中央空调系统的节能改造

摘要：针对中央空调系统在节能方面存在的问题，分析并提出改造方案，介绍改造效果。
　　关键词：中央空调；节能；变频器；改造
　　中央空调是酒店的耗电大户，每年电费中空调约占60%，而且近年来“电荒”问题日益突出，因此酒店中央空调的节能改造显得尤为重要。
　　一、改造前酒店中央空调系统工作简述
　　1.系统启动后，冷冻单元工作，蒸发器吸收冷冻水热量，同时冷凝器释放热量升高冷却水温度。
　　2.冷冻泵加压将降温后的冷冻水送入冷冻水管道，在房间由室内风机加速进行热交换，带走房间内的热量降低房间温度后流回冷冻水端。
　　3.冷却泵将升温后的冷却水压入冷却塔，冷却塔风机加速将冷却水热量散发到大气中。
　　4.冷冻机组工作一段时间后，当温度达到设定值时中间继电器及接触器动作，冷冻机停止工作，温度回升冷冻机则再次运行，往复循环。
　　二、系统存在的问题及可行性改造
　　1.冷却／冷冻水泵不能根据实际需求调整循环量，电机工作效率低；系统由阀门和旁通调节水泵系统的流量与压差，存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象，致使中央空调使用效果不理想。
　　2.水泵电机采用Y－△起动方式，起动电流均为额定电流的3～4倍，大电流冲击和电器的频繁动作，将会缩短电机的使用寿命；起动时的机械冲击和停泵时水垂现象，容易损坏机械散件、轴承、阀门、管道。
　　3.系统运行噪声大、控制性能差、机组磨损严重、维护管理投入费用大。
　　为此必需对水泵系统进行节能改造，而解决问题的关键是水泵能够随着负载的变化有效调节流量并关闭旁通。根据流体机械理论：水泵、风机的流量与其转速成正比，其轴功率与转速（电源频率）的三次方成比例。当水泵、风机的转速减小时其轴功率显著减小，例如将供电频率由50Hz降为40Hz，则P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50（P为电机轴功率）。可见通过变频方式调节流体机械转速从而达到控制其流量的目的，可节约大量电能。中央空调系统是按现场最大冷量需求量、冷却／冷冻泵按单台设备的最大工况设计的，实际使用中有90％强的时间，冷却／冷冻泵都工作在非满载状态下。机械阀门调节流量不仅增大系统节流损失，而且调节是阶段性的，造成整个空调系统工作在波动状态。变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对系统的平稳调节，系统工作状态稳定，且易实现自动控制，延长机组及管网的使用寿命。综合考虑决定在冷却／冷冻水泵加装变频器系统作为改造的核心。
　　三、酒店中央空调系统改造方案
　　根据现有设备对冷却／冷冻水系统及冷却塔风机系统进行变频改造。变频器和PLC组成控制单元，其中冷却/冷冻水泵采用温度自动闭环调节：温度传感器将采样的冷却／冷冻水温度转换为电信号后送至PLC，PLC将该信号（水温）与设定值进行比较运算后确定变频器输出频率，改变冷冻／冷却水泵转速，达到节能目的。在系统的最末端安装压力传感器，保证供水压力，确保空调使用效果（图1）。

　　在冷却／冷冻水循环系统各装设一套变频器，分别供2台冷却岭冻水泵切换使用。其中冷却水循环系统回水与出水温度差，反映了需要进行交换的热量，根据这个热量，系统控制循环水速度从而调节热交换速度。若温差大说明冷冻机组产生的热量大，此时系统提高冷却泵的转速，增大循环速度，加速冷却水的降温；若温差小，说明冷冻机组产生的热量小，系统降低冷却泵的循环速度。
　　具体的电气设计是：PLC先控制变频器软启动电动机M1，当M1达到额定转速但系统仍未达到设定温差值，PLC就将M1切换到工频电网运行，再启动电动机M2，通过变频器控制M2运行，调节冷却水的循环速度。当M2转速在下限值时，如果检测值大于设定值，PLC控制M1停机，然后调节M2转速达到设定要求。
　　冷冻循环系统由于出水温度比较稳定，因此回水温度就能反映房间温度，PLC根据回水温度进行控制。回水温度高，说明房间温度高，系统应提高冷冻泵转速，加快冷冻水的循环；反之亦然。
　　考虑到酒店的正常经营，电路设计有工频／变频切换装置，一旦变频部分发生故障就将系统切换到工频状态运行。
　　四、改造效果
　　新系统运行一段时间后，主要设备均达到了预期的节电效果，数据见表1.