中央空调节能分析与发展形势

摘　要：随着经济和社会的发展，能源的需求也不断的增加，节能降耗成为全社会关注的焦点。房地产的快速发展需求，中央空调的市场需求呈现强劲的增长趋势，节能技术应用于中央空调系统，对提升中央空调自动化水平、降低能耗、减少对电网的冲击、延长机械及管网的使用寿命，都具有重要的意义。本文从空调设计阶段、空调使用过程中的节能措施以及中央空调的管理和后期运行成本等方面，对中央空调系统的节能进行了分析和总结，为中央空调系统的节能提供了有意义的看法。
关键词：中央空调、建筑节能措施、运行成本
中央空调是现代大厦物业、宾馆、商场的重要设备之一，在改善环境质量同时，也带来了巨大的能源消耗，大大增加了酒店的运营成本。据统计，我国建筑物能耗约占能源总消耗量的30%.在有中央空调的建筑物中，中央空调的能耗约占总能耗的70%，而且呈逐年增长的趋势，因此，研究中央空调系统节能技术意义重大。将变频技术引入中央空调系统，保持室内恒温，对其进行的节能改造是降本增效的一条捷径。
一、中央空调控制方式对比
　　1、 据统计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℃，这说明制冷所需的冷冻水、冷却水流量通常都低于设计流量，这样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，通过改变压缩机机组、水泵、风机启停台数，以达到调节温度的目的。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。
该调节方式缺点集中表现为如下几点：
　　设备长时间全开或全闭，轮流运行，浪费电能惊人。
　　电机直接工频启动，冲击电流大，严重影响设备使用寿命。
　　温控效果不佳。当环境或冷热负荷发生变化时，只能通过增减冷热水泵的数量或使用挡风板来调节室内温度，温度波动大，舒适感差。
　　2、增加变频器后节能方案的基本思路是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，以模拟信号反馈给变频器，通过变频器内置的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。
中央空调采用变频器后有如下优点：
　　变频器可软启动电机，大大减小冲击电流，降低电机轴承磨损，延长轴承寿命。
　　调节水泵风机流量、压力可直接通过更改变频器的运行频率来完
成，可减少或取消挡板、阀门。
　　系统耗电大大下降，噪声减小。
　　若采用温度闭环控制方式，系统可通过检测环境温度，自动调节风量，随天气、热负荷的变化自动调节，温度变化小，调节迅速。
　　系统可通过现场总线与中央控制室联网，实现集中远程监控。

二、变频节能改造
　　无论是溴化锂机组或电制冷（氟利昂）机组的中央空调系统，主机自身的能量消耗有机组控制，机外的电力消耗组不能控制，而这部分的成本是相当高的，却通常被人忽视了。采用变频器来控制机外水泵电机、冷却塔电机，一般情况节电20%~50%，每年可节省机组及系统总运行费用的12%~20%，十分惊人。
　　1、冷却水泵变频控制
　　中央空调的冷却水泵的功率是根据空调冷冻机组的压缩机满负荷工作设计的，当环境温度及各种外界因素，冷冻机组不需要开启全部压缩机组，此时空调的冷凝系统所需要的冷却量也相应地减小，这时就可以通过变频调速器来调节冷却水泵的转速，降低冷却水的循环速度及流量，使冷却水的冷负荷被冷凝系统充分利用，从而达到节能目的。
　　2、冷温水泵变频控制
　　中央空调的冷媒水泵的功率是根据空调满负荷工作设计的，当宾馆、酒店、大厦需要的冷量或热量没有达到空调的满负荷，这时就可以通过变频器调速器来调节冷媒水泵的转速，降低冷媒水的循环速度，使冷量和热量得到充分利用，从而达到节能目的。如果制冷、采暖共用一台水泵，则冬季水泵流量只需50%，自然可大大节省电力；即使是冬夏分泵运行，也可在低负荷季节适当降低流量，如90%流量时，电耗约75%。
　　3、冷却塔风机变频控制
　　风机功率一般都较小，节电不如水泵明显。但风机采取变频控制能极大地有助于冷却水恒温，这对于机组制冷恒温极为关键；且能使机组溶液循环稳定，获得最大限度的节省燃料。
　　4、采用变频器的其他益处
由于变频器的启动、停止过程是渐强、渐弱式，能消除电机启动对电网的冲击，并可避免电机因过载而引起的故障。由于电机经常处于低负荷运行，能大幅度延长电机及水泵、风机的寿命，同时因没有启动、停止的冲击，加上流量的减少，管路承压及所受冲击力减小，故对管道、阀门、末端设备也起到了保护作用。

三、节电原理：
　　在中央空调系统中，泵的负载功率与转速成3次方比例关系，即P∝N3，其中P为功率，N为转速；可见用变频调速的方法来减少水泵流量的经济效益是十分显著的，当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降。例如：
　　A．当水泵流量下降10％（跟踪输出频率为45Hz）
　　则电动机轴功率P′=(0.9)3P=0.729P 即节电率27.1％
　　B. 当水泵流量下降30％（跟踪输出频率为35Hz）
　　则电动机轴功率P′=(0.7)3P=0.343 即节电率65.7％
　　当冷水机负荷下降时，所需的水流量减少，通过电动机的调速装置降低泵的转速来减少水的流量，泵的轴功率相应减少，电动机的输入功率也随之减少。当用冷量增加，冷机负荷量增大，冷凝器进出水温差增大，变频器运行频率增加，水泵转速加快，水流量增加，从而维持温差恒定。

五、 结语
　　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30％以上。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。
参考文献：
1、《中央空调》何耀东何青主编，冶金工业出版社，2001
2、《新编空气调节》王鹏英主编，上海工程技术大学机械工程学院，2003
3、《空调与制冷技术手册》陈沛霖岳孝主编，同济大学出版社，1990
4、《空气调节工程》郑爱平主编，科学出版社，2002