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【摘 要】针对我段现有中央空调，耗电大、噪音高，对其进行变频节能改造，以达到节能、降耗、降低噪音的效果。
【关键词】中央空调;变频节能;频率;冷水泵
一、前言
能源是人类生存，社会发展的必要物质基础。20世纪以来，世界能源消耗的增加速度，远远超过了人口增长速度，这是现代工业和科学高速发展的结果。能源问题已经到了相当严峻的地步，节约能源势在必行。节约方法的开展和应用已引起人們的高度重视。节能产品的开发、利用及推行也在全球形成热潮，在发达国家已是比较成熟的一个产业。基于以上指导思想，广泛收集有关资料，决定对我段中央空调进行变频节能改造。据统计，中央空调的用电量占各类大型建筑总用电量的60%以上，其中，仅水泵的耗电量约占到空调系统耗电量的20%～40%，存在巨大的能源浪费，而世界正在提倡节能减排，因此采用新技术降低系统能耗和减轻空调系统向外界所释放的能量就成为当务之急。
在传统的设计中，中央空调的制冷/制热机组、冷冻水/冷温水泵、冷却水泵、冷却塔风机的容量基本是按照建筑物最大制冷/制热负荷的需求来选定的，且留有充足余量。无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，虽然可满足最大的用户负荷，但不具备随用户负荷动态调节系统功率的特性，而在大多数时间里，用户负荷是较低的，这样就造成很大的能源浪费。近年来节能降耗被国家摆到空前重要的位置。而国家供电紧张形势依然没有根本缓解，电价不断上调，造成中央空调系统运行费用上升，因此如何控制空调系统的电能费用己经成为越来越多的中央空调系统经营管理者所关注的题。
因此采用变频调速技术节约低负荷时主机系统和水泵、风机系统的电能消耗，还对空调系统所释放的能量进行回收利用，具有极其重要的经济和社会意义，寻找一种节能效果明显，性能稳定可靠的控制系统成为当务之急，因而中央空调的节能改造便成必然。
1.国内外的现状及发展趋势
1.（1）在国内外的现状
中央空调在正常运行时，需要根据室内外的工作环境温度、使用空调的空间大小和设定的温度、冷却水温度的变化量等变量的变化，不断调整自身的运行状况，从而实现既能保证空调的舒适性又能尽量降低能耗的双重目标。故此，中央空调的控制系统对于一个空调的性能起了至关重要的作用。
大部分中央空调的冷水机组基本都是由人工设定的钟控装置控制，系统定时启动和定时关闭，每天长时间全开或者全关，轮流运行，这样对电网频繁的冲击，不仅恒温效果不佳，让人感到不舒适，同时也浪费了大量的电能，工程设计人员进行空调系统节能控制方面的研究，在目前应用的系统中往往偏重于设备的运行控制管理办法，具体的控制方法上，基本采用PID控制，具有一定的鲁棒性，因为得到了广泛的应用。
1.（2）国内外的发展趋势
变频节能空调近几年来成为我国空调市场上的新宠，拥有变频调速系统的中央空调能够通过温度反馈改变电机的转速使制冷量和环境达到一个平衡，具有更节能、更舒适、更环保的特点。
据统计，我国电动机装机总容量约4亿多KW，其用电量占当年全国发电量的60%～70%，而风机、水泵设备装机总功率达1.6亿KW，年耗电量3200KW·h，约占当年全国电力消耗总量的1/3。而应用变频器节电率一般在20%～60%，投资回收期1～3年，经济效益相当可观。所以大力推广应用变频调速技术不仅是当前推进企业节能降耗、提高产品质量重要手段，而且也是实现经济增长方式转变的必然要求。
二、中央空调系统的构成
中央空调系统主要由以下几个部分组成：
（1） 冷冻机组。是中央空调的“制冷源”，通往各个房间的循环水由冷冻机组进行“内部热交换”，降温为“冷冻水”。
冷冻水循环系统：由冷冻泵及冷冻水管道。从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各房间内进行热交换，带走房间内的热量，使房间内的温度下降。
（2） 冷却水塔。用于为冷冻机组提供“冷却水”。
冷却水循环系统：由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换，使水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降了温冷却水，送回到冷冻机组。如此不断循环，带走了冷冻机组释放热量。
（3） 冷却风机。有两种情况：
1 室内风机：用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内的热交换。
2 冷却塔风机：用于降低冷却塔中的水温，加速将冷却水带回的热量散发到大气中去。
（4） 温度检测。使用热电阻。
由此看出，中央空调系统的工作过程是一个不断地进行热交换的能量转换过程。冷冻水和冷却水循环系统是能量的主要传递者。因此，对冷冻水和冷却水循环系统的控制是中央空调控制系统节能的重要组成部分。
三、节能控制系统可行性分析
