中央空调节能改造技术

中央空调节能改造技术（精选十篇）

中央空调节能改造技术 篇1

关键词：空调,节能,改造技术

0 引言

根据深圳市贸易工业局、深圳市国土资源和房产管理局、深圳市建设局制定的《深圳市中央空调系统节能运行维护管理暂行规定》, 深贸工源字[2005]36号文件的第五十四条规定:由两台或两台以上制冷冷水机组组成, 且同时使用率低的制冷系统, 其冷水泵、冷却水泵宜采用变频等改造措施, 以减少单机运行时水泵无谓消耗的功率的文件精神, 公司提出对龙岗区投资大厦的中央空调系统进行节能改造, 鉴于成本和预算额度考虑, 本次节能改造仅对冷却水系统和冷冻水系统进行变频节能改造。

1 设计改造方案

从目前的电气技术条件来看, 以下两种方案都是可行的。

1.1 应用单片机

以单片机为中心, 加上程序存储器、系统存储器、人机对话接口电路、显示电路、组成一个控制系统, 这样只要编好适当的程序, 就能达到目的。

1.2 应用PLC

以PLC为核心, 加上触摸屏、传感器组成一个控制系统。根据工艺要求对PLC预置好程序, 用触摸屏实现人机对话, 也能很好地达到目的。

上述自动控制的两种方案中, 第一种方案特点是造价低、体积小、可在程序中设置不同的功能段, 满足不同规格模具的工艺需要, 但是单片机的PCB板少量制造费用大、制造周期也较长, 且单片机在生产中抗干扰能力较差, 还要修改动作时序或增加功能时相当困难, 故此种方案也不太适合设计要求。第二种方案特点是硬件制作简单、可靠性高、从软件上着手能满足多种工艺需要, 对模拟量采集, 数字量输出, 对产品的质量有很高的保证, 尤其是利用PLC, 多角度, 远距离控制, 优点是使庞大复杂的机构和动作简单化, 可根据生产需要更换不同的夹具载体就可实现对不同产品进行加工生产, 缺点是第一次投资大。综合以上方案, 权衡利弊在保证产品质量的前提下, 最终选取第二种方案进行电气设计。

1.3 主要元器件选择

可编程程序控制器是一种数字运算操作的电子系统, 专为在工业环境下应用而设计。采用了可编程序的存储器, 用在其内部存储执行逻辑运算, 顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令, 并通过数字式和模拟式的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程。PLC的品牌很多, 因考虑大公司的质量有保障, 且技术支持好;一般售后服务也较好, 还利于产品的扩展与软件升级;笔者对三菱PLC编程较为熟悉;故选用三菱产品。

2 PLC和数模转换模块的选型

2.1 PLC的原理与应用

中央空调系统的控制有3种控制方式:早期的继电器控制系统、直接数字式控制器DDC以及PLC (可编程序控制器) 控制系统。继电器控制系统由于故障率高, 系统复杂, 功耗高等明显的缺点已逐渐被人们所淘汰, 直接数字式控制器DDC虽然在智能化方面有了很大的发展。但由于DDC本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性限制了其应用范围。相反, PLC控制系统以其运行可靠、使用与维护均很方便, 抗干扰能力强, 适合新型高速网络结构这些显著的优点使其逐步得到广泛的应用。可编程控制器 (PLC) 是从1970年后发展起来的一种新型工业控制系统, 主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置, 可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。随着30多年来微电子技术的不断发展, PLC通过不断升级换代大大增强了其功能, 现在PLC不但有逻辑控制功能、还有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、联网通讯功能等多种性能, 是名符其实的多功能控制器。由PLC构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点, 是目前工业自动化的首选控制装置。

2.2 PLC的选型

现代的PLC的编程语言遵从易学、易懂、易用的标准。除了具备传统PLC助记符和梯形图编程功能外, 结构化语言和顺序功能图编程功能。PLC提供各种功能模块, 包括各种通讯功能选择、通讯参数设置, 以及可以具体到某年、某月、某日、某个时刻的多种定时器和超长定时器等, 方便了各种功能的实现, 有利于缩短开发周期和节省程序容量。根据节能改造的系统要求, 选用日本三菱公司的小型PLC (FX2N系列) 作为控制主机。此PLC为三菱公司FX系列小型机中档次较高的, 其主要性能指标见相关说明。

2.3 PLC内部元件的地址分配

编制新系统的PLC程序需要首先根据现场设备的情况进行I/O点数分配。经过对原控制系统的详细了解和分析, 确定了需要使用PLC的总输入输出点数为61点。其中输入点为32个, 输出点数为29个, 模拟量为6路, 其模块共占用48个I/O点, 所以选用FX2N-80MR作为主机, 扩展FN2N-8AD一块和FN2N-4DA一块, PLC系统中多余的I/O点作为备用以方便今后系统的扩展。

新节能系统中PLC的输入信号主要有三种: (1) 主控柜上的启动/停止开关的控制信号。 (2) 循环水系统中各阀门开启/关闭时的传感器信号。 (3) 系统中各变频器的报警信号和热过载继电器报警信号。输出信号主要有三种: (1) 冷冻水系统和冷却水系统以马达接触器的启动/停止信号等。 (2) 主控制柜上的工作、状态、报警指示灯信号。 (3) 系统中各变频器启动/停止信号。

通过合理的I/O分配和连接, 新的PLC系统将原系统中由接触器、继电器构成的控制系统完全取代。同时又保留了原系统中的强电控制部分, 既节约了改造成本又可以减少改造时的工作量, 并保证了整个控制系统改造前后操作方法保持一致性和控制功能连贯性。

3 变频器工作原理及变频器的选型

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。低压变频器主要采用交—直—交方式, 先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源, 然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器, 逆变部分为IGBT三相桥式逆变器, 且输出为PWM波形, 中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。通过变频器可以自由调节电机的速度。

根据新的节能改造系统的要求, 变频器拟采用三菱电机新一代FREQROL-F700通用变频器。三菱电机新一代FREQROL-F700通用变频器最适合风机、泵类负载使用。秉承F500的优良特性, 操作简单, 并全面提升各种功能:

1) 新开发的节能监视功能让节能效果一目了然。新增V/F曲线5点可调整功能。

采用长寿命设计 (设计寿命10年) , 维护简单, 使用安心, 同时还具有最先进的寿命診断及预警功能。内置噪声滤波器, 并带有浪涌电流吸收回路

2) 新增了RS-485端子, 增加支持Modbus-RTU (Binary) 协议。

3) 反向起动功能, 再生制动回避功能, 还增加了PTC热电阻输入。PLC的远程输出功能、标准配备更多的输入输出端子、简易磁通矢量控制功能、多泵控制功能、三角波 (摆频) 功能等更多功能特性。采用先进磁通矢量控制方式, 调速比可达1:120 (0.5~60 Hz) 。

4) 可拆卸式风扇和接线端子, 维护方便。柔性PWM, 实现更低噪音运行。内置RS485通信口, 并可支持各种常用的现场。

5) PID等多种功能适合各种应用场合。

变频器系统最终采用最佳励磁控制方式的F740系列, 对励磁电流进行最佳调整, 使电动机的效率得到更大幅度的提高, 进一步实现高效节能。

4 结语

中央空调节能改造技术 篇2

摘要：随着科技的进步，经济的发展，大量先进设备及技术被广泛的应用。年铜空调是先进设备的一种，具有调节温度、改善空气质量的作用，因此得到广大民众的喜爱及追求，被广泛的应用。随着暖通空调的使用，大大增加了我国的用电情况，是我国电能消耗快速增长。其原因在于暖通空调耗能加大、并且应用较多的原因，因而，对于暖通空调系统的节能改造技术的研发及应用称谓目前我国暖通空调系统中的主要任务。对于暖通空调的节能改造技术的应用，不仅能够降低空调的耗电量、减少电能的消耗，还能够促进我国能源的可持续，为我国能源的保护做基础。文章探讨了目前对既有建筑中暖通空调系统的改造情况，主要根据供暖系统及节能进行探讨。

关键词：既有建筑;暖通;空调;节能

前言：目前我搜过建筑耗能情况占我国总耗能的比例越来越大，已经由最早的10%的比重上升至27.45%的比例，严重影响我国能源的可持续。节能技术的利用，能够有效控制我国能源的消耗，提升我国能源的利用率，增加能源经济效益，为促进我国可持续发展奠定基础。因此，针对既有建筑的暖通空调节能改造技术的应用势在必行。

1暖通空调系统存在的主要问题

1.1原系统设计所存在的问题

暖通空调系统设计方案在很大程度上制约着系统的节能，然而，在实际设计中往往由于设计周期短、致使设计人员最终未能采用最合适的节能方案，最终造成暖通空调系统投资大、运行能耗高的结果。系统设计的优劣直接影响到系统的使用性能。由于系统往往都是按最大负载且有一定的余量设计的，但是在绝大部分时间内实际负载远远比设计负载低。对于空调系统，一年中负载在50%以下的运行小时数约占全部运行时间的50%以上。对于供热系统，原有系统在设计方面的不足，使其在后来的运行与调节方面遇到很多问题，如：水力失调严重、温控与热计量难度大等。供暖系统水力失调是导致用户冷热不均、动力和燃料消耗高的重要原因。远离泵站的用户由于进、出水压差很小，供水量明显不足，由此导致大流量、小温差的运行方式，不仅造成大量能源浪费，而且严重地影响用户采暖质量。

