的 50%，其中，循环水系统的耗电量约占整个系统耗电量的 20%，极大地浪费了电能，同时也恶化了中央空调系统的运行质量。因此，如何有效地降低循环水系统的能耗成为了技术人员急需解决的问题。 目前，空调节能方法使用较为频繁的是水系统变频节能技术。本文通过介绍水系统变频节能的原理，结合工程实例阐述了节能效果。结果表明，改造后的空调系统运行稳定，温度及适度满足要求，节能效果较为显著。 1 空调水系统变频节能原理 中央空调水系统变频指的是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。
3、 通常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是: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；管内流速太低，若水中含有机物或盐，在流速小于 1m/s 时，会造成管壁腐蚀；避免由于冷水流量突然减小，引起蒸发器的冻结。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，对整个中央空调控制系统会起到更好的保护作用。 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的不变，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
4、、转速与功率之间的关系为: (1) 式中:Q1、Q2 为水泵的流量，m3/h；n1、n2 为水泵的转速，r/s；H1、H2 为水泵的扬程，m；P1、P2 为水泵的功率，kW。 由式(1)可知，水泵的流量与转速成正比关系，而水泵的输入功率与转速的立方成正比关系。由该关系可知，当水泵的转速降低后，流量按照某比例减小，相应泵的功率按照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，即增加系统的管路阻力，使大部分的能量消耗在阀门上。 随着变频器价格的
5、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，实现了流量调节，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。设置旁通阀调节水量原理如图 1 所示。 图 1 设置旁通阀调节水量原理图 工频和变频运行效果比较如表 1 所示。 表 1 工频和变频运行效果比较 2 变频节能控制原理 空调水系统包括冷却水和冷冻水系统两部分。冷却水部分包括冷却水泵、冷却塔和冷却水管道。冷冻水部分包括冷冻水泵和冷冻水管道。在冷冻水部分出口和冷却水部分进出口都安装有二线制的温度变送器，对
6、冷却水部分的进出口温度送至变频器作温差控制，而冷冻水的出口温度作恒温控制。系统结构如图 2 所示。 图 2 系统结构示意图 图 2 中，温度变送器传送三个温度模拟量(冷却水进口温度、冷却水出口温度和冷冻水出口温度)至变频器，三个模拟量作为变频器控制判定根据。变频器再将启动泵信号传至 PLC，通过 PLC 启动相应水泵，实现水泵间的切换。变频器输出信号控制着电机转速的大小，最终实现水泵内水的流量控制。变频器将设置最低限和最高限来保护制冷主机和电机，根据实际需要，冷却水进出口温差变大时，则变频器增大频率，加快电机转速，加大水的流量；反之，温差变小，则减小频率，减慢电机转速，减小水的流量。 水系统变
7、频节能改造系统控制原理如图 3 所示。 图 3 系统控制原理图 3 工程改造及节能效果 由于空调系统的不同，采用变频节能改造的节能效益也不相同。本文以改造的某工程为例，分析其改造和节能效果。 改造工程为一政府办公楼，采用 H2 蒸汽双效型溴化锂吸收式制冷主机，配备两台冷却水泵和两台冷冻水泵。空调水系统的主要设备如表 2所示。 表 2 空调水系统主要设备 改造前，系统工频运行，即冷冻水和冷却水系统均按工频运行。运行过程中出现电机电流远超过电机的额定电流，电机外壳发热严重，甚至出现启动电流过大直接导致系统不能启动的情况。按照文中的控制原理和方法对现场系统进行改造，分析对比了系统改造前后的能耗状况。
8、改造前，水系统每天的能耗基本相等；改造后，每天水系统的能耗会根据当天天气情况导致空调房间制冷量的变化。系统改造前后水系统单月的耗电量如表 3 所示。 表 3 耗电量 其中，E 前冷却水为改造前冷却水系统所消耗的总能量；E 前冷冻水为改造前冷冻水系统所消耗的总能量；E 后冷却水为改造后冷却水系统所消耗的总能量；E 后冷冻水为改造后冷冻水系统所消耗的总能量。 该工程冷却水部分节省电能计算式为: E=E 后冷却水E 前冷却水=5957kWh(2) 冷冻水部分节能电能为: E=E 后冷冻水E 前冷冻水=5129kWh(3) 冷却水部分节电率为: =(5957/18630)100%=32%(4) 冷冻水部分节电率为: =(5129/15525)100%=33%(5) 综上所述，该工程水系统部分变频节能改造的节电率约为 33%。 4 结束语 结合空调水系统变频技术和控制原理，对空调系统进行改造。结果表明，改造后的空调系统运行稳定可靠，室内温湿度均满足要求，并且有利于系统设备使用寿命的延长，优化系统运行的质量。因此，随着制冷技术的不断发展和完善，中央空调水系统变频节能技术的应用将更为广泛。 参考文献 1 岳雪刚.对变频节能改造技术探讨和风险控制J.变频器世界,2011 年第 03 期 2 贾彤宙.中央空调变频节能技术改造综述J.河北工业科技,2012 年第 03 期
