傳統(tǒng)中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能改造淺析

1、<p>　　傳統(tǒng)中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能改造淺析</p><p>　　摘要：中央空調(diào)的節(jié)能改造是一個多途徑的系統(tǒng)工程，本文主要以水系統(tǒng)節(jié)能改造為切入點(diǎn)通過對空調(diào)系統(tǒng)及技術(shù)原理的分析結(jié)合實(shí)際案例研究了中央空調(diào)的節(jié)能改造方法和措施。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；水系統(tǒng)；節(jié)能改造 </p><p>　　Abstract: the central air-c

2、onditioning energy saving is a system engineering approach, this paper mainly energy-saving water system as the breakthrough point through actual case studies of energy-saving methods and measures of central air conditio

3、ner of and technical principle of air conditioning system. </p><p>　　Keywords: central air conditioning water system; energy saving </p><p>　　中圖分類號：TU831 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p><p>　　隨著我

4、國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整轉(zhuǎn)型，構(gòu)建綠色經(jīng)濟(jì)，實(shí)施節(jié)能減排成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會發(fā)展的必然方向。而做為建筑能耗消耗的重要組成部分，中央空調(diào)的能耗減少已成為我國宏觀綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式下打造微觀低碳生活的重要舉措。從實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)來看，目前國內(nèi)許多大型建筑使用的傳統(tǒng)中央空調(diào)水系統(tǒng)的能耗占空調(diào)系統(tǒng)總能耗的比平均達(dá)到15%~20%，而總的能耗數(shù)字更是驚人。中央空調(diào)的節(jié)能改造是一個多途徑的系統(tǒng)工程，本文僅以水系統(tǒng)節(jié)能改造為切入點(diǎn)重點(diǎn)分析中央空調(diào)的節(jié)能改造方法和措

5、施。 </p><p>　　一、中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能改造原理 </p><p>　　中央空調(diào)提供建筑空間的制冷，保持建筑空間的溫度恒定，但因?yàn)榧竟?jié)和晝夜的變化，還有建筑空間人員入住率的變化，使得需冷量具有明顯的需求變化，而傳統(tǒng)中央空調(diào)設(shè)計的水系統(tǒng)為定流量系統(tǒng)，以最不利工況為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，因此冷水機(jī)組和水泵容量往往過大，并不能監(jiān)測環(huán)境的變化而調(diào)節(jié)自身的能耗，加之工藝設(shè)計上電機(jī)功率設(shè)計有相當(dāng)?shù)母辉Ａ?/p>

6、，即水泵的流量和揚(yáng)程都大于實(shí)際所需。而且，幾乎所有空調(diào)系統(tǒng)，最大負(fù)荷出現(xiàn)的時間一般都很少，這些原因都造成大量能量消耗。 </p><p>　　中央空調(diào)系統(tǒng)中的冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)是完成外部熱交換的兩個循環(huán)水系統(tǒng)。以前，對水流量的控制是通過擋板和閥門來調(diào)節(jié)的，許多電能被白白浪費(fèi)在此上面。如果換成交流調(diào)速系統(tǒng)，可把這部分能量節(jié)省下來。每臺冷凍水泵、冷卻水泵平均節(jié)能效果就很樂觀。故用交流變頻技術(shù)控制水泵的運(yùn)行，是目前

7、中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能改造的有效途徑。 </p><p>　　二、中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能改造主要技術(shù)分析 </p><p>　　1、冷卻水系統(tǒng)的變頻調(diào)速 </p><p>　　冷卻水的進(jìn)水溫度也就是冷卻水塔內(nèi)水的溫度，它取決于環(huán)境溫度和冷卻風(fēng)機(jī)的工作情況；回水溫度主要取決于冷凍主機(jī)的發(fā)熱情況，但還和進(jìn)水溫度有關(guān)。 </p><p><b>

8、　　（1）溫度控制 </b></p><p>　　在進(jìn)行控制時，有兩個基本情況：如果回水溫度太高，將影響冷凍主機(jī)的冷卻效果。為了保護(hù)冷凍主機(jī)，當(dāng)回水的溫度超過一定值后，必須進(jìn)行保護(hù)性跳閘。一般情況下，回水溫度不得超過37度[1]。因此，根據(jù)回水溫度來決定冷卻水的流量是可取的。即使進(jìn)水和回水的溫度很低，也不允許冷卻水?dāng)嗔鳌Ｒ虼?，在?shí)行變頻調(diào)速時，變頻器需預(yù)置一個下限頻率。 </p><

