一、 前言  
    中央空調(diào)是寫字樓、酒店、商場(chǎng)里的耗電大戶，大約占總耗電量的60%左右，因此中央空調(diào)的節(jié)能改造顯得尤為重要。由于在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，中央空調(diào)系統(tǒng)必須按天氣比較熱、負(fù)荷比較大時(shí)的工況進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且留有10-20%的設(shè)計(jì)余量，然而實(shí)際上絕大部分時(shí)間內(nèi)空調(diào)是不會(huì)運(yùn)行在滿負(fù)荷狀態(tài)下的，存在很大的富余，其中，主機(jī)可以根據(jù)負(fù)載變化隨之加載或減載，而冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負(fù)載變化做出相應(yīng)調(diào)節(jié)，存在很大的浪費(fèi)。由于水的放熱系數(shù)與水流速的0.8次方呈正比、而水流的壓力損失與水流速的平方呈正比，因此水流速增高時(shí)，放熱系數(shù)的增加并不明顯，并且流速增加到一定程度時(shí)，幾乎就不再變化，而壓力損失卻非常大，因此當(dāng)機(jī)組處在非額定負(fù)荷時(shí)，就可以通過(guò)循環(huán)水量的降低，從而減少動(dòng)力消耗。中央空調(diào)水泵系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門和旁通調(diào)節(jié)來(lái)完成，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現(xiàn)象，不僅大量浪費(fèi)電能，而且還造成中央空調(diào)末端達(dá)不到合理效果的情況。為了解決這些問(wèn)題需使水泵隨著負(fù)載的變化調(diào)節(jié)流量并關(guān)閉閥門、旁通等。由于水泵多采用的是Y-△起動(dòng)方式，電機(jī)的起動(dòng)電流為其額定電流的3～4倍，一臺(tái)55KW的電動(dòng)機(jī)其起動(dòng)電流將達(dá)到300A以上，在如此大的電流沖擊下，空氣開關(guān)、接觸器、電機(jī)的使用壽命都將大大下降，同時(shí)，起動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖擊和停泵時(shí)的水錘現(xiàn)象，容易對(duì)軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費(fèi)用。  
    典型的中央空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)主要由冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)及主機(jī)三部分組成：