1.2运行管理主要存在的问题

在建筑工程施工过程中，由于施工复杂，因为暖通的建造常常被忽略，被人为次要工程，因此导致暖通空调系统马马虎虎的被应用，完全没有考虑暖通空调的质量养护节能特性。在施工过程中，由用户施工繁琐，施工人员技术交底、综合素质过低，在施工中仅仅凭以往的工作经验进行施工操作，遇到施工较为重要的部分出现能力所不及的现象，并给整个系统的运行用户建造造成了一定的技术缺陷，给系统造成一定的安全与质量隐患。使暖通空调系统没有经过节能技术的改造，造成系统耗能大，严重影响我国能源的节约问题。

2暖通空调系统节能改造

2.1供热系统形式的改造及温控策略。

根据原有供热系统的形式将供热系统的改造分为垂直式系统和水平式系统两类。在单管顺流系统的热力入口处或是在每根立管上加设温控装置，整体不改变原有垂直顺流的形式。改造后系统局部可调，也满足了温控的条件，在热力入口计量总热量。该种形式的优点就是最大限度的利用原有系统，改造工程量极小，基本对室内的装修无影响。加跨越管改造形式是在散热器水平支管之间增设一跨越管，跨越管通常比立管管径小一档或与其相同，与散热器并联，在散热器一侧安装适用于单管系统的两通散热器恒温阀或直接安装三通散热器恒温阀。使之根据室内负荷变化自动调节散热器的热水流量，维持用户设定的室温，从而达到节能的目的。在住宅建筑和归属不统一的公共建筑中可在每组散热器上加装蒸发式或电子式热分配表以实现热量计量，同时室外热力入口设置热量计量装置，用来计量系统的总热量。但在归属统一的公共建筑中，可直接在室外热力入口设置热计量装置，计量系统总热量即可。垂直双管的改造形式是指拆除原有的立管，增设供、回水两个立管，在散热器入口设置调节阀或温控阀控制散热器的流量，达到分户调节的目的。或者，也可以沿用原有的一根立管，同时增设一根立管并在散热器入口设置温控阀，以完成双管系统的改造。下分式双管并联系统供回水水平支管均位于本层地面上，管道采取明装方式，沿踢脚板敷设，管线可采用金属或非金属管材，热计量表等设在楼梯间，散热器进口设温控阀。

2.2空调系统的节能改造

（1）空调冷热源的节能改造。

空调冷热源形式的选择应综合考虑能耗指标、初投资和运行费用、使用寿命、安全和可靠性、维护管理难易程度、对环境的影响、当地能源结构、建筑特点等因素。

（2）空调系统型式的节能改造。

不同空调系统型式的能耗有所不同，对于既有建筑，应根据建筑的功能、负荷特点、运行特性、改造的经济性等方面综合考虑，选择合适的空调系统型式，例如变风量（VAV）空调系统、辐射板供冷与供热系统、变水量系统、水环热泵空调系统、变制冷剂流量（VRV）系统、工位空调系统等都具有节能的优点。但并不是所有具有节能特点的系统都适合各种场合的应用。

（3）空调排风系统的能量回收与利用。

新风系统能耗在空调通风系统中，占了较大的比例。为保证房间室内空气品质，不能以削减新风量来节省能量，而且还可能需要增加新风量的供应。建筑中有新风进入，必有相应的室内空气排出。这些排风相对于新风来说，含有热量（冬季）或冷量（夏季）。有许多建筑中，排风是有组织的，不是无组织的从门窗等缝隙挤出的。这样，有可能从排风中回收热量或冷量，以减少新风的能耗。特别是对于新风量大的既有建筑，条件适宜的地区，采用排风热回收能达到很好的节能效果。

（4）空调系统气流组织的节能方式。

气流组织直接影响室内空调效果，关系着房间工作区的温湿度基数、精度及区域温差、工作区气流速度以及系统运行的能耗，是空气调节设计及运行的一个重要环节。尤其是在室温要求在一定范围内波动、有洁净度要求以及高大空间几种情况下，合理的气流组织就更为重要。因为只有合理的气流组织才能充分发挥送风的作用，均匀地消除室内余热余湿，并能更有效地排除有害气体和悬浮在空气中的灰尘。因此，不同性质的空调房间，对气流组织与风量计算有不同的要求。对于有建筑空调系统，根据房间的功能、负荷特点、现有系统情况等，改造时如采用合理的气流组织方式，对系统的节能运行有很大影响。通风空调系统的气流分布模式是影响能耗的主要因素。

（5）空调风管系统的节能改造。

风管系统是空调系统中的一部分，主要作用是将空调内的空气输送到各个空调所在的房间或区域。在此过程中，风管容易被风的阻力所阻挡，因此风光在运行时需要消耗大量的电能，以完成操作。在空调系统的节能改造过程中，对于风管的节能改造也是必不可少的。因此，需要改造及设计人员重视风管的节能改造措施。

3结语

在既有建筑中，重视设备的运行及管理，有主与提高建筑的质量及经济效益，能够使能源消耗严重现象得到良好的控制，增加能源的使用率，有利于能源的分配及管理。建筑施工过程中，应该具有针对性的对各个部分制定出相应的管理制度，加强管理与监督，保证建筑施工中各个部分施工的安全与质量的保证。同时，应该加强人员的节能意识，做好节能意识的宣传，保证人员是在施工中注重建筑节能问题，并加强人员的责任意识，促进建筑施工中对于暖通节能改造基础的完善利用，促进我国能源的利用。

参考文献：

[1]周静，谢云波，田甜.某机场航站楼空调系统节能改造分析[J].低温建筑技术.2014（01）

基于PLC控制的中央空调节能改造 篇3

关键词 PLC 变频器；中央空调系统；节能改造；温度控制

中图分类号：TB657.2 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2009）06-0089-02

1 引言

中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计，而实际上在一年中，满负载下运行的时候比较少，几乎绝大部分时间负载都在70%以下。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节、气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，只要启动中央空调主机，水泵在工频下运行，也就是一直在满负荷状态下工作，导致电能的严重浪费。利用变频调速技术可大大降低水泵电机运行频率，从而降低电机转速，使循环水流量恰到好处地根据空调房间的需要与制冷量实时匹配，从而轻而易举地将部分电能节约下来[1]。

2 中央空调的构成及原理

中央空调系统主要有制冷机组、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、风机盘管系统。

2.1 制冷主机通往各个房间的循环水由制冷机组进行内部热交换提供，使冷冻水降温为5 ℃～7 ℃，并通过冷冻水循环系统向各个房间提供外部热交换源，内部热交换产生的热量由冷却水循环系统通过冷却塔向空气中排放，制冷机组也称为“制冷源”。

2.2 冷冻水循环系统由冷冻泵与冷冻管道组成，从制冷机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻管道，在各个房间内进行热交换，带走房间的热量，使房间内的温度降低。

2.3 冷却水循环系统由冷却泵、冷却管道、冷却塔等组成。制冷机组进行热交换，使冷冻水降温的同时，必将释放大量热量，该部分热量由冷却水吸收，冷却泵将升了温的冷却水压入水塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后将降了温的冷却水送回到制冷机组，如此反复循环。

2.4 风机盘管系统用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间。

本文主要讲述冷却水、冷冻水系统的变频调速技术改造。

3 制冷主机、冷冻泵和冷却泵的控制系统

3.1 硬件配置及控制系统如图1所示，选用西门子S7-200PLC作为主控单元，主机模块CPU226（继电器型），模拟量模块EM232两只，人机界面HITECH PSW6600S-S，开关电源各一只，热电阻模块EM231RTD三只[2]。

3.2 主机系统控制要求1）根据当前出水温度及设定值对系统采取加载、卸载和保持相应控制措施；2）具有故障检测与报警功能，能查询当前故障和历史故障记录；3）定时控制功能，能自动开关机组；4）系统和压机的保护功能齐全。

3.3 冷冻水系统控制将实际回水温度减去实际出水温度，并与实际温差做比较进行PID控制。冷冻水系统逻辑控制：PLC主机首先控制冷冻水出水和回水阀门，延时5秒钟启动冷冻水循环泵，冷冻水泵由变频器控制运行（主电路分开，变频器频率信号一样），变频器频率由模拟量EM232模块输出电流信号控制。当设定温差大于实际温差时，表明实际供冷量不足以满足空调房间需要，需要增加冷量，PLC控制模拟量输出电流增加，从而提高冷冻泵转速以使实际供冷量增加，则实际温差会逐渐减小直至接近设定温差；当设定温差小于实际温差时，表明实际供冷量有富余超过空调房间的需要，需要减小冷量，PLC控制输出电流减小，从而降低冷冻泵转速以使实际供冷量减小，则实际温差会逐渐减小直至接近设定温差[3]。

3.4 冷却水系统控制冷却水系统逻辑控制原理同冷冻水系统控制。

3.5 主要功能

1）空调用户可通过人机界面设定制冷出水温度，查看机组实际运行状态，包括压机的实际负荷，空调泵、冷却泵运行状态等。

2）通过EM231RTD实时监测实际的蒸发器出水/进水温度，冷凝器出水/进水温度，压机的排气温度。

3）程序根据实际的出水温度和设定温度，通过比较计算决定主机系统在加载区或卸载区和保持区。根据冷冻水出水和回水温差实际值和设定值的差值，适时调节冷冻泵的速度；根据冷却水出水和回水的温度差值，适时调节冷却泵的速度。

4）保护功能：程序适时监测各保护点的输入状态，空调泵、冷却泵的过载保护和水流开关异常时，停止机组运行。

4 结语

1）新的控制方案已于2006年底在某旅游学院投入使用，通过节能前和节能后的实际消耗电能进行比较，大约节能40%左右，投入运行一年左右即收回成本，达到大幅的节电效果。

