趙林燕

（瑞冬集團(tuán)有限公司，德州 253000）

中央空調(diào)系統(tǒng)變頻節(jié)能的設(shè)計(jì)方案

趙林燕

（瑞冬集團(tuán)有限公司，德州 253000）

本文首先分析了中央空調(diào)系統(tǒng)變頻調(diào)速的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)一步通過(guò)實(shí)際例子對(duì)其設(shè)計(jì)方案在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生的效果進(jìn)行研究和分析，以期為相關(guān)人員提供參考。

中央空調(diào)系統(tǒng) 變頻節(jié)能 控制

1 中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)架和控制思想

中央空調(diào)系統(tǒng)一般由五部分組成，分別是制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)、冷凍循環(huán)水系統(tǒng)、盤管風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)等。制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)是在壓縮機(jī)的作用下，把冷媒進(jìn)行壓縮，使其成為液態(tài)后，再將其送到蒸發(fā)器中。冷凍循環(huán)水系統(tǒng)在冷凍水泵的作用下，在蒸發(fā)器盤管中放入常溫水泵，然后，讓其和冷媒間接發(fā)生一系列熱交換，使常溫狀態(tài)下的水最終變成低溫冷凍水，再將低溫冷凍水送到風(fēng)機(jī)盤管中的各個(gè)位置，使其大量吸收盤管附近的空氣熱量，以產(chǎn)生低溫空氣，再借助盤管風(fēng)機(jī)的輔助，將低溫空氣吹向各個(gè)區(qū)域，從而達(dá)到降溫的效果。當(dāng)冷凍水系統(tǒng)的壓力降低時(shí)，可以由自動(dòng)補(bǔ)水設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力不足的供給，從而保障系統(tǒng)末端能較好地進(jìn)行循環(huán)。在蒸發(fā)器中，將冷媒進(jìn)行壓縮，同時(shí)吸收熱量，然后將冷媒送到冷凝器中，使其散熱，散熱過(guò)程中散發(fā)的熱量由冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中的冷卻水運(yùn)走，等到低溫水冷卻后，再由冷卻水泵進(jìn)入到冷凝器盤管中，然后再進(jìn)行熱量交換，接著，把這些冷卻水運(yùn)至冷卻塔，借助冷卻塔風(fēng)機(jī)，與大氣發(fā)生有效熱交換，再將冷卻水變成原來(lái)的低溫態(tài)，在冷卻水泵的作用下進(jìn)行反復(fù)使用。中央空調(diào)系統(tǒng)由冷卻水、冷凍水兩套水循環(huán)和一套冷卻水塔設(shè)施組成，這些系統(tǒng)在工作的過(guò)程中，都借助了一些水泵及風(fēng)機(jī)的輔助。一般情況下，中央空調(diào)循環(huán)水的流速基本不變，即中央空調(diào)系統(tǒng)始終在一個(gè)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)中。這樣不僅不利于空調(diào)系統(tǒng)充分發(fā)揮效率，而且浪費(fèi)了極大的能源。此外，很多中央空調(diào)現(xiàn)在仍通過(guò)人工控制來(lái)達(dá)到節(jié)約能源的目的。

通過(guò)運(yùn)用智能單元，對(duì)循環(huán)水的流速進(jìn)行有效控制，控制水泵風(fēng)機(jī)工作時(shí)的狀態(tài)，達(dá)到循環(huán)水冷熱量能有效利用的目的，保證空調(diào)主機(jī)能達(dá)到運(yùn)行時(shí)的理想狀態(tài)，對(duì)空調(diào)機(jī)組的最佳能耗比進(jìn)行有效利用，提高主機(jī)運(yùn)行效率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2 空調(diào)系統(tǒng)的變頻節(jié)能控制