● 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)  
    該部分由冷凍泵、室內(nèi)風(fēng)機(jī)及冷凍水管道等組成。從主機(jī)蒸發(fā)器流出的低溫冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道（出水），進(jìn)入室內(nèi)進(jìn)行熱交換，帶走房間內(nèi)的熱量，比較后回到主機(jī)蒸發(fā)器（回水）。室內(nèi)風(fēng)機(jī)用于將空氣吹過(guò)冷凍水管道，降低空氣溫度，加速室內(nèi)熱交換。  
● 冷卻水循環(huán)部分  
    該部分由冷卻泵、冷卻水管道、冷卻水塔及冷凝器等組成。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)熱交換的同時(shí)，必將帶走室內(nèi)大量的熱能。該熱能通過(guò)主機(jī)內(nèi)的冷媒傳遞給冷卻水，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升溫后的冷卻水壓入冷卻水塔（出水），使之與大氣進(jìn)行熱交換，降低溫度后再送回主機(jī)冷凝器（回水）。  
● 主機(jī)  
    主機(jī)部分由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器及冷媒（制冷劑）等組成，其工作循環(huán)過(guò)程如下：  
    首先低壓氣態(tài)冷媒被壓縮機(jī)加壓進(jìn)入冷凝器并逐漸冷凝成高壓液體。在冷凝過(guò)程中冷媒會(huì)釋放出大量熱能，這部分熱能被冷凝器中的冷卻水吸收并送到室外的冷卻塔上，比較終釋放到大氣中去。隨后冷凝器中的高壓液態(tài)冷媒在流經(jīng)蒸發(fā)器前的節(jié)流降壓裝置時(shí)，因?yàn)閴毫Φ耐蛔兌鴼饣纬蓺庖夯旌衔镞M(jìn)入蒸發(fā)器。冷媒在蒸發(fā)器中不斷氣化，同時(shí)會(huì)吸收冷凍水中的熱量使其達(dá)到較低溫度。比較后，蒸發(fā)器中氣化后的冷媒又變成了低壓氣體，重新進(jìn)入了壓縮機(jī)，如此循環(huán)往復(fù)。  
二、工況能耗分析  
    在當(dāng)今國(guó)家大力倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的情勢(shì)下，各大型中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造勢(shì)在必行，2005年初中電博達(dá)節(jié)能科技有限公司對(duì)北京一家廈門商務(wù)會(huì)館的中央空調(diào)系統(tǒng)用易能EDS2000系列進(jìn)行了變頻節(jié)能改造。2005年冬季正式投入使用，至今運(yùn)行將近3年時(shí)間，根據(jù)客戶的反應(yīng)，此變頻改造后的節(jié)能效果非常明顯，每年節(jié)電率約在38％，設(shè)備維護(hù)費(fèi)每年減少約4萬(wàn)元！下面就易能變頻器在廈門商務(wù)會(huì)館中央空調(diào)上的具體應(yīng)用作一下總結(jié)以便大家探討之用  
    北京廈門商務(wù)會(huì)館大廈概況：主樓8層，約50米高，地下兩層，總面積30000平方米。冷凍站設(shè)在大廈地下二層內(nèi)，冷凍機(jī)采用直燃式溴化鋰制冷熱水機(jī)組，燃料為天然氣，冷量2326KW/臺(tái)，熱量1860KW/臺(tái)，共二臺(tái)（一備一用），總冷量4652KW（300萬(wàn)KCAL/H），總熱量3720KW（240萬(wàn)KCAL/H），單臺(tái)機(jī)冷水流量400米3/小時(shí)，給、回水溫度為7℃/12℃，溫差為5℃；熱水流量200米3/H，給、回水溫度為75℃/67℃，（該機(jī)比較高溫度為95℃，為安全起見，選75℃）溫差為8℃。選用冷卻水泵、冷凍水泵各為55KW，二備二用，共8臺(tái)冬夏共用。商用電價(jià)較高，平均為0.8元/度?？照{(diào)一年中使用的時(shí)間可分為三段：1、致冷天數(shù)為180天、致熱天數(shù)為120天，其他采用全新風(fēng)。2、夏季2臺(tái)同時(shí)運(yùn)行時(shí)間為10天；冬季2臺(tái)同時(shí)運(yùn)行的時(shí)間為12天；3、冬、夏兩季每天致熱或致冷的時(shí)間各為16小時(shí)。  
    原水泵在制冷的180天時(shí)間里的電耗和運(yùn)行費(fèi)用如下： 

    夏季冷卻水泵電耗為：334400KWH；電費(fèi)為：334400＊0.8=267520元  
    原水泵在制熱的120天時(shí)間里的電耗和運(yùn)行費(fèi)用如下： 
    冬季冷卻水泵電耗：221760KWH，電費(fèi)為：221760＊0.8=177408元  
    所有水泵按額定功率運(yùn)行計(jì)算以上兩項(xiàng)合計(jì)全年電費(fèi)為：￥444928元，根據(jù)此大廈往年用電記錄顯示：2004年全年“以上兩項(xiàng)實(shí)際用電電費(fèi)為：435928元”即水泵的實(shí)際運(yùn)行功率為額定功率98％左右 

● 下面就冷卻系統(tǒng)作下具體分析：

 

 

    1、如上圖所示，P1、P2、P3、P4、P5為水壓表，V1、V2、V3為閥門。冷卻系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)（例如2#冷卻泵、3#冷卻泵運(yùn)行，1#冷卻泵備用），泵入口壓力P4為0.4Mpa， 2#冷卻泵出口壓力P2為0.8Mpa，閥門V2后的壓力P5為0.65Mpa。顯然，2#冷卻泵增壓為0.8-0.4=0.4Mpa，冷卻水在閥門V2上的降壓為0.15Mpa。由此可見，泵施加到冷卻水上的能量有37%消耗在閥門V2上了。   
    2、冷凍水系統(tǒng)的情況與冷卻水系統(tǒng)相同，這里就不在贅述。   
    由以上分析可以得出這樣的結(jié)論：在空調(diào)機(jī)組非額定負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，冷卻水泵、冷凍水泵卻長(zhǎng)期處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，電機(jī)作了大量的無(wú)用功，造成了大量電能的浪費(fèi)。   