2）对电机实现了软起动、软制动，大大降低起动电流，避免对电机和电网的冲击。

3）具有过流、过压、短路、缺相等多种保护功能，增强对电机及所带负载的保护功能。

4）能检测负载轻微的变化，并迅速调整输出功率，显示在操作屏上。

5）利用PLC实现各种逻辑控制、变频器起动控制及手动／自动、工频／变频转换和故障自动切换等功能。

6）使室温维持恒定，让人感到舒适。

参考文献

[1]冯垛生,张淼.变频器的应用与维护[M].广州:华南理工大学出版社,2001,9:208-210

[2]李道霖.电气控制与PLC原理及应用(西门子系列)[M].北京:电子工业出版社,2004,8:73-75

中央空调节能改造技术 篇4

1 空调系统节能的重要性

随着建筑行业的发展, 中央空调广泛应用于现代建筑中, 且在大型建筑结构中发挥着不可替代的作用, 明显改善了建筑室内环境与人们的生活方式。但是, 由于早期中央空调工程中, 一些设计人员简单利用设计手册中的现成方案、初步设计中的相关单位建筑面积的冷、热指标, 来直接确定建设过程中的冷、热负荷, 使得总负荷偏大, 造成装机容量、水泵装置、管道直径和末端设备偏大, 进而造成中央空调投资高、能耗大。

直到今日, 我国大多建筑物中央空调仍旧以最大冷热负荷来选择、设计机型, 在空调运行中, 无论条件如何复杂, 也存在大量余量, 而实际工作中, 高于九成的空调系统是非满负荷运行的, 因此, 现阶段中央空调系统造成了巨大能源浪费。

据统计, 大型建筑中中央空调日常能耗占到整个建筑能耗的50%以上, 建筑用能已接近了全国能耗总量的1/3, 因此, 以新技术实现中央空调系统节能成为现代建筑发展的必然走向, 也是实现资源节约, 优化资源利用的重要途径。

2 中央空调系统节能改造技术及其应用

2.1 空调冷热源系统改造

根据《公共建筑节能设计标准》规定, 可使用集中设置的冷、热水机或供热、换热装备作为空气调节和采暖系统的冷热源。

在实际改造工程中常见以下几种应用型式:1) 热泵型:地下水地源热泵系统、空气源热泵机组、地理管地源热泵系统、直燃型溴化锂冷热水机组等;2) 冷热组合型:冷蓄冷机组+燃油或燃气锅炉, 普通冷水机组+太阳能/热网直接供热/燃气锅炉, 分布式热电冷联供等方式。

各地区在进行机组或者设备选择时, 要根据本地能源结构、价格政策、建筑规模、环保规定等具体情况进行合理选择。如能源丰富地区, 可采用复合式能源供冷、供热技术, 当存在天然水资源、地热资源时, 可运用水 (地) 源热泵供热、供冷技术;工业发达且存在工厂余热的地区, 可将余热作为空调热源;具有热电厂的地区, 可进一步推广余热供暖、供冷技术。

在中小型公共建筑中可使用空气源热泵热、冷水机组, 一般情况下不采用电热锅炉及电热水器。在应用型式选择上, 建筑行业要全面考虑资金投入与运行费用、产品的安全性与使用年限、产品能耗与本地区能源条件、国家相关规定、环保效果、技术力量等因素, 在进行各项型式比较后, 选择可行性、可靠性及整体效益高的型式。

2.2 空调输配系统改造

2.2.1 变频技术

中央空调的水循环系统主要由水泵组成, 以变频器对水泵 (冷冻泵、冷却泵) 进行控制, 可根据制冷量自动调节水循环系统的水流量。传统的操作方法为“星一三角转换启动”全压运行, 此时中央空调机组处于满负荷工作状态, 在电机启动时会对电网产生重大冲击, 造成电机、变压器的绝缘受损, 使得水泵只能在工频状态下工作, 造成大量电能浪费。经变频改造后, 可根据冷媒水与冷却水的循环温度及进出水的温差, 来调节水泵流量, 这转变了以往以手动逐一开启设备的工作方式, 以规定程序进行自动开启。经过变频控制, 循环水泵电机在电网中运行, 电频器通过冷却水与冷冻水的温度变化来调节水泵电机的运转速度, 这既能满足中央空调系统正常工作的要求, 又能调节水流量, 进而实现了节水、节电、节能的目的。

冷冻泵控制:可将温度传感器、压力传感器及流量传感器放置于在冷冻水系统的总水管上, 实时跟踪供水、回水的温度、压力与流量, 根据实际情况进行冷冻水循环速度控制, 如回水温度高, 则加速冷冻泵运转, 提升冷冻泵转速, 若回水温度低, 则降低转速, 减少循环速度, 进而降低能耗。冷却泵控制:依据冷却水的出回水温度、温差来调节水泵办法转速与流量, 同时对冷却塔风机进行控制, 根据水温来改变冷却塔风机的转速, 调节水温, 进而实现节能效果。

2.2.2 大温差冷冻水输送技术

在具有较高技术、经济投入合理的情况下, 可尽量加大冷水供、回水的温差, 要求其温差高于5℃, 这不仅可降低运输系统的能耗, 且减少了冷水系统管径, 利于实现节能与节约投入的建设目的。但是, 水系统温差变化, 对空调末端及冷水机组相关设备功能产生一定影响, 然而由输送系统降低的能耗远远高于因此造成的传热效率降低而增加的能耗, 因此, 从整体上来说, 采用大温差冷冻水输送技术具有积极意义, 可有效实现节能效益。

2.3 空调自控系统改造

在设计空调系统时, 以最大负荷进行设计, 而实际运行中仅10%的时间可达到最大负荷, 若在系统运行中不对设备进行调控, 则会造成能耗、费用增加, 尤其是一些老系统, 因电气控制系统落户、使用时间较长、使用寿命将近, 导致整个空调系统能耗增加, 而研究证明, 合理的自动控制可降低20%左右的运行费用, 因此, 要实现中央空调节能效益, 必须进行自控系统改造。

同时, 中央空调的自动控制系统是建筑自动化系统的重要组成部分, 也是最复杂的成分, 且其系统设计可采用集中控制、分散驱动的设计思路, 因此, 在实际控制中要采用变频技术进行系统温度、流量控制, 进而实现节能目的。现阶段一些建筑工程采用Win CC、西门子S7系列PLC及其工控机, 有效实现了对中央空调系统的自动控制, 起到了节能作用。

3 结语

中央空调系统是实现建筑室内环境调控的重要途径, 但存在高能耗问题, 这影响了建筑整体效益的发挥, 给经济持续发展带来严重危害, 而中央空调系统的实际能耗在于输配系统、主机能耗, 因此必须采用变频控制、大温差冷冻水输送等技术进行对输配系统进行节能改造, 并进行空调自控系统改造, 进而实现建筑节能效益。

参考文献

[1]常惠芬.浅析中央空调未来的发展趋势[J].企业技术开发, 2011.

[2]林丽芝, 刘爱兰.中央空调系统节能管理与能源优化的探讨[J].冷藏技术, 2010.

[3]孙丰勇.中央空调系统安装的质量控制问题[J].企业技术开发, 2011.

中央空调节能改造技术 篇5

摘要：针对重庆大学主教学楼中央空调系统的特点和要求，我们将分层能量计量和用电计量集成到EA系统。EA能源顾问系统能够对重庆大学主教学楼的中央空调系统的运行信息的全面采集及综合分析处理，实现冷水机组与冷冻水系统、冷却水系统和冷却塔系统的匹配和协调运行，实现变负荷工况下整个系统综合性能优化，可保障冷机控制系统在任何负荷条件下，都高效率地运行，最大限度地降低整个系统的能耗。

关键词：山东大学，主教学楼，中央空调，节能改造

Abstract: aiming at the main teaching chongqing university of the central air conditioning system characteristics and requirements, we will be layered energy measurement and electricity meters integrated to EA system.EA energy adviser to chongqing university system to the main teaching of the central air conditioning system operation of information collection and comprehensive analysis and processing of comprehensive, realize water chillers and chilled water system, cooling water system and cooling tower system matching and harmoniously, realize the variable load conditions the whole system comprehensive performance optimization, guaranteeing cold machine control system in any load conditions, high efficiency operation, maximize reduce the energy consumption of the whole system.Keywords: shandong university, the main teaching building, central air conditioning, energy saving transformation

中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：

主教学楼中央空调节能改造概况及分析

1、改造概况

山东大学主教学楼是集教学、科研、办公、会议于一体的综合性大楼，位于重庆大学A区心脏地带，西邻经营学院，北临嘉陵江，南邻民主湖，总建筑面积70032平方米，建筑高低99米，分裙楼

一、裙楼二和塔楼三部分，地下三层，总空调面积37032平方米。

学校为了提高主教楼中央空调计量监控和节能经济运行，决定对相关系统进行节能改造，包括：

1、冷冻泵、冷却泵和冷却塔进行变频改造；

2、对冷机及控制系统进行节能改造；

3、对中央空调分楼层计量及楼层分项用电进行计量改造；

根据我们对项目的了解和实地的现场考察，我们发现此项目之前有一套机房控制系统，且为江森自控的产品系列，所以这个项目无论从硬件还是软件方面都非常适合应用我们的Energy Advisor能源管理系统，我们可以实现真正的无缝化通讯控制和能源计量。

从上述我们对该系统的了解可以得知：Energy Advisor能源管理系统是专门针对变频改造和冷机控制而设计的能源管理系统，Energy Advisor不仅通过先进、可转换的控制技术对控制系统进行优化，而且很重要的是它可以通过简洁、方便的可视化界面，能对整个系统的能源状态和节能情况有个直观的数字化计量，此系统比其它产品的出众之处也正是基于对整个能源系统的完整展示和计量分析。下面我们就具体方案进行详细阐述。

