中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理
中央空調(diào)系統(tǒng)有主機(jī)和末段系統(tǒng)。按負(fù)擔(dān)室內(nèi)熱濕負(fù)荷所用的介質(zhì)可分為全空氣系統(tǒng)、全水系統(tǒng) 、空氣-水系統(tǒng) 、冷劑系統(tǒng) 。按空氣處理設(shè)備的集中程度可分為集中式和半集中式。按被處理空氣的來(lái)源可分為封閉式、直流式 、混合式(一次回風(fēng)二次回風(fēng))。主要組成設(shè)備有空調(diào)主機(jī)(冷熱源) 風(fēng)柜風(fēng)機(jī)盤(pán)管等等。中央空調(diào)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，隨著時(shí)間不同、使用空間以及氣溫變化，絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)，實(shí)際需要的冷負(fù)荷低于設(shè)計(jì)值，但冷卻水泵由工頻控制，處于100%的滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，浪費(fèi)大量電能。
中央空調(diào)實(shí)現(xiàn)節(jié)能改造的兩個(gè)基本的前提條件：
1、必須確保中央空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)和外圍設(shè)備的安全運(yùn)行。因?yàn)楣?jié)能固然重要，但安全應(yīng)是第一位。
2、確保空調(diào)末端用戶(hù)環(huán)境的舒適性，效益固然重要，但服務(wù)才是目的。
這兩個(gè)條件是保護(hù)用戶(hù)的根本利益所在，如果不能滿(mǎn)足這兩個(gè)前提條件，所實(shí)現(xiàn)的“中央空調(diào)節(jié)能改造”，則是以犧牲用戶(hù)的利益(即系統(tǒng)的安全性及空調(diào)服務(wù)效果)為代價(jià)的。
中央空調(diào)節(jié)能改造解決方案
由于中央空調(diào)主要設(shè)備是風(fēng)機(jī)水泵，所以節(jié)能最佳方法就是采用變頻器。目前大多數(shù)中間空調(diào)還采用以往舊的控制方式，即：通過(guò)改變壓縮機(jī)機(jī)組、水泵、風(fēng)機(jī)啟停臺(tái)數(shù)，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。
該調(diào)節(jié)方式缺點(diǎn)集中表現(xiàn)為如下幾點(diǎn)：
設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間全開(kāi)或全閉，輪流運(yùn)行，浪費(fèi)電能驚人。
電機(jī)直接工頻啟動(dòng)，沖擊電流大，嚴(yán)重影響設(shè)備使用壽命。
溫控效果不佳。當(dāng)環(huán)境或冷熱負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，只能通過(guò)增減冷熱水泵的數(shù)量或使用擋風(fēng)板來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，溫度波動(dòng)大，舒適感差。
中央空調(diào)采用變頻器后有如下優(yōu)點(diǎn)：
變頻器可軟啟動(dòng)電機(jī)，大大減小沖擊電流，降低電機(jī)軸承磨損，延長(zhǎng)軸承壽命。
調(diào)節(jié)水泵風(fēng)機(jī)流量、壓力可直接通過(guò)更改變頻器的運(yùn)行頻率來(lái)完成，可減少或取消擋板、閥門(mén)。
系統(tǒng)耗電大大下降，噪聲減小。
若采用溫度閉環(huán)控制方式，系統(tǒng)可通過(guò)檢測(cè)環(huán)境溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量，隨天氣、熱負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，溫度變化小，調(diào)節(jié)迅速。
系統(tǒng)可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)與中央控制室聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)集中遠(yuǎn)程監(jiān)控。
供水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造