中央空调系统的冷冻泵配置是按设计工况的最大值来考虑的，并留有相当的余量。但在相当一部分时间内，中央空调系统的冷冻泵只是部分负荷运行，并非是每天24小时都是满负荷运行，从能耗上来说，具有很大的节能空间。行之有效的办法是通过变频器调节冷冻泵驱动电机的转速而达到节能目的，在确保整个系统正常工作情况下，尽可能降低电机转速，即电机尽可能在最低允许电流下低速运转。
四、节能控制方案
中央空调冷冻泵节能控制系统构成：1 温差传感器。2 PID调节器。3 前置放大器。4 运动操作箱。5 变频器。
中央空调系统冷冻泵进出口安装温差传感器，随时检测冷冻泵进出口水的温度差，然后将检测到信号输送给PID调节器，PID调节器将信号输送给前置放大器，前置放大器经过运动操作箱向变频调速器输出控制信号，由变频器调整冷冻泵电机转速。当系统实际负荷增加时，冷冻泵进、出口水温差减小，通过变频器调整加大电机转速。反之，温差增大时，则降低频率，减慢电机转速。
变频器的调速范围和冷冻水温差设计范围是由冷冻机决定的，所以应根据实际情况设定系统工作最高频率和最低频率，变频器设计工作范围是30～60Hz，冷冻水温差设计为5～7摄示度。
五、取得效果
1 节能。
由水泵电机的轴功率与电机转速的三次方成正比，可知，如水泵电机额定功率为30KW，通过变频控制电机供电频率从50Hz降至40Hz时，可节电50%左右，即水泵电机在这种情况以15KW的功率运行，一小时就可节约电15KW。一年按使用8个月计算，一年就可节约电86400KW。如果使用时电机供电频率再低，节约的电能就更多。
2 减少对电网的冲击。
由变频器控制的水泵电机起动时电机从0Hz开始拖动，实行带载软起动。从而避免了冲击电流的产生，减少电能的消耗。
3 改善了运行的条件，延长电机的使用寿命，降低了噪音。
综上所述，本课题的研究意义在于：
1.通过对中央空调系统的节能措施的研究，可以避免不合理的低效用能，降低了空调系统的能耗，提高了能源的利用率，对于解决当前电力供需矛盾，提高电网的负荷率和发电设备及输电设施利用率，保证电力系统安全运行。减小国家的电力投资等也具有重要的意义。
2.对中央空调系统中的冷却水实施回收利用，将其输入到集中供应的卫生热水系统中，利用有源热泵机组提升水温，增设动态管理的储热循环装置，降低了中央空调系统向外界释放的热量，整个系统既可以节能，也减少了对环境的污染。
经市场调查与了解采用成熟的变频器来实现，以便达到节能和延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。这是因为变频器能根据冷冻水泵和冷却水泵负载变化随之调整水泵电机的转速，在满足中央空调系统正常工作的情况下使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调节，以达到节能目的
（作者单位：合肥机务段物资设备科）
【关键词】中央空调;变频节能;频率;冷水泵
一、前言
能源是人类生存，社会发展的必要物质基础。20世纪以来，世界能源消耗的增加速度，远远超过了人口增长速度，这是现代工业和科学高速发展的结果。能源问题已经到了相当严峻的地步，节约能源势在必行。节约方法的开展和应用已引起人們的高度重视。节能产品的开发、利用及推行也在全球形成热潮，在发达国家已是比较成熟的一个产业。基于以上指导思想，广泛收集有关资料，决定对我段中央空调进行变频节能改造。据统计，中央空调的用电量占各类大型建筑总用电量的60%以上，其中，仅水泵的耗电量约占到空调系统耗电量的20%～40%，存在巨大的能源浪费，而世界正在提倡节能减排，因此采用新技术降低系统能耗和减轻空调系统向外界所释放的能量就成为当务之急。
在传统的设计中，中央空调的制冷/制热机组、冷冻水/冷温水泵、冷却水泵、冷却塔风机的容量基本是按照建筑物最大制冷/制热负荷的需求来选定的，且留有充足余量。无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，虽然可满足最大的用户负荷，但不具备随用户负荷动态调节系统功率的特性，而在大多数时间里，用户负荷是较低的，这样就造成很大的能源浪费。近年来节能降耗被国家摆到空前重要的位置。而国家供电紧张形势依然没有根本缓解，电价不断上调，造成中央空调系统运行费用上升，因此如何控制空调系统的电能费用己经成为越来越多的中央空调系统经营管理者所关注的题。
因此采用变频调速技术节约低负荷时主机系统和水泵、风机系统的电能消耗，还对空调系统所释放的能量进行回收利用，具有极其重要的经济和社会意义，寻找一种节能效果明显，性能稳定可靠的控制系统成为当务之急，因而中央空调的节能改造便成必然。
1.国内外的现状及发展趋势
1.（1）在国内外的现状
中央空调在正常运行时，需要根据室内外的工作环境温度、使用空调的空间大小和设定的温度、冷却水温度的变化量等变量的变化，不断调整自身的运行状况，从而实现既能保证空调的舒适性又能尽量降低能耗的双重目标。故此，中央空调的控制系统对于一个空调的性能起了至关重要的作用。
大部分中央空调的冷水机组基本都是由人工设定的钟控装置控制，系统定时启动和定时关闭，每天长时间全开或者全关，轮流运行，这样对电网频繁的冲击，不仅恒温效果不佳，让人感到不舒适，同时也浪费了大量的电能，工程设计人员进行空调系统节能控制方面的研究，在目前应用的系统中往往偏重于设备的运行控制管理办法，具体的控制方法上，基本采用PID控制，具有一定的鲁棒性，因为得到了广泛的应用。