2、需求分析

2.1冷冻泵、冷却泵和冷却塔进行变频改造部分

我们根据系统的设计图纸要求，冷冻泵为2用2备，对其中的2台加装变频器，其功率为55KW, 冷却水泵为2用2备，对其中的2台加装变频器，其功率为75KW，循环泵为一用一备，对其中一台加装一台功率为22KW的变频器，水源热泵机组的水泵为2台，其中一台加装45KW的变频器，屋顶冷却塔风机共4台，分别加装3台22KW（5.5kw×5）的变频器，一台11KW（5.5kw×2）变频器，我们将变频器控制柜就近安放在启动柜附近，以方便安装和管理。

2.2对冷机及控制系统的节能改造

重庆大学冷水机组共4台，冷冻水循环泵6台，冷却水循环泵6台，我们去现场对江森自控的冷机系统进行了检测，发现原来安装的设备全部完好并能正常使用，为了给用户节约成本，不造成重复投资，将保留现场完好的现场设备；但我们如果进行节能监测和节能改造还需要加装部分设备以对其能耗进行更好的监测，主要设备包括：在冷水机组和冷冻和冷却出水侧分别安装流量计，以监测冷机的水流量情况，在每台冷水机组加装功率表，对其耗能情况进行实时监视，功率表的数据可以连入控制系统，通过通讯线传输到网络，实时显示在机房Energy Advisor系统的控制屏中。在屋顶安装室外温湿度传感器，当室外温度较低时，用以控制进入制冷机组冷凝器的冷却水温度不低于主机要求的最低启动温度。

2.3对中央空调分楼层计量及楼层分项用电进行计量改造

根据要求和图纸所示，要求我们的系统对于中央空提提供能量进行分层统计，在每层的空调水系统的供回水管上需加装水管温度传感器监测供回水温差，同时在水管上加装水流量传感器，从而根据这两个参数计算出相应的负荷和耗能。在每层的配电柜线路上安装功率表，监测每层动力、插座和照明的用电量，功率表接入控制系统并传输到网络，空调系统和功率使用情况会最终显示在机房Energy Advisor系统的控制屏中，我们可以通过软件平台清楚明了的知道空调使用功率和耗电量的情况，并可以进行能耗分析、财务计费、趋势模拟和报表打印。

4、冷机系统控制策略

由现场控制器及网络控制引擎组成冷机控制网络，操作站通过以太网与群控网络连接，操作系统为微软WINDOWS系统，完全图形化操作，人机界面简洁直观，轻松实现系统数据显示及控制功能，且操作站故障不影响自控系统的运行。冷机控制系统原理图见附件。

系统机房监控内容一般包含以下几部分：

 在每台冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔安装功率表，以提取一定周期内的功率消耗情况，从而为能源使用状态提供数据。

 监控每台冷水机组的冷冻水和冷却水两侧水温度、压力、水流开关状态、电动阀门状态，监控设备状态。

 在每台冷水机组的冷冻水侧安装水流量计，以监测冷冻水的水流量。

 在冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔根据设备数量安装相应负荷的变频器，并安装水压力传感器，监测前后端压力。

 监测冷冻水总供回水、冷却水总供回水温度传。

 监测冷冻水分集水器分的压力，调控分集水器间的压差调节阀，使分集水器间的压力在规定范围内。

 监控主机、冷却塔、水泵等设备运行情况；其中冷冻机组、冷却塔相关的水泵和电动阀门、风扇的启停、运转台数完全由程序根据系统设置及负荷需求进行自动控制，无须人工干预，操作管理便捷、节省能源。

 系统内所有设备发生故障，在操作站即有报警信息及明显表示，程序自动启动备用设备，并不再试图启动故障设备，直至故障消除，报警复位。

连锁控制：

A、起动：首先开冷却塔碟阀→开冷却塔风机→开冷却水碟阀→开冷却水泵→开冷冻水碟阀→冷却水塔风机（延时60秒）→开冷冻水泵→最后开冷水机组

B、停止：首先停止冷水机组（延时5-10分钟）→关冷冻泵→关冷冻水碟阀→关冷却水泵→关冷却水碟阀→最后关冷却塔风机→关冷却塔碟阀

系统将自动记录单台冷水机组的累计运行时间，根据机组的累计运行状况来采取超前和滞后控制，尽量使冷水机组达到平均使用，便于用户进行统一的维护和保养。

控制系统将对上述冷水机组参数和状态全部进行监测，并及时的向用户提供机组当前的最新状况。当机组出现故障时，系统将显示故障的具体位置和具体原因，帮助用户尽快解决问题。

总结：

整个项目改造完毕，我们做到了整个系统做到了

1)实现了低频低压的软启动，软停车，使运行更加平衡；

2)启动及加速过程冲击电流小，加速过程中最大启动电流不超过1.5倍额定电流，大大减小了对电网的冲击；

3)节能效果显著，据实测，在低速段节能明显，一般可达30%左右，降低运行成本；

4)延长水泵的使用寿命；

5)所有系统实时监控，能源使用率最大化。

中央空调节能改造技术 篇6

【关键词】数据中心；空调系统；水泵变频；节能减排

前言

据工业和信息化部于2014年发布的《关于2011年以来我国数据中心规划建设情况的通报》：255个在规划建设的IDC的设计PUE平均为1.73，同时，据行业估计，美国的IDC行业耗费了其国内发电量的2%，中国的IDC行业耗费了本国发电量的1.5%，是典型的“电老虎”。因此，革新IDC设计模式、降低IDC能耗和运营成本，已经成为数据中心行业相当现实和迫切的课题，同时也是一个影响国家产业转型升级、实现国家可持续发展的关键课题。

中央空调系统作为数据中心的专用制冷设备，承担着调节机房环境温湿度，保障IT设备稳定运行的重任，同时也是主力耗电设备之一（约占总体能耗的30%-40%）。因此，开展中央空调节能改造，即确保机房供冷正常，又可减少能耗、压缩电费成本，创造双赢的局面。

一、中央空调水泵变频节能理论分析

由于空调系统设计多以夏季最大冷负荷设计且留有余量，数据中心IT负荷也存在业务逐步增加、波峰波谷等影响热负荷大小的因素，这造成不同时期、不同发展进程中，实际热负荷与空调系统输出冷量之间存在差值，在空调传统配置状态下形成电能浪费[1]。因此，中央空调系统均有一定的节能空间。

目前数据中心空调主机和末端精密空调大部分采用智能化设备，能实时根据负荷情况调整冷量输出，一定程度上实现节能控制，但水循环系统（水泵）按初期额定流量、压力配置下，当实际负荷低于设计预期时，绝大部分时间运行在低温差、大流量情况下，造成空调主机和水泵能耗的浪费。通过调节冷冻水泵的频率（转速），节约低负载时水系统的输送能量，可达到理想的节能效果。

水循环系统中重要的耗电设备为水泵，改变水系统的输送能量亦主要靠调节水泵的转速，由于水泵类负载的转速与转子的频率成正比[2]，因此对水泵系统进行变频控制即可达到节能效果，分析如下。

交流异步电动机的转速公式为：，其中n为转速，f为频率，s为转差率，p为极对数。水泵属于平方转矩负载，即转矩T与转速n的平方成正比，即，而电机轴的输出功率，由此可见，当电机的转速稍有下降时，电机功率损耗就会大幅度地下降，耗电量也就大为减少。

二、中央空调水泵变频改造设计思路

考虑到投资成本和实际运用效果，本次对南方某数据中心中央空调的冷冻水泵进行变频改造（图1、2、3），利用温度传感器、数模转换模块、控制模块、变频器等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，根据冷冻水的供回水温差、压力，以温控为主、压力流量为辅，利用变频技术在线调整水泵电机的转速，在满足机房制冷的需求下使冷冻水泵做出相应调节，以达到节能目的。

方案设计关键点如下：

1）综合考虑在不同空调冷负荷情况下空调主机和变（工）频冷冻水泵开启情况，控制策略应使冷冻水水泵具备自动和人工两种模式下启动、轮换和停止功能，确保空调系统供冷充足、节能高效。

2）本次使用变频节能装置的最低频率应满足每栋机楼最远端机房空调（或供水最不利端）扬程及流量要求，因此需有效地布放温度和压力传感器，制定控制策略以及设置相关阀值，确保整栋机楼供冷正常。

3）每台变频器控制的装置可以人工或自动选择在工频模式和变频模式下运行，即在变频模式故障时可自动转为工频运行。

4）变频器控制系统并联在现有启动控制系统上，两者间有电气连锁及机械连锁，当变频器启动某一台水泵工作的同时，相应的旧启动主电路将被切断，禁止其启动工作，反之亦然。

三、中央空调水泵变频改造效益分析

此数据中心空调系统配置中央空调主机4台（1300RT*3+800RT*1），冷冻水泵6台（75kw*4+55kw*2），实际运行1300RT主机1台、冷冻水泵1台，系统冗余量较大。变频改造前后节电情况如表1所示，测试时间为2015年4月2日。

根据本期变频改造完成后的实测数据，在当前机楼负荷下变频水泵较原水泵功耗下降约53%，并且机房末端供冷不受影响，节能效果理想。按全年将一半时间2台冷冻水泵变频运行，一半时间3台冷冻水泵变频运行，以每台冷冻水泵运行时平均频率可降至45Hz计算，本次变频改造每年节约电费约为35万元，预计一年收回投资成本，效益可观。

四、结束语

本次数据中心中央空调水泵变频改造在不影响空调系统正常供冷的前提下，通过对冷冻水泵进行有效控制，实现水泵的变频节能、高效运行。

参考文献

[1]陈建东.中央空调系统水泵变频节能技术的应用分析[J].制冷技术，2006，4：12-14.

