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摘要：随着高层建筑的数量不断增加，中央空调投入使用量也在快速增加，但因为中央空调系统的能耗量相对较大，所以如何节约能源、提高效率成为迫切需要解决的问题。本文主要以节能为原则，从实际工程设计出发，提出了变频加闭环控制的方法对送风系统进行节能改造的新思路，并给出了具体改造的方案及控制器电路。
关键词：中央空调；节能；送风；变频器；高层建筑；系统
随着我国的高层建筑、写字楼、饭店、宾馆不断增加，中央空调的使用量也不断增加，许多大厦的送风机处于开环、恒速、24h连续运转状态，送风量的大小仅通过挡风板进行调节，而送风驱动电机的总功率通常在上百到几百千瓦，使得中央空调送风系统的用电量较大，大厦的经营者每年要花费巨额的空调电费。如能在现有的基础上对送风系统进行节能改造，使系统能根据需要进行送风，将能提高送风效率、节约能源、减少浪费。
1、空调送风系统节能潜力分析
以某大型酒店为例，酒店客房的入住率、四季的变化及每日不同的时间段，对空调系统的送风要求也不同，因此存在节能改造的可能性和可行性，可从以下几个问题分析入手。
1.1中央空调系统的工作原理
图1所示的是某酒店中央空调的示意图：空气从回风口和新风口进入空调系统入口，入口处设调风门以控制进风量的大小，过滤后的空气继续往前，到空气混合室，通过送风机后，被送去加湿，加湿后的空气送去冷却或加温（随季节而定），经挡水板，然后，进入空气分配室，再到送风管，最后进入空调室。
图 1 集中式中央空调系统示意
送风一般由若干台送风机同时完成，所需送风功率视需要而定，应该是可调的。接受部分回风可节省热能，新风口能增加新鲜空气。
1.2风机的转速送风量和能耗之间的关系
风机轴的输入功率P与风量的输出Q和扬程H之间有下列关系[2]；
P = kQH （1）
式中 k 为常数，式（1）说明，电机的输出功率和它驱动的风机的风量 Q、扬程 H 成正比，当风机转速n 变化时，风机输出的风量 Q将发生变化，它们之间有下列关系：
Q2/Q1=n2/n1 （2）
风机转速和出风量成正比。风机的输出功率 P 和转速n 有以下关系：
P2/ P1=（n2/n1）3 （3）
从式（1）、（2）、（3）可见减少送风量可通过降低风机的转速实現。降低风机的转速将大大地降低能耗，节能效果明显。
2 节能送风控制系统
节能送风系统要考虑风机的运行控制方式，即应使每台风机的运行时间尽量均衡。另外，控制器应简单有效，设计时能考虑各种特殊情况，具有一定的抗干扰及应变能力。
2.1 风机的控制方案
图 2 风机接入、切除顺序示意
在要求减少送风量的时候，最有效的方法是改变风机的转速。风机的转速可通过改变电机的转速实现，对于三相交流异步电动机使用变频器即可有效地改变电机的转速。对于用多台风机组成的送风系统，这里以 3台为例，拟采用如图 2 所示的方案，来实施送风量的调节。3台电机的总功率应大于等于最大送风量所需的输入功率。3台电机中，只对第3
台实施变频调速，第 1、2两台以工频方式运转，这样既可以减少变频器的容量、成本，又能很好地完成风量调节的目的。送风系统工作过程如下：在最小负荷下，要保证有1台电机按工频方式运转，以保证最小的送风量。当要求送风量增加时，可按以下方式改变运行状态，1号机运行风量不足，3号机投入按变频方式运行，逐步增加转速以达到送风量的要求。若送风量仍然不足，2号机投入运行，3号机仍以变频方式运转，改变3号机转速以达到需要的送风量。在要求送风量减少的过程中，设3台风机同时运转，先降低3号机的工作频率到最低值。若送风量仍然过大，可切除1、2号机中先接入的1台，3号机以变频方式高速运转；若送风量仍然过大，降低3号机的转速，直至切除3号机。
2.2闭环送风机变频系统的构成
要构成闭环系统，需要在出风口安置风压传感器，以保证出风口有恒定的风压，当测得的风压上升时，说明送风驱动量过大了，此时应降低送风驱动量。当测得的风压降低时，说明此时送风驱动量不足需要加大送风驱动量。检测到的风压信号和给定值进行比较以确定送风量的调节方向。闭环送风机变频系统的框图如图3所示。控制器除输出连续可调的模拟信号以调节变频器的工作频率之外，还要输出开关量以确定1、2、3号电机的接入与切除。
图 3 送风机变频控制结构示意
2.3 控制器设计
控制器主要实现对送风量的控制，使送风压力保持基本恒定。这里用单片机及其外围电路构成，如图4所示。用数码管显示送风压力，压力的给定可以用键盘输入也可以用电位器经A/ D转换后输入。控制器在功能上，既能实现连续控制，也能实现分级不连续控制，具体通过程序编制实现。
图 4 控制器及电机电路
3结论
中央空调的送风系统采用了变频加闭环控制后，运行稳定，节电效果明显。虽然在原有的系统中增加了变频器，但由于只对单台风机采用变频控制，要求的变频器容量一般仅在几十千瓦；另外，用单片机及其外围电路作为控制器；再是不需要对原系统作多少改变。所以，对整个空调系统的投入并不大，系统改造后的经济效益明显。
参考文献：
[1]方贵银.蓄冷空调工程实用新技术[M]北京：人民邮电出版社.2000.5.
[2]杜金城.电气变频[M]北京：中国电力出版社.2001.6.