三、改造方案   
    控制系統(tǒng)根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)到的溫度信號(hào)值，經(jīng)模擬、數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換后，通過(guò)可編程控制器（PLC）和變頻器調(diào)整各泵電機(jī)的工作狀態(tài)（主要是轉(zhuǎn)速），保證各電機(jī)以比較小功率輸出，精確地進(jìn)行溫度控制，即使變頻控制回路發(fā)生故障，本控制系統(tǒng)的變頻?工頻切換功能也可將機(jī)組切換到工頻工作，以確保設(shè)備正常工作的需要。   
    夏季根據(jù)主機(jī)組的使用數(shù)量和給、回水溫差調(diào)整水泵運(yùn)行的數(shù)量和轉(zhuǎn)速，當(dāng)冷負(fù)荷變化較小時(shí)，通過(guò)機(jī)組的自身的能量系統(tǒng)調(diào)節(jié)主機(jī)組的出力，結(jié)合調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，維持5度的溫差，保證機(jī)組的恒流量。當(dāng)負(fù)荷變化較大，冷凍機(jī)組運(yùn)行數(shù)量發(fā)生變化時(shí)，二臺(tái)機(jī)組同時(shí)工作，則四臺(tái)泵在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的回水與出水的溫差，反應(yīng)了需要交換的熱量多少。根據(jù)回水和出水溫差，控制循環(huán)水的流速來(lái)控制熱交換量，在滿足需要的前提下，達(dá)到節(jié)電的目的。溫差大說(shuō)明冷卻機(jī)組產(chǎn)生的熱量大，應(yīng)降低回水和出水的溫度差，通過(guò)加快控制循環(huán)水的速度來(lái)控制熱交換的速度，加速冷卻水的降溫；溫差小，說(shuō)明冷卻機(jī)組產(chǎn)生的熱量小，可降低冷卻泵的循環(huán)速度?？删幊炭刂破鳎≒LC）將傳感器檢測(cè)到的溫差信號(hào)同設(shè)定溫差比較后控制變頻器調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。下面分別針對(duì)兩套系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)說(shuō)明：   
1.    冷凍水系統(tǒng)：   
    對(duì)于冷凍水系統(tǒng)，由于低溫冷凍水溫度取決于蒸發(fā)器的運(yùn)行參數(shù)（一般冷凍水出水溫度為7℃），只需要控制高溫冷凍水（回水）的溫度，即可以控制溫差，現(xiàn)采用溫度傳感器、PID調(diào)節(jié)器、變頻器組成閉還控制系統(tǒng)，冷凍水回水溫度控制在12℃，使冷凍水泵的轉(zhuǎn)速隨著負(fù)載熱負(fù)荷的變化而變化?？刂圃硪娤聢D： 

 
2.    冷卻水系統(tǒng)：   
    對(duì)于冷卻水系統(tǒng)，取冷凝器兩側(cè)冷卻水的溫度作為控制參數(shù)，采用溫度傳感器、PID調(diào)節(jié)器、變頻器、冷卻水泵組成閉還控制系統(tǒng)，冷卻水溫差控制在T2，本系統(tǒng)為5℃，使冷卻水泵的轉(zhuǎn)速隨著負(fù)載熱負(fù)荷的變化而變化?？刂圃硪娤聢D：
    根據(jù)廈門商務(wù)會(huì)館中央空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際情況以及對(duì)本系統(tǒng)改造的要求，冷卻水系統(tǒng)可以滿足制冷主機(jī)在100%制冷負(fù)荷時(shí)對(duì)冷卻水流量的要求（本系統(tǒng)為1200m3/h），在主機(jī)制冷負(fù)荷不足100%時(shí)，本系統(tǒng)根據(jù)冷卻出水和回水的溫度差，動(dòng)態(tài)地調(diào)整泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，并以比較小的電能向制冷主機(jī)提供所需的冷卻水流量。   
    1、本系統(tǒng)設(shè)有流量下限（不能低于溴化鋰機(jī)組額定流量1200m3/h的60%即720m3/h左右），這樣就可以保證溴化鋰主機(jī)內(nèi)的流量保護(hù)開關(guān)在正常情況下不會(huì)動(dòng)作。   
    2、本系統(tǒng)還設(shè)有壓力上限，管網(wǎng)內(nèi)的水壓不會(huì)超過(guò)管網(wǎng)及制冷主機(jī)所能承受的比較大壓力。  
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3. 易能EDS2000系列變頻器簡(jiǎn)單電氣接線圖：   
    廈門商務(wù)會(huì)館的中央空調(diào)變頻改造系統(tǒng)中用四臺(tái)EDS2000－4T0550G/P變頻器分別控制二臺(tái)冷凍泵、二臺(tái)冷卻泵。2臺(tái)EDS2000－4T0150G/P的變頻器控制冷卻塔見機(jī)，1臺(tái)EDS2000－4T0055G/P的控制補(bǔ)水泵，2臺(tái)EDS2000－4T0075G/P分別控制二臺(tái)熱水泵。   
    1、基本接線圖:     