9、;p><b>　?。?）溫差控制 </b></p><p>　　溫差量能反映冷凍主機(jī)的發(fā)熱情況、體現(xiàn)冷卻效果的是回水溫度與進(jìn)水溫度之間的“溫差”，把溫差作為控制的主要依據(jù)，通過變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)溫差控制是可取的。實(shí)際運(yùn)行表明，把溫差值控制在3~5度的范圍內(nèi)是比較適宜的。 </p><p>　　（3）溫差與進(jìn)水溫度的綜合控制 </p><p>　

10、　由于進(jìn)水溫度是隨環(huán)境溫度而改變的，因此，把溫差恒定為某值并非上策。因?yàn)椋?dāng)我們采用變頻調(diào)速系統(tǒng)時，所考慮的不僅僅是冷卻效果，還必須考慮節(jié)能效果。具體地說，則：溫差值定低了，水泵的平均轉(zhuǎn)速上升，影響節(jié)能效果：溫差值定高了，在進(jìn)水溫度偏高時，又會影響冷卻效果。實(shí)踐表明，根據(jù)進(jìn)水溫度來隨時調(diào)整溫差的大小是可取的。即：進(jìn)水溫度低時，應(yīng)主要著眼于節(jié)能效果，控制溫差可適當(dāng)?shù)馗咭稽c(diǎn)；而在進(jìn)水溫度高時，則必須保證冷卻效果，控制溫差應(yīng)低一些。 <

11、/p><p><b>　?。?）控制方案 </b></p><p>　　根據(jù)以上介紹的情況，冷卻泵采用變頻調(diào)速的控制方案可以有多種，考慮到節(jié)能和致冷的綜合效果，我們利用溫差控制為主。具體方式是：用傳感器采集冷卻水進(jìn)水和出水溫度，PID將溫差量變?yōu)槟M量反饋給中央處理器，然后由中央處理器控制變頻器的頻率。當(dāng)溫差相差不大，冷卻水流量可適當(dāng)減少，這時中央處理器使變頻器輸出為設(shè)定

12、的低頻值，電機(jī)轉(zhuǎn)速減慢，水流量減少；當(dāng)溫差較高時，冷凍機(jī)組有更多的熱量需要帶走，這時中央處理器使變頻器輸出為設(shè)定的較高頻率值，電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，水流量增加，帶走更多的熱量。如果冷卻水的回水溫度超過32℃時（可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定），變頻器優(yōu)先以較高頻運(yùn)行，這樣能夠根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時需要，提供合適的流量，不會造成電能浪費(fèi)。 </p><p>　　2冷凍水系統(tǒng)的變頻調(diào)速 </p><p>　　在冷凍水系統(tǒng)

13、的變頻調(diào)速方案中，提出的控制方案主要有兩種： </p><p>　　壓差為主溫度為輔的控制 </p><p>　　以壓差信號為反饋信號，進(jìn)行恒壓差控制。而以回水溫度信號作為目標(biāo)信號，使壓差的目標(biāo)值可以在一定范圍內(nèi)根據(jù)回水溫度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。就是說，當(dāng)房間溫度較低時，使壓差的目標(biāo)值適當(dāng)下降一些，減小冷凍泵的平均轉(zhuǎn)速，提高節(jié)能效果。這樣一來，既考慮到了環(huán)境溫度的因素，又改善了節(jié)能效果。 <

14、/p><p>　　溫度（差）為主壓差為輔的控制 </p><p>　　以溫度（或溫差）信號為反饋信號，進(jìn)行恒溫度（差）控制，而以壓差信號作為目標(biāo)信號[2]。就是說，當(dāng)壓差偏高時，說明負(fù)荷較重，應(yīng)適當(dāng)提高目標(biāo)信號，增加冷凍泵的平均轉(zhuǎn)速，確保最高樓層具有足夠的壓力。 </p><p>　　對于冷凍水系統(tǒng)我們采用全閉環(huán)溫度控制。用一臺變頻器切換帶動一臺或一臺以上冷凍電機(jī)。具體

15、方法是：在保證冷凍機(jī)組冷凍水流量所需前提下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，可將其設(shè)定為下限頻率。水泵電機(jī)頻率調(diào)節(jié)是通過安裝在系統(tǒng)管道上溫度傳感器測回水溫度。溫控器將其與設(shè)定值進(jìn)行比較。當(dāng)冷凍回水溫度大于設(shè)定值時，變頻器輸出上限頻率，水泵電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)冷凍回水溫度小于設(shè)定溫度時電機(jī)以設(shè)定的頻率曲線工作。 </p><p>　　三、傳統(tǒng)中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能改造實(shí)例分析 </p><p&g