[3]薛钧义.5l系列单片微型计算机及其应用[M].西安：西交大出版社.1989.9.
[4]王龙.中央空调系统的节能设计[D].郑州大学，2013
关键词：中央空调；节能；送风；变频器；高层建筑；系统
随着我国的高层建筑、写字楼、饭店、宾馆不断增加，中央空调的使用量也不断增加，许多大厦的送风机处于开环、恒速、24h连续运转状态，送风量的大小仅通过挡风板进行调节，而送风驱动电机的总功率通常在上百到几百千瓦，使得中央空调送风系统的用电量较大，大厦的经营者每年要花费巨额的空调电费。如能在现有的基础上对送风系统进行节能改造，使系统能根据需要进行送风，将能提高送风效率、节约能源、减少浪费。
1、空调送风系统节能潜力分析
以某大型酒店为例，酒店客房的入住率、四季的变化及每日不同的时间段，对空调系统的送风要求也不同，因此存在节能改造的可能性和可行性，可从以下几个问题分析入手。
1.1中央空调系统的工作原理
图1所示的是某酒店中央空调的示意图：空气从回风口和新风口进入空调系统入口，入口处设调风门以控制进风量的大小，过滤后的空气继续往前，到空气混合室，通过送风机后，被送去加湿，加湿后的空气送去冷却或加温（随季节而定），经挡水板，然后，进入空气分配室，再到送风管，最后进入空调室。
图 1 集中式中央空调系统示意
送风一般由若干台送风机同时完成，所需送风功率视需要而定，应该是可调的。接受部分回风可节省热能，新风口能增加新鲜空气。
1.2风机的转速送风量和能耗之间的关系
风机轴的输入功率P与风量的输出Q和扬程H之间有下列关系[2]；
P = kQH （1）
式中 k 为常数，式（1）说明，电机的输出功率和它驱动的风机的风量 Q、扬程 H 成正比，当风机转速n 变化时，风机输出的风量 Q将发生变化，它们之间有下列关系：
Q2/Q1=n2/n1 （2）
风机转速和出风量成正比。风机的输出功率 P 和转速n 有以下关系：
P2/ P1=（n2/n1）3 （3）
从式（1）、（2）、（3）可见减少送风量可通过降低风机的转速实現。降低风机的转速将大大地降低能耗，节能效果明显。
2 节能送风控制系统
节能送风系统要考虑风机的运行控制方式，即应使每台风机的运行时间尽量均衡。另外，控制器应简单有效，设计时能考虑各种特殊情况，具有一定的抗干扰及应变能力。
2.1 风机的控制方案
图 2 风机接入、切除顺序示意
在要求减少送风量的时候，最有效的方法是改变风机的转速。风机的转速可通过改变电机的转速实现，对于三相交流异步电动机使用变频器即可有效地改变电机的转速。对于用多台风机组成的送风系统，这里以 3台为例，拟采用如图 2 所示的方案，来实施送风量的调节。3台电机的总功率应大于等于最大送风量所需的输入功率。3台电机中，只对第3
台实施变频调速，第 1、2两台以工频方式运转，这样既可以减少变频器的容量、成本，又能很好地完成风量调节的目的。送风系统工作过程如下：在最小负荷下，要保证有1台电机按工频方式运转，以保证最小的送风量。当要求送风量增加时，可按以下方式改变运行状态，1号机运行风量不足，3号机投入按变频方式运行，逐步增加转速以达到送风量的要求。若送风量仍然不足，2号机投入运行，3号机仍以变频方式运转，改变3号机转速以达到需要的送风量。在要求送风量减少的过程中，设3台风机同时运转，先降低3号机的工作频率到最低值。若送风量仍然过大，可切除1、2号机中先接入的1台，3号机以变频方式高速运转；若送风量仍然过大，降低3号机的转速，直至切除3号机。
2.2闭环送风机变频系统的构成
要构成闭环系统，需要在出风口安置风压传感器，以保证出风口有恒定的风压，当测得的风压上升时，说明送风驱动量过大了，此时应降低送风驱动量。当测得的风压降低时，说明此时送风驱动量不足需要加大送风驱动量。检测到的风压信号和给定值进行比较以确定送风量的调节方向。闭环送风机变频系统的框图如图3所示。控制器除输出连续可调的模拟信号以调节变频器的工作频率之外，还要输出开关量以确定1、2、3号电机的接入与切除。
图 3 送风机变频控制结构示意
2.3 控制器设计
控制器主要实现对送风量的控制，使送风压力保持基本恒定。这里用单片机及其外围电路构成，如图4所示。用数码管显示送风压力，压力的给定可以用键盘输入也可以用电位器经A/ D转换后输入。控制器在功能上，既能实现连续控制，也能实现分级不连续控制，具体通过程序编制实现。
图 4 控制器及电机电路
3结论
中央空调的送风系统采用了变频加闭环控制后，运行稳定，节电效果明显。虽然在原有的系统中增加了变频器，但由于只对单台风机采用变频控制，要求的变频器容量一般仅在几十千瓦；另外，用单片机及其外围电路作为控制器；再是不需要对原系统作多少改变。所以，对整个空调系统的投入并不大，系统改造后的经济效益明显。
参考文献：
[1]方贵银.蓄冷空调工程实用新技术[M]北京：人民邮电出版社.2000.5.
[2]杜金城.电气变频[M]北京：中国电力出版社.2001.6.
[3]薛钧义.5l系列单片微型计算机及其应用[M].西安：西交大出版社.1989.9.
[4]王龙.中央空调系统的节能设计[D].郑州大学，2013