    2、 參數(shù)設(shè)置如下：   
    1）根據(jù)電機(jī)銘牌額定數(shù)據(jù)，對(duì)參數(shù)F0.05 ～ F0.09設(shè)置。   
    2）F0.00 =5，CCI模擬量4～20mA輸入給定頻率，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。   
    3）F0.02 = 1，選擇端子運(yùn)行命令控制電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止。    
    4）F0.17 = 30，變頻器下限頻率設(shè)為30HZ，為確保中央空調(diào)主機(jī)比較低流量不致于損壞主機(jī)而設(shè)。  

四、投資回報(bào)分析   
    此商務(wù)會(huì)館的中央空調(diào)系統(tǒng)用易能電氣的EDS2000系列改造后，2005年冬正式投入使用，至今快近3年時(shí)間，根據(jù)這3年的水泵年用電電費(fèi)記錄表顯示，2006年、2007年電費(fèi)分別為285682元、267358元。年節(jié)電率分別為34.5％，38.7％（與2004年水泵年耗電費(fèi)435928元比較）   

五、改造后的效果   
    滿足中央空調(diào)主機(jī)對(duì)冷卻水流量的要求，使中央空調(diào)主機(jī)能夠達(dá)到其額定的制冷量，滿足中央空調(diào)機(jī)組在夏季比較熱時(shí)能提供足夠的致冷量；在冬季比較冷時(shí)提供足夠的致熱量。   
    準(zhǔn)確地進(jìn)行溫度控制，提供更舒適的環(huán)境；循環(huán)水系統(tǒng)（包括冷卻水和冷凍水系統(tǒng)）不能根據(jù)溫度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)水的循環(huán)速度，只能靠人工手動(dòng)調(diào)整閥門的開度來(lái)調(diào)節(jié)循環(huán)水的循環(huán)速度，從而無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確地溫度控制。采用變頻控制系統(tǒng)后，可根據(jù)溫度傳感器反饋回來(lái)的溫度信號(hào)控制水的循環(huán)速度，從而進(jìn)行準(zhǔn)確地溫度控制。   
    節(jié)電效果明顯，節(jié)電率平均可達(dá)35%以上；原系統(tǒng)是用閥門來(lái)調(diào)整水的循環(huán)速度，當(dāng)閥門關(guān)小時(shí)，循環(huán)水循環(huán)時(shí)阻力增加，浪費(fèi)了大量的電能。采用了變頻控制系統(tǒng)后，可將閥門全部打開，通過(guò)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整水的循環(huán)速度，節(jié)省了大量的電能。   
    大幅度地降低噪音，減少公害，保護(hù)環(huán)境，并節(jié)約運(yùn)行時(shí)的蒸汽量。   
    原機(jī)組的電機(jī)起動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的沖擊電流，采用變頻控制后，可以使電機(jī)起動(dòng)時(shí)電流平緩上升，沒有電流和機(jī)械沖擊，另外，由于大功率電機(jī)停機(jī)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的反饋沖擊電流，對(duì)設(shè)備造成一定程度的損害。采用變頻控制后，可使電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟停，避免反饋電流造成的危害，有利于延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。   
    自動(dòng)調(diào)整冷卻水泵工作狀態(tài)，減少維護(hù)量，延長(zhǎng)管網(wǎng)系統(tǒng)壽命；   
    本控制系統(tǒng)的變頻?工頻切換功能可以使變頻控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)將空調(diào)機(jī)組切換到工頻工作，以確?？照{(diào)機(jī)組可以正常工作。   
    設(shè)有流量下限和壓力上限保證制冷主機(jī)及系統(tǒng)管網(wǎng)的運(yùn)行安全。
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