實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速是風(fēng)機(jī)、電機(jī)及水泵進(jìn)行節(jié)能的最好途徑。從流體理論中得知，如果減小轉(zhuǎn)速，從而也會(huì)降低消耗的功率，因此，可以通過(guò)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵功率的改變。如果變頻調(diào)速器效率較高，也會(huì)使效率因數(shù)提高，且?guī)缀醪话l(fā)生變化。因此，在所有調(diào)速方案中，變頻調(diào)速取得的節(jié)能效果最優(yōu)，應(yīng)將其考慮為首選。如果冷卻水泵的進(jìn)、出水溫差降低時(shí)，為降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以使用變頻調(diào)速技術(shù)，減小其運(yùn)行功率，從而達(dá)到有效節(jié)能的目的。

之前，對(duì)冷卻塔的控制通常使用直接啟動(dòng)方式下的工頻全速進(jìn)行，這樣不能對(duì)冷卻效果進(jìn)行檢測(cè)，也不能在自然狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)節(jié)能，會(huì)使冷卻塔風(fēng)機(jī)始終在兩種極端狀況下，特別是在春天和秋天，因?yàn)槿斯げ僮鲿?huì)出現(xiàn)不及時(shí)的問(wèn)題，對(duì)冷卻塔出水溫度的變化不能及時(shí)做出反應(yīng)，從而產(chǎn)生風(fēng)機(jī)的啟?，F(xiàn)象，導(dǎo)致操作管理不當(dāng)，引發(fā)一系列問(wèn)題，造成能源浪費(fèi)。在設(shè)計(jì)新的方案時(shí)，對(duì)冷卻塔風(fēng)機(jī)選擇變頻、工頻交替運(yùn)行的控制方式。空調(diào)系統(tǒng)由五部分組成，分別是制冷主機(jī)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等，冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)與其他循環(huán)系統(tǒng)未在相同位置上，為滿足現(xiàn)空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)底層設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、數(shù)據(jù)通信集成的需要，該方案要考慮將監(jiān)控管理系統(tǒng)分為信息管理層和過(guò)程控制層，通過(guò)DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的輔助，從而實(shí)現(xiàn)分散控制、集中管理，避免使任意節(jié)點(diǎn)的故障對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)傳輸造成影響。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)冷凍循環(huán)控制系統(tǒng)、冷卻循環(huán)控制系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)等的控制，通過(guò)運(yùn)用變頻設(shè)備，在中央控制器的作用下，對(duì)整套空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)控及參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的最終目標(biāo)。

中央空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)中的冷卻水泵、冷凍水泵及水塔散熱風(fēng)機(jī)都是通過(guò)利用變頻技術(shù)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速流量及壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)的，替代了傳統(tǒng)對(duì)流量的機(jī)械化控制，對(duì)冷卻塔散熱風(fēng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)切換，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。采用變頻節(jié)能技術(shù)除可以實(shí)現(xiàn)節(jié)省電能外，還有下列優(yōu)點(diǎn)：第一，電機(jī)起動(dòng)是軟起動(dòng)，電流從零向額定電流不斷變化，避免大電流對(duì)電機(jī)造成破壞；第二，電機(jī)軟起動(dòng)轉(zhuǎn)速由零不斷升高，可以降低水泵或風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械損傷；第三，變頻器作為高性能的電力電子設(shè)備，其電機(jī)保護(hù)特性較好，有利于增加各部件的使用壽命；第四，實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能，有效減少設(shè)備運(yùn)行的噪音，增加設(shè)備使用壽命，減少維護(hù)成本。

3 實(shí)際應(yīng)用方案

某空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能方案是由一個(gè)冷凍站、末端空調(diào)箱一百多臺(tái)以及兩百多臺(tái)風(fēng)機(jī)盤組成的，它的服務(wù)面積約兩萬(wàn)多平米。開始時(shí)，中央空調(diào)機(jī)組的多數(shù)運(yùn)行時(shí)間都是非滿負(fù)荷的情況，冷凍水泵、冷卻水泵和水塔風(fēng)機(jī)卻可以達(dá)到百分之百的滿負(fù)荷情況，從而引起“大流量小溫差”的問(wèn)題，不僅沒(méi)有充分利用資源，而且大大增加了能耗。