[2]黄建恩.空调系统冷冻水循环水泵变频运行的节能机理[J].节能技术，2005，3（2）：139-142.

作者简介

中央空调节能改造技术 篇7

空调系统能耗在医院节能中占主导地位。医院中央空调系统通常都是按最大负载并增加一定余量设计, 而实际上在一年中, 满负载下运行最多只有十多天, 甚至十多个小时, 几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载, 而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载, 几乎长期在100%负载下运行, 造成了能量的极大浪费, 也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。

随着变频技术的日益成熟, 利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合, 构成温差闭环自动控制系统, 自动调节水泵的输出流量;采用变频调速技术不仅能使室温维持在所期望的状态, 让人感到舒适满意, 可使整个系统工作状态平缓稳定, 更重要的是其节能效果高达30%以上, 能带来很好的经济效益。

2 医院中央空调系统构成

2.1 冷冻机组

通往各个房间的循环水由冷冻机组进行“内部热交换”作用, 使冷冻水降温为5~7℃。并通过循环水系统向各个空调点提供外部热交换源。内部热交换产生的热量, 通过冷却水系统在冷却塔中向空气中排放。内部热交换系统是中央空调的“制冷源”。

2.2 冷冻水塔

用于为冷冻机组提供“冷却水”。

2.3“外部热交换”系统

由两个循环水系统组成:⑴冷冻水循环系统由冷冻泵及冷冻管道组成。从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道, 在各个房间内进行热交换, 带走房间内的热量, 使房间内的温度下降。⑵冷却水循环系统由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换, 使水温冷却的同时, 必将释放大量的热量, 该热量被冷却水吸收, 使冷却水温度升高, 冷却泵将升了温的冷却水压入水塔, 使之在冷却塔中与大气进行热交换, 然后再将降了温的冷却水, 送回到冷冻机组, 如此不断循环, 带走冷冻机组成释放的热量。

2.4 冷却风机

⑴室内风机:安装于所有需要降温的房间内, 用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间, 加速房间内的热交换;

⑵冷却塔风机用于降低冷却塔中的水温, 加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。

中央空调系统的四个部分都可以实施节电改造。但冷冻水机组和冷却水机组的改造改造后节电效果最为理想, 文章中我们将重点阐述对冷冻机组和冷却机组的变频调速技术改造。

3 医院中央空调的主要能耗

医院中央空调中的空气处理系统大部分都是采用了低速风道集中送风系统, 低速风道集中送风系统的优点主要有:此系统设置了单独的空调机房, 在空调箱内集中进行新风与回风的处理, 通过各个风道分区分别输入。该系统风量较大, 风管的断面尺寸也较大, 总长度比较长。但是该系统也有自身存在的缺点, 比如:空气压降大, 所配备的风机功率就大。其次, 要求的空调机房面积比较大, 约占到了整个建筑面积的5-7%。在目前的医院用大型中央空调系统中, 不论是采用上面何种制冷机组, 或者是空气处理系统, 其耗能量都是相当大的。在对医院进行耗能量的测试显示, 医院的照明负荷超标, 中央空调的耗能量非常大, 空调机组制冷能力衰减大。根据调查资料显示, 空调箱风机的能耗占到空调系统总能耗的65%左右, 空调输水泵的能耗占空调系统总能耗的11%左右, 制冷机能耗大约占23%, 余下的部分主要为冷却塔能耗。 (一) 中央空调箱风机能耗在整个中央空调的总耗能中, 耗能量最大的就是空调箱风机, 所占的耗能比重非常大。这是因为在每层楼面都要安装空气处理机组, 已达到将处理后的空气的送入每层的各个分区的效果, 空调箱风机的台数是由每层面积的大小来决定的。 (二) 空调输水泵能耗在中央空调的系统中, 空调输水泵的耗能量也占到了相当大的比重, 有着很大的节能潜力。输水泵主要由冷冻水泵与冷却水泵组成, 选取量则根据冷冻水和冷却水的水流量来进行。选取过程当中, 要将备用水泵考虑进去, 并且对于不同机组形式的选取, 要选用与其相匹配的输水泵。 (三) 空调制冷机能耗要根据医院内的空调负荷总量来选择合适的空调制冷机组。

4 医院中央空调的变频节能改造

变频节能原理:水泵、风机的流量 (风量) 与其转速成正比;水泵、风机的压力 (扬程) 与其转速的平方成正比, 而水泵、风机的轴功率等于流量与压力的乘积, 故水泵、风机的轴功率与其转速的三次方成正比, 变频器节能的效果十分显著。特别是调节范围大、启动电流大的系统及设备, 只要对转速 (频率) 稍作改变就会使水泵轴功率有更大程度上的改变, 就因此特点使得变频调速装置成为一种趋势。

4.1 控制系统硬件结构

控制系统设计安全可靠、充分满足用户使用习惯和维护方便性前提下, 实现自动节能运行。控制系统硬件主要由上位机IPC、PLC、变频器、低压电器、压力变送器、温度变送器、开关阀、调节阀等设备组成。

·PLC部件。它主要由电源模块、CPU模块、通讯模块、开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、主机架、扩展机架、连接电缆等组成。它是系统核心部分, 负责控制系统各个子系统命令动作执行与监视、数值处理与计算、逻辑组合与判断、通讯处理等功能;

·低压电器。主要由接触器、断路器、热继电器、中间继电器等设备组成。完成电气主回路和控制回路硬连接功能, 实现硬接线线路可靠、正确连接;

·变频器。接受来自PLC控制命令和运行频率指令, 实现变频变压输出, 达到调节电机转速目;

·压力/温度变送器。对现场循环水进行压力、温度检测, 将这些工艺数值, 变换为标准DC4~20m A标准信号送到PLC模拟量输入模块进行相应数值处理与计算;

·上位机IPC。上位机IPC由PC机和组态软件构成, 它完成系统各工艺参数设定、控制命令发送、状态监视、过程数据与历史数据记录、报警与故障报警、报表生成与打印等功能。

·开关阀和调节阀。开关阀接受启停接点信号去开启或关闭管道通路, 是一种两位状态设备。调节阀接受PLC输出DC4~20m A标准模拟量信号完成对应开度变化, 达到可连续调节管道开度目。

4.2 控制系统软件功能与实现

按不同控制对象和作用将各部分软件主要功能描述如下。

(1) 冷冻循环水部分。冷冻循环水系统运行主要依据蒸发器进出水温度差来决定流量增加。夏季供冷期间, 当进出水温度差小于标准允许温差值时, 应减小变频器输出频率, 即时降低水泵运行速度减少流量, 使实际检测温差值逼近标准温差允许值, 但泵速度减少时, 考虑能够保证冷冻循环水管网中顺畅流动, 设定一个对应泵转速低限 (变频器输出频率低限) , 此速度下变频器输出频率将不再降低;相反, 当实际温差大于标准温差时, 应增加变频器输出频率, 即提升泵转速增加水流量;当变频器输出频率达到48Hz后 (此时功率约为0.95Pe) , 若实际温差仍偏大时, 就需要再投入另一台泵变频并行运行, 此时两台泵并行运行频率初始给定值定为 (50Hz/2) ×1.1≈28Hz, 此2台泵运行时输出流量已大于单台泵流量, 但此时2台泵累计消耗功率仅约为0.35Pe, 从这一点看, 2台同时变频运行要比1台工频加1台变频方式更能节约电能。2台泵温差值以相同频率同时升速或降速运行时, 若温差仍偏大, 则以相同方式再投入第三台变频运行。当2台或3台泵同时变频运行且实际温差比标准温差小时, 应降低变频器输出频率以减小泵输出流量, 当频率减小到输出频率下限时, 若仍存温差偏大现象时, 控制系统将自动停止最早投入运行1台水泵 (即按先入先出调度策略实施增减泵动作) , 而继续降低输出转速, 剩下泵再温差偏差自动调节流量运行。

(2) 热泵循环水部分。冬季供给热水时, 热泵将依据蒸汽热交换器实际进出水温差大小来决定出水流量大小, 使出水温度恒定标准设定值上。当热泵流量调节能力达到泵额定流量且进出水温度差仍然偏大时, 可减小热交换器蒸汽调节阀来达到目;若热泵热水流量调节能力已经减少到最低流量下限规定值且进出水温差仍偏小时, 同样可增加蒸汽调节阀开度来达到进出水温差值恒定目。这种附加调节蒸汽供给量方法, 可以使温差值控制更加稳定、有效, 也有利于对锅炉供热 (供蒸汽) 能源节约。

(3) 冷却循环水部分。与冷冻循环水系统运行原理基本一致, 两者本质差异:当冷凝器进出水温差大于标准允许温差时应增加流量, 正好与冷冻循环水调节方向相反。

(4) 冷却塔风机部分。冷却塔风机启动运行是冷却塔实际出水温度 (为T0) 是否满足出水温度设定值 (T1=28℃) 和冷却塔进水温度设定值 (T2=32℃) 共同要求来决定。为此将控制分为4种情况来决定风机运转方式:

·当T0

·当T0

·当T0≥T1且T2≥32℃时, 全部风机以变频器最大输出频率 (50Hz) 方式额定速度运行。若该温度现象全部风机额定速度运行一段时间后仍然存, 首先增加运行冷却塔系统风机套数, 然后考虑适当增加冷却循环水流量来解除此现象持续存, 维持冷凝器安全运行需求;