無(wú)論是溴化鋰機(jī)組或電制冷(氟利昂)機(jī)組的中央空調(diào)系統(tǒng)，主機(jī)自身的能量消耗有機(jī)組控制，機(jī)外的電力消耗組不能控制，而這部分的成本是相當(dāng)高的，卻通常被人忽視了。尤其是溴化鋰機(jī)組，在額定狀態(tài)制冷運(yùn)用行時(shí)，機(jī)外水泵、冷卻塔的電機(jī)耗電量約占總體能源消耗成本的30%(以每公斤油2元、每度電1元計(jì)算)。無(wú)論從環(huán)境保護(hù)角度還是用戶(hù)切身利益角度，都應(yīng)將中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成最節(jié)能的系統(tǒng)。采用變頻器來(lái)控制機(jī)外水泵電機(jī)、冷卻塔電機(jī)是最簡(jiǎn)單、最有效的節(jié)能措施。一般情況節(jié)電20%~50%，每年可節(jié)省機(jī)組及系統(tǒng)總運(yùn)行費(fèi)用的12%~20%，十分驚人。
1、冷卻水泵變頻控制
中央空調(diào)的冷卻水泵的功率是根據(jù)空調(diào)冷凍機(jī)組的壓縮機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷工作設(shè)計(jì)的，當(dāng)環(huán)境溫度及各種外界因素，冷凍機(jī)組不需要開(kāi)啟全部壓縮機(jī)組，此時(shí)空調(diào)的冷凝系統(tǒng)所需要的冷卻量也相應(yīng)地減小，這時(shí)就可以通過(guò)變頻調(diào)速器來(lái)調(diào)節(jié)冷卻水泵的轉(zhuǎn)速，降低冷卻水的循環(huán)速度及流量，使冷卻水的冷負(fù)荷被冷凝系統(tǒng)充分利用，從而達(dá)到節(jié)能目的。從我公司對(duì)中央空調(diào)的變頻節(jié)能改造得出以下的數(shù)據(jù)，其冷卻水泵、冷溫水泵在低流量運(yùn)行時(shí)，可以大幅度節(jié)省電力，尤其針對(duì)直燃機(jī)冷卻水流量曲線(xiàn)的特點(diǎn)，采用變頻控制，意義更大，從遠(yuǎn)大BZ型直燃機(jī)中央空調(diào)系統(tǒng)采用海利普變頻器控制水泵測(cè)試數(shù)據(jù)為例：
當(dāng)制冷量75%時(shí)，機(jī)組所需冷卻水流量34%，水泵電耗約20%;
當(dāng)制冷量50%時(shí)，機(jī)組所需冷卻水流量22%，水泵電耗約15%。
2、冷溫水泵變頻控制
中央空調(diào)的冷媒水泵的功率是根據(jù)空調(diào)滿(mǎn)負(fù)荷工作設(shè)計(jì)的，當(dāng)賓館、酒店、大廈需要的冷量或熱量沒(méi)有達(dá)到空調(diào)的滿(mǎn)負(fù)荷，這時(shí)就可以通過(guò)變頻器調(diào)速器來(lái)調(diào)節(jié)冷媒水泵的轉(zhuǎn)速，降低冷媒水的循環(huán)速度，使冷量和熱量得到充分利用，從而達(dá)到節(jié)能目的。如果制冷、采暖共用一臺(tái)水泵，則冬季水泵流量只需50%，自然可大大節(jié)省電力;即使是冬夏分泵運(yùn)行，也可在低負(fù)荷季節(jié)適當(dāng)降低流量，如90%流量時(shí)，電耗約75%。
3、冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻控制
風(fēng)機(jī)功率一般都較小，節(jié)電不如水泵明顯。但風(fēng)機(jī)采取變頻控制能極大地有助于冷卻水恒溫，這對(duì)于機(jī)組制冷恒溫極為關(guān)鍵;且能使機(jī)組溶液循環(huán)穩(wěn)定，獲得最大限度的節(jié)省燃料。冷卻塔風(fēng)扇低轉(zhuǎn)速運(yùn)行還能大幅度減少漂水，節(jié)省水源、延緩水質(zhì)劣化、減少水霧對(duì)周?chē)挠绊?br />
4、采用變頻器的其他益處
由于變頻器的啟動(dòng)、停止過(guò)程是漸強(qiáng)、漸弱式，能消除電機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。并可避免電機(jī)因過(guò)載而引起的故障。
由于電機(jī)經(jīng)常處于低負(fù)荷運(yùn)行，能大幅度延長(zhǎng)電機(jī)及水泵、風(fēng)機(jī)的壽命，同時(shí)因沒(méi)有啟動(dòng)、停止的沖擊，加上流量的減少，管路承壓及所受沖擊力減小，故對(duì)管道、閥門(mén)、末端設(shè)備也起到了保護(hù)作用。另一方面，設(shè)備噪音、震動(dòng)均減小，保護(hù)了環(huán)境。
5、中央空調(diào)機(jī)組外變頻器的控制方式