自控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)功能比較強(qiáng)大，對(duì)冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)均運(yùn)用變速控制的方式，將冷凍站整個(gè)系統(tǒng)控制在最佳能耗狀態(tài)下。在自動(dòng)控制平臺(tái)上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器、核心控制設(shè)備自動(dòng)控制調(diào)節(jié)的目的，再依據(jù)熱負(fù)荷的具體需求，確定水泵運(yùn)行和水塔風(fēng)機(jī)開啟的臺(tái)數(shù)，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用回水溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動(dòng)控制，對(duì)回水溫度的具體變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以有效使水溫、水壓維持在一個(gè)固定值，而且可以達(dá)到能源的有效的利用。比如，在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)熱負(fù)荷比的值較高時(shí)，開啟一臺(tái)空調(diào)機(jī)組，也能保證兩臺(tái)冷凍水泵和兩臺(tái)冷卻水泵的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)末端用戶對(duì)制冷量的有效供給；也可以手動(dòng)切換其中一臺(tái)水泵，使其輪流運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)不同水泵能達(dá)到同樣的磨損周期，防止由于對(duì)一臺(tái)水泵的長(zhǎng)時(shí)間使用而出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞。由于交流電機(jī)轉(zhuǎn)速不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，因此，經(jīng)常會(huì)造成一臺(tái)水泵不能完成工作，兩臺(tái)水泵又造成能源消耗大，出現(xiàn)浪費(fèi)現(xiàn)象，不利于達(dá)到節(jié)能的目的，而通過(guò)運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié)。發(fā)生同樣現(xiàn)象時(shí)，我們可以根據(jù)所需的量對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行重新設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的節(jié)約。所以，只要隨時(shí)隨地能對(duì)一臺(tái)水泵電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，便能實(shí)現(xiàn)節(jié)能。此外，通過(guò)這種方法，可以降低投資成本，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

智能監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)建立遠(yuǎn)程操控?cái)U(kuò)展平臺(tái)，建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)智能控制的方式，運(yùn)用工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件，以Windows操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)界面比較直觀的展現(xiàn)，操作程序簡(jiǎn)單，具有顯示動(dòng)態(tài)圖形的特點(diǎn)，對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制、聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)報(bào)警，且對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)切換，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況和統(tǒng)計(jì)負(fù)荷量進(jìn)行有效了解，可以大大減少維護(hù)人員的工作量。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，通過(guò)變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器、溫度模塊等器件的互相結(jié)合，組成溫差自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能提供可靠的技術(shù)支持。在實(shí)際操作過(guò)程中，為了在平常維護(hù)中更加方便，群補(bǔ)系統(tǒng)的采集程序都運(yùn)用Windows后臺(tái)的服務(wù)程序，采用分散控制、集中管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控的模式，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行，信息互相影響，彼此又不產(chǎn)生干擾，從而為系統(tǒng)的安全穩(wěn)定提供有力條件。

[1]李曉宇.中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].浙江工業(yè)大學(xué)，2013，（11）.

[2]黃海.中央空調(diào)系統(tǒng)變頻節(jié)能的設(shè)計(jì)方案[J].廣播電視信息，2015，（2）.

[3]劉佳暢.中央空調(diào)系統(tǒng)變頻節(jié)能改造方案[J].黑龍江科技信息，2007，（11）.

Design Scheme of Frequency Conversion Energy Saving of Central Air Conditioning System

ZHAO Linyan
(Ruidong Group Co., Ltd.,Dezhou 253000)

This paper analyzes the design scheme of the central air-conditioning system, and further the effect of the design scheme in the actual application is studied and analyzed.

central air conditioning system, frequency conversion energy saving, control