·当T0≥T1且T2<32℃时, 此现象多数是由状态C迁移而来, 首先应适当增加风机运行频率 (但一般不作增加开启风机台数处理) , 然后冷却水流量增加该状态将会自动迁移到状态b情形, 然后冷却塔风机控制系统将按状态b情形作变风量调节运行。

·盘管风机部分。新风机运行主要依据房间温度实际值与设定值之间偏差大小来调节出风量变化范围, 应用离散化快速型PID调节原理, 构造一个实时响应、快速跟踪变化闭环温度控制算法, 保证温度基本恒定同时, 最大限度实现房间新风量供应。温度变化存时滞性特点, 闭环控制中加入了对温度变化趋势前馈补偿控制算法, 对逼近设定值附近 (ΔT<±0.2℃) 温差区域不进行风量调节。

5 总结

本文分析了医院中央空调系统的主要能耗, 从硬件和软件两方面提出了变频节能改造的具体方案。在科技日新月异的今天, 积极推广变频调速节能技术的应用, 积极将其融入医院中央空调系统节能领域, 为中央空调应用提出了新的课题。至少有70%以上未进行过任何形式节能优化改造, 普遍具有很好节能挖掘潜力空间 (一般都有30%以上可挖掘节能空间) 。大力推广变频节能技术不但能得到良好的经济回报, 还能推动社会的能源利用率, 意义重大。

摘要：随着社会的不断发展、人们生活水平的提高, 中央空调已经普及。医院中央空调则担负着更为重要的责任。但是医院中央空调系统在设计时是按照最大负载, 造成了能源的浪费, 增加医院成本。本文提出了变频节能改造方案, 从硬件结构和软件功能与实现进行设计, 对空调系统各个部分都有所改进。系统不但运行稳定, 又能很好的维持室温, 节约能源, 降低医院运行成本, 效果十分显著。

关键词：中央空调系统,变频技术,节能,能耗

参考文献

[1]李建华, 康相玖, 陶海臣.变频控制技术在中央空调系统的节能性可行性分析.制冷与空调2003, 3 (1) :454.[1]李建华, 康相玖, 陶海臣.变频控制技术在中央空调系统的节能性可行性分析.制冷与空调2003, 3 (1) :454.

[2]邹同华, 杜建通, 申江, 郇中杰.中央空调系统节能的机会与措施[J].流体机械, 2000, 2.[2]邹同华, 杜建通, 申江, 郇中杰.中央空调系统节能的机会与措施[J].流体机械, 2000, 2.

中央空调节能改造技术 篇8

中国中医科学院眼科医院(以下简称“我院”)要努力成为一所中国第一,以中医、中西医结合眼科为主体, 眼科相关学科同步发展的三级甲等专科医院。中央空调低碳节能与楼宇自控系统升级改造工程完成后,可满足医院夏季正常送冷风,冬季送热风,同时要为医院节约能耗。 为患者就医、 住院提供健康、舒适、方便、安全的后勤保障资源。

1 国内外空调技术与节能现状、水平及发展趋势

新中国成立以后,我国空调技术得到了飞速的发展,尤其自20 世纪80 年代改革开放以来,我国各大城市的高级旅馆、影剧院、购物中心等先后都设置了中央空调系统,各式空调机组已进入学校、机关、医院以及百姓家。目前全国现有大、中、小型设计单位近万个,1/4 以上能做空调设计。已掌握了高精度恒温恒湿可连续保持静态偏差在±0.01℃和±2%RH的水平, 洁净度达到国标1 级标准,已经掌握各种等级的生物洁净整套技术,从而为高新技术发展提供了环境技术保障[1]。

在中央空调设备方面, 我国成为仅次于美国、日本两国,位居世界第三的制冷空调生产国[2]。 根据中国制冷空调工业协会统计,1995 年我国风机盘管产量已超过45 万台,大大超过了空调大国美国、日本的年销量30 万台左右的水平。 同时我国也是世界上最大的冷水机组市场,其中吸收式冷(热)水机组产量居世界第二位,352 k W以上的机组产量, 中国居第一位。在户式集中空调方面, 我国推出水系统-热泵冷热水系统, 与日本的制冷系统———VRV及美国的空气系统———风管机形成三足鼎立之势。

随着国民经济的飞速发展和居民生活水平的不断提高,对空气调节技术将会提出更高的要求,面对新的挑战,业内人士必须把握机遇,不断开拓进取,创造健康、舒适、安全、方便的人居环境。 展望21 世纪空调技术的发展,节约能源、保护环境必将是空气调节工程与产业可持续发展的基本条件。 从某种意义上来说,现代空气调节技术的发展,不仅应在能源利用、能量的节约与回收、空调设备性能的改进、系统的运行管理、优化设计与技术经济分析以及自动控制精度等方面继续研究和深化,而且在由舒适空调迈向健康空调,提高室内空气品质,改善医院空气环境等方面展开进一步研究[3]。

1提高室内空气品质:随着国民经济的发展和人民生活水平的提高, 空调系统已不再是什么奢侈品,很多家庭都装有2 台或更多的空调,有的家庭还装有户式中央空调,人们长期待在空调房间里,房间的空气质量直接关系到人们的身体健康[4]。 随着工业的快速发展,危害人体健康的各种微粒与气体也在不断增长,人类健康所需的空气净化技术已迫在眉睫。 因此已不能只关注医院、实验室、博物馆等场所的空气品质,而应全面提高所有场所的室内空气品质,应大力研究开发效率高、价廉,而且便于洁净的中央空调技术与节能设备,促使舒适空调迈向健康节能空调。2能源的合理利用:近年来,世界性的能源危机问题受到人们的关注。 随着经济的发展,能源紧缺问题日益严重,其中建筑能耗是能源消耗的大户之一。 据统计,我国建筑能耗已占国民经济总能耗的27%左右,且呈递增趋势,而中央空调能耗又是建筑的主要能耗,占总能耗的30%~50%,因此中央空调节能是建筑节能中的关键环节[5]。 一方面要不断提高中央空调设备的性能,降低能源消耗,同时可采用除湿、蒸发冷却等方式,促进利用余热、自然能源和可再生能源的产品的开发和利用;另一方面,要认真研究中央空调系统用能结构,针对建筑用能负荷的不均衡性,大力提倡相变蓄能型中央空调系统。 3先进控制技术的应用:随着计算机技术、控制技术、电子技术的发展,全面促进了中央空调低碳节能技术的发展,而中央空调低碳节能技术的发展也越来越离不开计算机技术或控制技术的支撑[6]。 现代化的中央空调系统一方面可实现全自动的季节转换,另一方面更可精确地实现室内热湿负荷和室外气象条件等因素的变化,利用现代先进的控制技术,使中央空调系统在每个季节能都处于最佳工况下运行。 同时,计算机自动控制技术与变频技术相结合,在空调领堿产生了深远的影响,变风量、变水量和变制冷剂流量系统就是在这种情况下取得了飞速发展。

随着互联网普及、物联网技术的推广及自适用技术的应用, 自感知中央空调将成为一大发展趋势,中央空调可以自动感应人体活动区域及人体的温度,从而通过物联网技术自动调节房间温度,做到需要多少用多少, 并对各用能产品的用能情况进行分析计量,以便对整个建筑的用能情况进行分析,并对中央空调系统实施有效的节能改造。

当今世界,设计低碳节能建筑和研发低碳节能技术是最受瞩目的课题之一。 据统计,人类每年所消耗的能量中,建筑能耗最大。 医院建筑是高能源消耗场所,医院能耗用量是一般公共建筑的两倍,对医院能耗进行分析并提出相应的节能措施,具有重要的现实意义。 低碳节能是节能医院的重要组成部分,与医院的初始成本、成本效益比、能源节约效益等经济效益密切相关,是建设医院必须面对的首要问题。

我国在“十一五”期间大力推进建筑节能工作,取得显著成效,在“十二五”开局之年,北京市率先提出的75%节能目标引起业内广泛关注,针对节能目标的争论再次展开。 上海世博会上备受瞩目的“零碳馆”,就是参照英国贝丁顿社区建造,并保留下来成为世博会的永久建筑之一。

在欧洲、北美和日本等众多发达国家和城市,低碳节能技术在较早时期就已经得到广泛应用,并掀起一股低碳节能旋风,绿色科技低碳节能经济也被国际广泛认定为未来各行业的发展所趋。 发达国家纷纷制订零能耗或零碳建筑发展规划,提出发展路线图。 “净零能耗”建筑和“净零碳排放”建筑成为大势所趋,列入发达国家建筑节能长期发展目标[7]。 表1 是部分发达国家和地区制订的净零能耗和净零碳排放建筑计划, 欧盟于2010 年立法规定新建公共建筑和住宅分别于2018、2020 年实现近零能耗或超低能耗[8]。

在我国建设资源节约型、环境友好型社会以及深化医药卫生体制改革的背景下,大型综合性医院作为重点用能单位,做好节能降耗工作不仅体现了公立医院的社会责任,而且对于降低医疗成本、促进医院可持续发展具有重要意义[9]。

我国是世界最大的空调市场,推动行业技术发展与设计理念不断提升,运用设计创新以实现更高能效目标和低碳经济可持续发展至关重要。 很多科研机构及企业都把关注重点放在了中央空调低碳节能的课题上,形成了市场上各种各样的中央空调节能方案。

如何评定一个医院的能耗水平,目前国内还没有统一的标准来认定医院的能耗。 需要建立一个统一的标准来衡量医院的能耗水平。 有了医院统一的标准,无论这个医院在什么地方,都能评定这个医院的能耗水平。