根據(jù)冷卻水出/入口的溫度改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整流量;
根據(jù)冷卻水入口溫度改變冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)整水溫;
根據(jù)冷溫水出/入口的溫差改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整流量;
根據(jù)冷卻水出水的溫度改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整流量;
根據(jù)冷媒水的回水溫度改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)稅流量;
中央空調(diào)末端設(shè)備—變風(fēng)量機(jī)組變頻控制
變風(fēng)量機(jī)組也是中央空調(diào)系統(tǒng)重要的組成部分，其性能指標(biāo)(風(fēng)量、冷量、噪音、用電量)的優(yōu)劣，除了變風(fēng)量機(jī)組本身的性能外，更重要的還取決于控制的模式、控制器的性能、品質(zhì)。
隨著中央空調(diào)的不斷普及，變風(fēng)量機(jī)組調(diào)節(jié)控制器已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：
第一階段：風(fēng)閥調(diào)節(jié)。能起到調(diào)節(jié)風(fēng)量的作用，但電能量消耗大、噪音大。
第二階段：可控硅調(diào)壓調(diào)速。能起到調(diào)節(jié)風(fēng)量、冷量、節(jié)能的作用，對(duì)變風(fēng)量機(jī)組的噪音有一定的改良作用，其缺點(diǎn)是體積大、可靠性穩(wěn)定性低、故障率高。
第三階段：變頻調(diào)節(jié)。能最大限度的滿(mǎn)足變風(fēng)量機(jī)組對(duì)風(fēng)量、冷量、噪音的調(diào)節(jié)要求，節(jié)能效果更明顯，體積小，可靠性穩(wěn)定性高。
中央空調(diào)節(jié)能方案投資回報(bào)分析
冷凍泵及冷卻泵功率均為4.5kw，由于開(kāi)機(jī)運(yùn)行1臺(tái)不等，即冷卻泵運(yùn)行總功率為4.5KW×3=13.5KW，以節(jié)電率40%計(jì)算：
改造前每小時(shí)耗電：13.5kw×1h×0.9=12.15(度)(功率負(fù)荷系數(shù):0.9)
改造后每小時(shí)耗電：13.5kw×1h×(1-35%)=8.78(度)
每小時(shí)省電：149度-97度=3.38(度)
每月節(jié)省費(fèi)用(電價(jià):0.9元/度):3.38度×12小時(shí)×30天×0.9元/度=1095(元)
全年節(jié)省費(fèi)用按開(kāi)機(jī)12個(gè)月計(jì)：1095元×12=13141(元)
中央空調(diào)節(jié)能改造的優(yōu)點(diǎn)
1)實(shí)現(xiàn)了低頻低壓的軟啟動(dòng)，軟停車(chē)，使運(yùn)行更加平衡;
2)啟動(dòng)及加速過(guò)程沖擊電流小，加速過(guò)程中最大啟動(dòng)電流不超過(guò)1.5倍額定電流，大大減小了對(duì)電網(wǎng)的沖擊;
3)節(jié)能效果顯著，據(jù)實(shí)測(cè)，在低速段節(jié)能明顯，一般可達(dá)30%左右，降低運(yùn)行成本;
4)延長(zhǎng)水泵的使用壽命;
5)由于變頻器屬于高科技產(chǎn)品，因此保護(hù)功能強(qiáng)大，而且靈敏，對(duì)出現(xiàn)各種故障及時(shí)的保護(hù)，受更大的損失。
同時(shí)我們可以結(jié)合其他先進(jìn)的技術(shù)和能源加強(qiáng)中央空調(diào)節(jié)能改造，如空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)等等，通過(guò)能源互補(bǔ)，可以大大降低中央空調(diào)能耗，但是這幾種技術(shù)都是以水作為載體，因此中央空調(diào)水系統(tǒng)比氟系統(tǒng)前景更加廣闊，節(jié)能性也會(huì)更強(qiáng)，目前約克中央空調(diào)水系統(tǒng)就在大力發(fā)展地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)，依托自身的空調(diào)技術(shù)，加強(qiáng)中央空調(diào)節(jié)能改造，以適應(yīng)市場(chǎng)需求。
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