16、t;　　&#61623;1、大廈原中央空調(diào)系統(tǒng)概況 </p><p>　　某大廈中央空調(diào)為一次泵系統(tǒng)，該大廈冷凍水泵和冷卻泵電機(jī)全年運(yùn)行，冷凍水和冷卻水溫差約為2度，采用繼電接觸器控制。 </p><p>　　&#61623;●冷水機(jī)組：采用兩臺（一用一備），電機(jī)功率為300KW。 </p><p>　　&#61623;●冷凍水泵：兩臺（一用

17、一備），電機(jī)功率為55KW，電機(jī)啟動方式為自耦變頻器降壓啟動。 </p><p>　　&#61623;●冷卻水泵：兩臺（一用一備），電機(jī)功率為75KW，電機(jī)啟動方式為自耦變頻器降壓啟動。 </p><p>　　&#61623;●冷卻塔風(fēng)機(jī)：三座，每座風(fēng)機(jī)臺數(shù)為一臺，風(fēng)機(jī)功率為5.5KW,電機(jī)啟動方式為直接啟動。 </p><p>　　&#61

18、623;系統(tǒng)存在的問題： </p><p>　　&#61623; （1）水流量過大使循環(huán)水系統(tǒng)的溫差降低，惡化了主機(jī)的工作條件，引起主機(jī)熱交換效率下降，造成額外的電能損失。 </p><p>　?。?）水泵采用自耦變頻器啟動，電機(jī)的啟動電流較大，會對供電系統(tǒng)帶來一定沖擊。 </p><p>　　（3）傳統(tǒng)的水泵起、停控制不能實(shí)現(xiàn)軟起、軟停，在水泵啟停時，會出

19、現(xiàn)水錘現(xiàn)角，對管網(wǎng)造成較大沖擊。 </p><p><b>　　2、節(jié)能改造措施 </b></p><p>　　&#61623;結(jié)合原中央空調(diào)的實(shí)際情況，確定水系統(tǒng)節(jié)能改造措施如下： </p><p>　　（1）、由于系統(tǒng)中冷卻水泵功率為75KW，占主機(jī)功率的30%，故對冷卻水系統(tǒng)和冷凍水系統(tǒng)進(jìn)行變流量改造，在保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行的情況

20、下，取得最大化的節(jié)能效果。 </p><p>　?。?）冷凍水系統(tǒng)的控制方案采用溫差控制方法，因?yàn)槔鋬鏊到y(tǒng)的溫差控制適宜用于一次泵定流量的改造，施工較容易，將冷凍水的送回水溫差控制在4.5~5.0度。具體做法是，PLC通過溫度傳感器及溫度模塊將冷凍水的出水溫度和回水溫度讀入PLC，根據(jù)回水和出水的溫度差來控制變頻器的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)冷凍水的流量，控制熱交換的速度。溫度大，說明室內(nèi)溫度高，應(yīng)提高冷凍泵的轉(zhuǎn)速，加快冷

21、凍水的循環(huán)速度以增加流量，加快熱交換的速度；反之溫差小，則說明室內(nèi)溫度低，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減少冷凍水的循環(huán)速度以降低流量，減速緩熱交換的速度，達(dá)到節(jié)能的目的。 </p><p>　?。?）冷卻水系統(tǒng)的控制方案也采用定溫差控制方法。因?yàn)槔鋮s水系統(tǒng)定溫差控制的主機(jī)性能優(yōu)于冷卻水出水溫度控制，將冷卻水的進(jìn)出水溫差控制在4.5~5.0度，控制過程也冷凍水類似。 </p><p>　　（4）兩臺

22、冷卻水泵M1、M2和兩臺冷凍水泵M3、M4的轉(zhuǎn)速控制采用變頻器改造。正常情況下，系統(tǒng)運(yùn)行在變頻節(jié)能的狀態(tài)，其上限運(yùn)行頻率為50Hz，下限為30；當(dāng)節(jié)能系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可啟動原水泵的控制回路使電機(jī)投入工頻運(yùn)行；在變頻節(jié)能狀態(tài)下可以自動調(diào)節(jié)頻率，也可以手動調(diào)節(jié)頻率。兩臺冷凍水泵（或冷卻水泵）可進(jìn)行手動輪換。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p&g