中央空调变频改造

产品概述：

中央空调系统的负荷是随天气状况逐渐变化的，在中央空调系统运行的大部分时间内都是工作在部分负荷状态下，但相对于变化的负荷，空调系统中水泵、风机的选型都是根据系统的最大负荷来选择的，同时水泵、风机配用电机的功率往往大于其所需要实际功率。当空调系统处于部分负荷时，水泵、风机还一直运行在工频满负荷状态，这样就造成了电能浪费。中央空调主机系统是一个多参量、非线形、时变性的复杂系统，由于空调负荷的频繁波动，必然造成水循环系统的运行参量偏离空调主机的最佳工作状态，导致主机热转换效率（COP值）降低，系统长期在低效率状态下运行，也会增加系统的能源消耗。因此，改善水泵运行工况，使之与使用要求合理统一，提高系统运行效率，具有非常重要意义，而且通常具有比较好的节电条件。最有效的节能措施之一就是采用变频调速技术来调节流量。

◆中央空调系统

图1所示为一典型中央空调机组系统图，主要由冷冻水循环系统、冷却水循环系统及主机三部分组成：

●冷冻水循环系统

该部分由冷冻泵、室内风机及冷冻水管道等组成。从主机蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道（出水），进入室内进行热交换，带走房间内的热量，最后回到主机蒸发器（回水）。室内风机用于将空气吹过冷冻水管道，降低空气温度，加速室内热交换。

●冷却水循环部分

该部分由冷却泵、冷却水管道、冷却水塔及冷凝器等组成。冷冻水循环系统进行室内热交换的同时，必将带走室内大量的热能。该热能通过主机内的冷媒传递给冷却水，使冷却水温度升高。冷却泵将升温后的冷却水压入冷却水塔（出水），使之与大气进行热交换，降低温度后再送回主机冷凝器（回水）。

●主机

主机部分由压缩机、蒸发器、冷凝器及冷媒（制冷剂）等组成，其工作循环过程如下：

首先低压气态冷媒被压缩机加压进入冷凝器并逐渐冷凝成高压液体。在冷凝过程中冷媒会释放出大量热能，这部分热能被冷凝器中的冷却水吸收并送到室外的冷却塔上，最终释放到大气中去。随后冷凝器中的高压液态冷媒在流经蒸发器前的节流降压装置时，因为压力的突变而气化，形成气液混合物进入蒸发器。冷媒在蒸发器中不断气化，同时会吸收冷冻水中的热量使其达到较低温度。最后，蒸发器中气化后的冷媒又变成了低压气体，重新进入了压缩机，如此循环往复。

◆节能理论

●中央空调节能改造前的工况

在中央空调系统设计时，冷冻泵、冷却泵的电机功率是根据最大设计热负荷选定的，并超出10%左右。但由于四季气候及昼夜温差变化和使用量的变化，因而要求中央空调的热负荷也是不断变化的。在日常生活中，中央空调一年中负荷率在50%以下的时间超过了全部运行时间的50%。通常冷却水管路的设计温差可达为5～6℃，而实际应用表明大部分时间里冷却水管路的温差仅为2～4℃，这也就说明在实际中，并不需要这么大流量的水参与循环，就可以满足其热交换，这样无疑就形成了中央空调低温差、低负荷、大工作流量的工况。在没有使用节能系统前，工频供电下的水泵始终全速运行，管道中的供水流量只能通过阀门或回流方式调节，这必会产生大量的节流及回流损失，同时也增加了电机的负荷，白白消耗了许多电能。而中央空调水泵电机的耗电量约占中央空调系统总耗电量的30-40%，故对其进行节能改造具有很明显的节能效果。

●节能理论根据

由流体力学理论可知，离心式流体传输设备的输出流量Q与其转速n成正比；输出压力P（扬程）与其转速n的平方成正比；输出功率N与其转速n的三次方成正比，根据数学公式可知，降低水泵的转速，水泵的输出功率就可以下降更多。如将电机的供电频率由50Hz降为40Hz，则理论上，低频40Hz与高频50Hz的输出功率之比为(40/50)3=0.512。

实践证明，在中央空调系统中接入变频节能系统，利用变频技术改变水泵转速来调节管道中的流量，以取代阀门调节及回流方式，能取得明显的节能效果，一般节电率都在50%左右。同时变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对中央空调的平稳调节，并可延长机组及管组的使用寿命。

◆节能方案

中央空调各循环水系统的回水与出水温度之差，反映了整个系统需要进行的热交换量。因此，根据回水与出水的温度差来控制循环水的流量，从而控制热交换的速度，是首选的节能控制方法。

●冷冻水循环系统

冷冻水的出水温度是由主机的制冷效果决定的，通常比较稳定，因此冷冻回水温度可以准确的反映室内的热负荷情况。由此，对于冷冻水循环系统的节能改造，可以取回水温度作为控制目标，通过变频器对冷冻泵流量的自动调节来实现对室内温度的控制。

●冷却水循环系统

冷却水循环系统同时受室外环境温度及室内热负荷两方面影响，循环水管道单侧的水温不能准确反映该系统的热交换量，因此以出水与回水之间的温差作为控制室内温度的依据是合理的节能方式。在外界环境温度不变的情况下，温差大，说明室内热负荷较大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水循环的速度；相应的，温差小则减小冷却泵转速。

●末端风柜系统

中央空调末端风柜耗能量也占有相当的比例，其能源乱费也不容忽视。我公司对末端风柜的改造，是在各主要采样点安装温度传感器，通过变送技术传到控制器，再通过PID的复杂计算，控制各风机的工作频率，从而既能达到所需要的适当温度，又可节约不少的能耗。

●冷却塔散热系统

冷却塔散热系统的工况直接影响其能热交换的性能，从而影响整个系统的能耗，所以对这部分的改造也非常重要。

◆节能空间

分别在主机蒸发器回水处、冷凝器出水及回水处安装温度传感器，实时检测管网的温度，以模拟信号（0~10V或者4~20mA）反馈给变频器，通过变频器和PID运算输出相应的频率指令后自动调节水泵转速，从而调节各循环水的热交换速度，最终实现对室内恒温度的控制。