中央空调变频节能的发展趋势研究

摘　要：中央空调系统的变频改造，具有良好的节能效果，能够随系统热负荷变化自动调节，具有调节迅速、操作方便以及维护量小的优；此外，通过变频改造，能够明显改善电动机的起动性能，起动电流仅为额定电流的1／4，使得起动电流对电网产生的冲击大为减小，电动机的使用寿命得以延长。
关键词：中央空调；风机；水泵；变频；节能
据统计全国工业总用电量的三分之一用于风机水泵和压缩机之类的电气传动装置这类机械的传统控制方法是采用恒速交流电动机驱动同时用闸阀挡板放空回流等办法实现流量的调节这样的系统存在许多问题。例如：设备易于老化使用寿命短；为了留有裕量通常都采用过容设计使装备在低负荷下运转设备的利用率低；大多数应用场合都使用挡板和闸流阀调整流量运行效率低。
1工程实例分析
由于上述问题的存在造成电能损耗大等诸多问题这是因为风机和泵类负载在满负荷情况下运行的时间较少大部分时间运行在总负荷的60％-800%之间。因此采用电动机全速运行同时调节阀门和挡板的方式来调节流量就会造成很大的能源浪费，而采用改变电动机转速的方法来实现流量的调节可以收到十分明显的节电效果。在风机和泵类负载中存在着潜在的系统运行经济增长点，因为它们的传动系统在使用寿命期限内的总费用是由三个部分组成，即购买和安装设备的投资维护费用及系统运行中的能量消耗费用。
　　经过对某大厦中央空调系统进行变频改造。空调系统均由3台冷却水37KW与冷冻水循环系统30kW的电动机与各带的水泵并联共6台构成，进行变频改造时，使用了西门子MM430系列的变频器对冷冻泵和冷却泵进行调节。中央空调开机时间为4月中旬至11月中旬，每天开机10小时。下面以其中的1台冷却泵电动机为例，变频改造前功率消耗P满足：P=1.732UIcosΦ= 1.732×380×67.9×0.86= 38.43kW；改造后的功率消耗为：P = 1.732UI COS Φ= 1.732X 305× 45.4X0.96= 23.05kW节电率达到了40％，以空调系统每年4月中旬至10月中旬(214天)使用，每天使用10h，按电价每度0.6元计算，1年能够节约电费(15.28～9.13)×214×10×0.6=19747.9 (元)，这样计算，该系统1年所节约的电费就能收回变频器成本，在投资回报率上分析是完全可行的。由于不同的空调在运行周期、负荷情况以及地区的电价上存在差异，改造后的节能效益也有所不同。

2空调系统的改造方案
2.1改造的可行性分析
中央空调系统常用的制冷机组由多台压缩机组成，这种制冷机组在运行过程中能够根据水温的变化进行自动加载、减载，实现控制系统的有级调节 此外，组成机组压缩机的顺序起动可最大限度减少能量损耗，避免对电网的过度冲击。由于制冷机组在部分负荷的情况下已经具有明显的节能效果，若再进行变频改造，并不能明显增强节能效果，在通常情况下不会对压缩机部分进行变频改造。风机盘管系统，其电动机为功率较小的单相电动机，风机的转速通过温控器上的三速开关进行控制。通过对风机电动机输入电压的控制，调节风机的转速，进而改变空调的送冷量。系统控制的通常做法是通过对阀门开度的调节，增大管阻实观水量的控制。这种调节方法，大量的能量会无谓的消耗在阀门上，导致极大的浪费。如果将变频器应用到中央空调循环水系统改造，通过变频器对电动机转速进行调节，能够根据循环水系统实际负荷情况灵活地调整流量，这既能够实现恒温控制；又能节约大量的能量。
2.2变频改造方案设计
　　根据变频改造的可行性分析，能够通过对中央空调系统中的冷冻泵、冷却泵以及冷却塔散热风扇的变频改造，最大限度实现空调系统的节能运行。冷冻泵的变频改造。冷冻水的循环通过冷冻泵完成，冷冻水循环系统由“出水”和“网水”两部分组成。“出水”是经制冷后的冷冻水从空调制冷机组流出的过程，而“回水”是指冷冻水通过冷冻泵输送到不同的房间，在进行热交换后，流回到制冷机组的过程。冷冻水循环时，通过回水与出水温差的变化，能够反映循环系统热交换的热量，也就能够反映出房间温度情况。

3机水泵的变频控制与节能
3.1风机的变频控制变风量运行
由于风量Q=L(热负荷)／△T*Cp(比热)，而Ls(空调热负荷)=Lp(设备热负荷)+Lr (围护结构热负荷)。通常，Lp是不变的；而Lr随环境温度降低而降低。当L减小时，就可以减小风机转速从而减小风量以实现节能。
3.2水泵的变频控制的设计
　　流量不间断地进行循环来设计的为了克服系统的阻力，水泵必须按照系统的特性曲线产生足够的出口压力，当限定区域内的冷却需求减少时控制阀趋向关闭的位置系统阻力增加组合在一起的水泵和系统只能工作在水泵特性曲线和系统控制特性曲线的交点处。当水泵恒速运行并用控制阀控制流量使之由Qa变到Qb时，也就是说，当流量减少时水泵的出口压力将由Ha增加到Hb，而系统则要求出口的压力不致太高。因为过高的压力将由控制阀来吸收。所吸收的压力是随流量的不同而有所变化的，这一压力可能会大于按照运行需要控制阀能够承受的压力设计值，使得控制阀会被迫打开造成冷热不均的现象发生，不仅浪费能源还加速了阀的磨损减少阀的使用寿命，系统的性能不能得到满足还增加维护费用。
3.3水泵的恒速运行改为调速运行
　　采用变频器进行水泵运行速度控制的情况下，水泵是根据系统的需要来改变其速度而不是单纯的依据泵本身的特性曲线来运行，依据系统的特性曲线水泵是按照系统的实际需求量来进行速度调节，因而也消除了控制阀过压的问题。随着速度的降低水泵和电动机的轴承寿命也得以延长。除节能外，采用变频器的成本还可以通过安装和维护方面费用的节省来获得补偿传统的系统。利用流量计或温度传感器的反馈信号就可以控制风机和泵的速度，从而满足生产过程的实际需要。风机水泵采用变频控制的运行结果表明：系统性能稳定、性价比高、操作简便、运行维护费用低，达到了生产和管理对系统的要求。
　　综上所述，应用新技术、高科技含量的产品对现有设备进行技术改造，是企业提高产品质量、完善生产管理、增加经济效益、提高市场竞争力的一条有效途径。

参考文献：
[1]王静、杨旭等，节能空调研究现状和发展趋势[J]．信息技术，2008．3．
[2]毛天鹏、周东方等，节能空调特性分析[J]．建筑节能，2012．1．16(1O)．