测量中央空调设备电耗的最有效的方法是测量空调机房PUE的输出电量(向配电柜输送的总电量)。由于医院能耗指标的数值受很多因素影响,会随地理位置、季节等的改变发生变化,因此为全面准确了解医院的能效,应采用测量仪表,对医院的能耗进行持续、长期的测量和记录,且测量时间越长,得到的PUE指标更能反映医院真实能耗情况。在实际应用中,PUE值可以通过自动化仪表或软件直接读出,可以查询或同时显示瞬时、日、月及年的PUE值[10]。

测量的周期和频率分季测试,如下:每年测量4次,分别在春季(3~5月)、夏季(6~8月)、秋季(9~11月)、冬季(12~2月)。每个季节选取1个月作为一个时段进行测量。

空调供冷系统能效与结构、配置和系统运行状态有关。 PUE是目前可量化医院用能效率评估指标。 由于医院在不同的外部环境下耗电情况不同,冬季的空调耗电较少,夏季的空调耗电较多。 由于医院业务发展的不同有所变化,因此PUE值的评价基数必须为1 年365 天总耗电。

2医院现有中央空调系统与节能改造设想

2.1我院中央空调系统的现状

我院中央空调系统2001 年建成,2002 年投入运行。 现有中央空调系统主要设备有:制冷机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔各2 台(一用一备)。 自动化程度不高,电机控制装置是固定频率,不能随温度变化逐渐变化,而是一步到位,能耗大。 随着科技发展,自控装置已在大型公共建筑中央空调系统中运用。 变频器的质量已很可靠,且成本低。 采用变频水泵、变频风机对流量进行调节已很普及[11]。 而我院空调的输配系统结构还是沿用传统的阀门调节,未能发挥变频调速作用。 水泵的能耗一半消耗在各种阀门上,风机的能耗25%~40%消耗在阀门上;空调系统自控设备不完备,温度控制由人工完成,经常导致房间夏季室温过冷或冬季室温过热,不仅耗费能量,而且对人体舒适和健康也是不适宜的[12]。 医院设计与施工改造中已经将低碳节能的理念加入, 结合医院暖通空调、 给排水、锅炉、电梯、机电一体化、墙体保温、太阳能、空调水蓄冷系统等, 研究制订符合国家政策标准的改扩建方案,为医院在今后的发展奠定扎实的基础。

中央空调系统优化节能控制目标是:在满足建筑室内人体热舒适要求前提下, 寻找系统优化运行工况,使整个系统运行能耗达到最小。 由于中央空调系统通常由众多相互关联、相互作用的部件组成,因此,其属于大系统优化控制。 目前,已有部分文献给出了中央空调系统优化节能控制方面的研究成果[13]。

2.2 中央空调系统主要设备

制冷机:螺杆式冷水机组在日常维护保养的情况下,常规使用寿命在12~15 年,通常在各种因素影响下,使用超过10 年的机组制冷效率(COP值)会出现一定程度的衰减。 经技术人员的实地调研,医院空调制冷系统的两台螺杆机已出现明显功率不足现象(即COP值有较大幅度衰减),同时还存在无法根据实际负荷正常卸载的问题,始终处于满载运行状态(即螺杆机在正常情况下可根据空调系统实际负荷在额定功率的15%~100%无级变速加载、卸载,实现节能运行)。

冷却塔:经技术人员现场检查,冷却塔的填料已经呈现严重的软化变形, 并形成多处的堵塞现象,填料中结垢现象严重,对冷却塔的交换能力产生较大影响,造成冷却水换热不充分、主机侧进水温度升高,也成为主机制冷效率降低、功率不足的一条重要影响因素。 此外,冷却塔风扇的扇叶和皮带均因老化产生变形,使风机在运行过程中出现旋转不均匀,导致冷却塔塔体出现共振晃动现象,影响设备正常使用,使系统运行存在安全隐患。

水泵:经现场检测,冷冻水泵和冷却水泵电机均已经出现不同程度的效率衰减,且存在同一种运行工况下,每台水泵的通过电流各不相同,但都略高于额定电流,造成电机因过载发热现象,对设备本身造成伤害且使系统运行存在安全隐患。

系统管道:受条件所限,现场无法全面对制冷系统管道及附件进行全面排查,根据技术人员多年的类似项目经验积累和现场对局部管道的检查,中央空调系统管道及附件同样存在因运行年限、水质等因素造成的锈蚀、滴漏现象,特别是阀门、接口等处尤为严重,使系统正常运行存在安全隐患。

电气与自控系统设备: 随着科技进步和行业发展,电气元器件、自控系统设备近几年更新换代、产品升级的速度很快。 医院空调系统已投入使用较长时间,技术人员发现目前使用的控制柜中很多元器件与自控模块厂家早已停产, 在市场中也已经很难买到,一旦损坏将无法替换,此外还存在一部分过时或频临淘汰产品。 同时,有些电气元器件与自控模块时常也出现故障,例如接触器辅助触点粘连,需要人工去复位等,为系统正常运行带来不安全因素。

2.3 制冷系统改造方案

根据技术人员对系统运行状况和主要设备现状的实地调研和分析结果,提出的高效、节能、安全、稳定原则,对医院空调系统改造提出方案如下:

1冷水机组:根据设计计算冷负荷,结合运行维护记录,重新进行冷水机组选型计算,确定类型不变,但主要参数需要根据重新计算确定[14]。 冷水机组型式:双工况螺杆式冷水机组。 冷水机组主要技术参数如下。 性能参数:制冷量(k W):Q=1055;冷冻水,进出水温度:制冷工况为12/7℃,蓄冷工况为12/4℃;冷却水进,出水温度:32/37℃;耗电量:N=186 k W,380 V-3 -50 Hz; 数量:2 台; 备注: 安装尺寸为4200 mm ×1930 mm×2200 mm,运行重量为7899 kg。

2冷却塔:配合主机的参数要求,重新进行冷却塔的选型计算。 冷却塔型式:开放式(横流)。 特点:低噪声节能型。

3水泵:根据设计施工图,结合新选主机、冷却塔参数,更新冷冻水泵与冷却水泵,各3 台,均为2 用1 备,与主机一对一配置。 水泵型式:立(卧)式离心泵[15]。

4电气设备: 配套更新各主要设备电气控制柜,主要元器件选择品牌。 优化、增加自控系统功能,民用建筑集中空调系统能耗在建筑物整体能耗中占据较大比例,其中制冷系统主要设备能耗占整个集中空调系统能耗的60%以上,因此制冷系统采用合理节能措施,将是建筑整体节能中重要的环境[16]。 设计合理的自动控制系统, 是制冷系统实现节能的必要因素[17]。获得节能效果的同时,自控系统中的集中监视和报警能够及时发现设备的问题, 可以进行预防性维修,以减少停机时间和设备的损耗,降低维修开支,节约成本。 此外,为制冷系统配置能源管理系统,不仅可以使制冷机房的能源消耗可视化,同时利用能效分析功能实时诊断系统的能效比, 及时地干预系统的运行策略,调节降低系统的能耗,使得系统的能效比最大化。中央空调项目需优化、改造制冷机房自控系统,并增加能效管理系统。

5系统管道更新:更换水路系统的管道、水路系统的阀门、过滤器以及管道保温,在保证系统安全可靠地运行同时,新的管道保温可以有效地减少管路冷损失,为系统的节能起到一定的积极作用。

中央空调节能改造 篇9

一、中央空调系统

中央空调一般包含以下组成部分:制冷系统、冷冻水循环系统、冷却水循环系统以及风机盘管系统, 某些高级中央空调系统还有新风机, 通过控制室内二氧化碳含量适量引入室外新风, 让在室内活动的人感到舒适。中央空调系统耗电量很大, 一般占整个建筑物耗电量的40%左右, 尤其是早期设计的中央空调系统, 存在很大的冗余, 这就是中央空调的节能之所在。

二、变频调速系统

现在交流变频调速以其优异的性能而深受各行业的普遍欢迎, 取得了很好的经济效益。交流变频调速技术的优越性体现在两个方面:其一是节约电能, 特别是在风机、水泵等设备的节能运行中, 节能效果十分显著;其二是卓越的调速性能, 可以满足许多工艺条件对调速的要求, 提高了产品的产量和质量, 提高了工艺自动化水平。

据统计, 我国电动机装机总容量约4亿多KW, 其用电量占当年全国发电量的60%~70%, 而风机、水泵设备装机总功率达1.6亿KW, 年耗电量3200KW·h, 约占当年全国电力消耗总量的1/3。而应用变频器节电率一般在20%~60%, 投资回收期1~3年, 经济效益相当可观。所以大力推广应用变频调速技术不仅是当前推进企业节能降耗、提高产品质量重要手段, 而且也是实现经济增长方式转变的必然要求。

三、中央空调变频调速系统的控制依据

中央空调系统的外部热交换由两个循环水系统来完成。循环水系统的回水与进 (出) 水温度之差, 反映了需要进行热交换的热量。因此, 根据回水与进 (出) 水温度之差来控制循环水的流动速度, 从而控制了热交换的速度, 是比较合理的控制方法。

(一) 冷冻水循环系统的控制

由于冷冻水的出水温度是冷冻机组“冷冻”的结果, 常常是比较稳定的。因此, 单是回水温度的高低就足以反映房间内的温度。所以, 冷冻泵变频调速系统, 可以简单地根据回水温度进行如下控制:回水温度高, 说明房间温度高, 应提高冷冻泵的循环速度, 以节约能源。反之则反。总之, 对于冷冻水循环系统, 控制依据是回水温度, 即通过变频调速, 实现回水的恒温控制。