1.（2）国内外的发展趋势
变频节能空调近几年来成为我国空调市场上的新宠，拥有变频调速系统的中央空调能够通过温度反馈改变电机的转速使制冷量和环境达到一个平衡，具有更节能、更舒适、更环保的特点。
据统计，我国电动机装机总容量约4亿多KW，其用电量占当年全国发电量的60%～70%，而风机、水泵设备装机总功率达1.6亿KW，年耗电量3200KW·h，约占当年全国电力消耗总量的1/3。而应用变频器节电率一般在20%～60%，投资回收期1～3年，经济效益相当可观。所以大力推广应用变频调速技术不仅是当前推进企业节能降耗、提高产品质量重要手段，而且也是实现经济增长方式转变的必然要求。
二、中央空调系统的构成
中央空调系统主要由以下几个部分组成：
（1） 冷冻机组。是中央空调的“制冷源”，通往各个房间的循环水由冷冻机组进行“内部热交换”，降温为“冷冻水”。
冷冻水循环系统：由冷冻泵及冷冻水管道。从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各房间内进行热交换，带走房间内的热量，使房间内的温度下降。
（2） 冷却水塔。用于为冷冻机组提供“冷却水”。
冷却水循环系统：由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换，使水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降了温冷却水，送回到冷冻机组。如此不断循环，带走了冷冻机组释放热量。
（3） 冷却风机。有两种情况：
1 室内风机：用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内的热交换。
2 冷却塔风机：用于降低冷却塔中的水温，加速将冷却水带回的热量散发到大气中去。
（4） 温度检测。使用热电阻。
由此看出，中央空调系统的工作过程是一个不断地进行热交换的能量转换过程。冷冻水和冷却水循环系统是能量的主要传递者。因此，对冷冻水和冷却水循环系统的控制是中央空调控制系统节能的重要组成部分。
三、节能控制系统可行性分析
中央空调系统的冷冻泵配置是按设计工况的最大值来考虑的，并留有相当的余量。但在相当一部分时间内，中央空调系统的冷冻泵只是部分负荷运行，并非是每天24小时都是满负荷运行，从能耗上来说，具有很大的节能空间。行之有效的办法是通过变频器调节冷冻泵驱动电机的转速而达到节能目的，在确保整个系统正常工作情况下，尽可能降低电机转速，即电机尽可能在最低允许电流下低速运转。
四、节能控制方案
中央空调冷冻泵节能控制系统构成：1 温差传感器。2 PID调节器。3 前置放大器。4 运动操作箱。5 变频器。
中央空调系统冷冻泵进出口安装温差传感器，随时检测冷冻泵进出口水的温度差，然后将检测到信号输送给PID调节器，PID调节器将信号输送给前置放大器，前置放大器经过运动操作箱向变频调速器输出控制信号，由变频器调整冷冻泵电机转速。当系统实际负荷增加时，冷冻泵进、出口水温差减小，通过变频器调整加大电机转速。反之，温差增大时，则降低频率，减慢电机转速。
变频器的调速范围和冷冻水温差设计范围是由冷冻机决定的，所以应根据实际情况设定系统工作最高频率和最低频率，变频器设计工作范围是30～60Hz，冷冻水温差设计为5～7摄示度。
五、取得效果
1 节能。
由水泵电机的轴功率与电机转速的三次方成正比，可知，如水泵电机额定功率为30KW，通过变频控制电机供电频率从50Hz降至40Hz时，可节电50%左右，即水泵电机在这种情况以15KW的功率运行，一小时就可节约电15KW。一年按使用8个月计算，一年就可节约电86400KW。如果使用时电机供电频率再低，节约的电能就更多。
2 减少对电网的冲击。
由变频器控制的水泵电机起动时电机从0Hz开始拖动，实行带载软起动。从而避免了冲击电流的产生，减少电能的消耗。
3 改善了运行的条件，延长电机的使用寿命，降低了噪音。
综上所述，本课题的研究意义在于：
1.通过对中央空调系统的节能措施的研究，可以避免不合理的低效用能，降低了空调系统的能耗，提高了能源的利用率，对于解决当前电力供需矛盾，提高电网的负荷率和发电设备及输电设施利用率，保证电力系统安全运行。减小国家的电力投资等也具有重要的意义。
2.对中央空调系统中的冷却水实施回收利用，将其输入到集中供应的卫生热水系统中，利用有源热泵机组提升水温，增设动态管理的储热循环装置，降低了中央空调系统向外界释放的热量，整个系统既可以节能，也减少了对环境的污染。
经市场调查与了解采用成熟的变频器来实现，以便达到节能和延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。这是因为变频器能根据冷冻水泵和冷却水泵负载变化随之调整水泵电机的转速，在满足中央空调系统正常工作的情况下使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调节，以达到节能目的
（作者单位：合肥机务段物资设备科）