(二) 冷却水循环系统的控制

由于冷却塔的水温是随环境温度而变的, 其单测水温不能准确地反映冷冻机组内产生热量的多少。所以, 对于冷却泵, 以进水和回水间的温差作为控制依据, 实现进水和回水间的恒温差控制是比较合理的。温差大, 说明冷冻机组产生的热量大, 应提高冷却泵的转速, 增大冷却水的循环速度;温差小, 说明冷冻机组产生的热量小, 可以降低冷却泵的转速, 减缓冷却水的循环速度, 以节约能源。

四、中央空调末端送风机的变频控制

随着生活水平的提高, 人们已开始关注生活与工作环境的舒适性。大型公共建筑 (如商场、宾馆、影剧院等) 均设置有中央空调系统, 而大多数中央空调的运行, 绝大部分末端机采用开/关控制方式, 难以满足人们对舒适感的要求。变频技术的飞速发展, 成本进一步下降, 使得这一要求成为现实。

(一) 调节风量

在中央空调系统中, 冷、暖的输送介质通常是水, 在末端将与热交换器充分接触的清洁空气由风机直接送入室内, 从而达到调节室温的目的。

在输送介质 (水) 温度恒定的情况下, 改变送风量可以改变带入室内的制冷 (热) 量, 从而较方便地调节室内温度。这样, 便可以根据自己的要求来设定需要的室温。

调整风机的转速可以控制送风量。使用变频器对风机实现无级变速, 在变频的同时, 输出端的电压亦随之改变, 从而节约了能源, 降低了系统噪音, 其经济性和舒适性是不言而喻的。

(二) 控制方式的确立

1) 在室内适当的位置, 安装手动调节控制终端, 调速电位器VR和运行开关KK置于控制终端盒内, 变频器的集中供电由空气开关控制, 需要送电时在配电控制室直接操作。

调整频率设定电位器VR, 可以改变变频器的输出频率, 从而控制风机的送风量, 关闭时断开KK即可, 此方式成本低廉, 随意性强。

2) 当室外温度变化, 或者冷/暖输送介质温度发生改变时, 将可能造成室温随之改变, 对环境舒适要求较高的消费群体, 则可以采用自动恒温运行方式。

选择内置PID软件模块的变频器。控制终端的方式同手动方式。电位器用来设定温度 (而不是调整频率) 。变频器通过采集来自反馈端VPF/IPF的温度测量值, 与给定值作比较, 送入PID模块运算事自动改变U、V、W端子的输出频率, 调整送风量, 达到自动恒温运行。

3) 送风机的分布可能不是均匀的, 对于稍大的室内空间, 则可以采用“区域温度平均法”策略调节送风量, 以满足特殊需要量场所。

4) 为降低成本, 个别的变频器可能没有内置PID软件模块, 选用外加PID调节器即可。

总之, 在科技日新月异的今天, 积极推广高新技术的应用, 使其转化为生产力, 是工程技术人员应尽的社会责任。对落后的设备生产工艺进行技术革新, 不仅可以提高生产质量、生产效率, 创造可观的经济效益。对节能、环保等社会效益同样有着重要的意义。

摘要：随着国民经济的发展, 人民生活水平的提高, 空调应用日益广泛, 普及空调用电占总用电量的比例在不断上升, 空调能耗已占总能耗的20%左右, 因而空调节能意义巨大。同时, 在空调系统的设计及设备选型中均以最大负荷作为设计工况, 在实际运行中空调负荷则随多种因素而变化, 最小时甚至还不到设计负荷的10%, 存在很大的能源浪费现象。因此空调系统如何适应在低负荷下高效能节能运行及在系统中对设备进行节能选配就成为空调节能的关键。随着变频技术的日益成熟, 利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合, 构成温差闭环自动控制系统, 自动调节水泵的输出流量, 达到节能目的的提供了可靠的技术条件。

关键词：中央空调,节能改造,温度控制

参考文献

[1]吴静燕.空调系统的节能运行.能源工程, 1999.

[2]沈雅钧.中央空调系统的节能方案探讨.浙江海洋学院学报, 2002.

医院中央空调节能改造 篇10

随着国民经济的发展和科学技术的进步,近年来人们对生活品质的追求越来越高,特别是中央空调系统的使用也已日趋广泛。但当空调在为人们生活环境和工作环境提供服务时,所消耗的电力能源是非常巨大的。据不完全统计,一栋现代化办公楼的总耗电量当中,中央空调的耗电量可达到48%,而目前医院综合大楼内,中央空调系统耗电量也是最大的,因此对其实行节能改造是医院持续发展的必然趋势。

1 现今中央空调的不足之处

中央空调负载要求的不均匀性。每台空调出厂所设置的最大负载量都是要比额定功率高出近20%,以保证无论外界气温是否高出预定值都能够正常的运行,但在日常使用中,中央空调的实际功率根本达不到额定功率,所以存在一定裕量,其中冷冻系统能够根据功率值来进行变化自动调节制冷效果;而中央空调中泵体的连续泵水量却是不会改变的,这就形成了一定的浪费,同时相同的季节在每年的气温条件是不同的,在变化中也存在一定的浪费,为了达到节能的目的,我们通常希望在确保中央空调正常工作的同时降低泵水量,从而降低能耗。由于电动机的转速是由生产厂家设定的,是恒定不可调节的,而水流量的计算又由电动机的转速决定,所以这就增加了消耗,造成能源的浪费。水泵拖动电动机的容量选择要满足夏季、高温天气、白天最大制冷量时的供水量要求,但一年中不同季节和昼夜温差变化极大,且医院内每天门急诊人数是变数,医院病房间使用量每天也存在一定变动,加之设计时往往还要考虑输水管路阻力特性不确定等安全系数,使水泵大部分时间处于流量过大的工况下运行,浪费的电能是比较多的。

2 节能改造方案

目前所有种类的中央空调的组成主要包括制冷剂回路,外部热交换系统和冷却风机,制冷剂回路可以算得上是中央空调的核心部分,在蒸发室实现冷冻水与制冷剂之间的热交换,使冷冻水的温度降低;在冷凝室实现制冷剂与冷却水间的热量交换,制冷剂温度降低。外部热交换系统由冷冻水循环系统和冷却水循环系统两个循环水系统组成。因此节能改造主要从两个循环水系统入手。

现今,变频节能技术越来越受到人们的重视,将其应用到中央空调上能够有效的降低功率的损耗,起到良好的节能作用,因此采用变频节能控制水泵是非常行之有效的。中央空调的变频节能技术主要是体现在对中央空调循环水泵电动机转速的控制上,由于电动机的转速在出厂时已经固定,所以变频的根本就是对通过电动机的交变电流的控制,通过对交变电流的有效控制,就可实现中央空调的节能效果,其超载能力也会得到提升;要使电动机能够输出与外界环境温度相匹配的转矩就调节变频器的实际输出频值,该输出频值是由电源的供电频值降低所得到的,变频节能技术的使用就能够使电动机的工作转速在一个可控范围内,根据外界环境的变换而进行随动变化。

一般来说,水泵属于二次方律负载,工作过程中消耗的功率与转速的三次方成正比,因为此时水泵主要用途是供水,但中央空调的循环水系统中工作的水泵,所用的水是不消耗的,从水泵流出的水又将流回水泵的进口处,而且医院的综合大楼多为高层大楼,回水管道本身具有一定的动能和位能,将反馈到水泵的进水口,在循环水系统中,水在封闭的管路中具有连续性,即使水泵的转速很低,循环水也能在管路中流动,水泵转速只是改变水的流量,且成正比关系,所以循环水系统里,水泵的功率与转速的二次方成正比。

由此可知,通过调节电源供电电流的频率对调节电动机的转速效果较好,冷冻水冷却水循环系统的变频控制的实现,是根据冷冻水冷却水温差的变化来对水流量进行调节的,也是对电动机转速的调节,为此在出水和回水管道上分别安装温度传感器,出水和回水的温差变化决定了电动机转速的变化,当冷冻水温差较大时,说明病房内温度较高,或者说病房间数量此时使用较多,则泵水量应该适当的增加,即通过变频器控制使电动机转速应该得到提高,当温差小时,则变频器控制电动机的转速就需要适当的降低,变频技术对电动机转速的适时调节要比阀体对流量的调节更加节能,中央空调的故障率也能降低不少进而使中央空调的运转工况得到极大改善。

3 节能计算分析及优点

采用变频调速控制后,当水泵转速下降10%,也就是水泵频率从50Hz降为45Hz,循环水泵功率P45=0.92P50=0.81P50,当水泵转速下降20%,也就是水泵频率从50Hz降为40Hz,循环水泵功率P40=0.82P50=0.64P50,医院中央空调冷冻及冷却循环水泵,正常工作时采用30k W离心水泵各2台,总功率是120k W,采用变频调速后,如频率为40Hz供电,耗电功率将降为76.8k W,节能效果是相当可观的。

另外定速控制水泵启动及停机时,我们经常会碰到压力冲击较大将使管壁受力而产生振动及噪声,这就是由于水锤效应缘故,它可能会破坏管道上阀门和其他固定件;因变频器是软启动方式,采用变频调速后,可以通过预置水泵升速时间来延长启动时间,使动态转矩大为减少,在停机过程中,同样可以通过对降速时间来延长水泵停机的过程,也使动态转矩大为减少,从而彻底消除水锤效应。水泵整个工作过程中平均转速下降、平均转矩的减小等原因,使水泵叶轮承受应力大也为减小;轴承的磨损也大为减小,所以采用变频调速后,水泵的工作寿命将大大延长。

参考文献

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