中央空调节能控制策略与变频节能实例研究

摘要：随着经济的发展，能源紧张问题也日益突出。中央空调在写字楼、酒店、医院等处被广泛使用，所以降低空调能耗是一个值得研究和探索的问题。本文阐述了造成中央空调能耗的因素分析，进而论述了中央空调系统的变频节能措施，包括变频调速节能原理、变频具体方案以及投资回收的简略估算。

关键词：中央空调；节能控制

中图分类号：TB657.2 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2012）05-0-01

一、引言

当前的能源问题困扰着大部分国家，而随着经济的发展，能源紧张问题也日益突出。中央空调作为耗能大户，在能源消耗中占有很大的比重。在不影响室内人群舒适度的前提下，尽可能的降低中央空调的能耗水平，是一个值得关注的问题。中央空调在写字楼、酒店、医院等处被广泛使用，由于使用方式不够科学以及早期的空调技术限制，普遍存在着能源浪费现象，举例来讲，水循环系统、冷却塔风机系统的容量制定依据都选取了所在建筑物的最大负荷作为基准，在没有开启负荷自控装置的建筑中，负荷虽然时时变化，而中央空调电机却总是在固定频率工作，因此造成耗能增多。

二、造成中央空调能耗的因素分析

首先是空调维护人员不具备充足的专业知识，尤其是对于一些空调的核心技术理论一无所知。如制冷空调理论以及热力学知识等，有些楼宇、公司出于成本的考虑，没有聘用相关暖通空调专业的维护人员。所以操作工难以了解空调的节能手段，更谈不上具体实施了。此外，风机与水泵的能耗在中央空调中所占比例是很大的，通常在30%左右，而对其节能降耗却鲜有人重视。另外，在一些季节过渡的时间里，室外空气也可起到良好的温度调节作用，此时假如仍然按照夏季空调的使用方案来执行，显然就浪费了能源。如果能够根据室外的温度及时进行调节，并采取在空调加装回风系统等措施，就能节约一部分能源。另外，一些楼宇的空调冷却塔质量也对其节能造成比较大的影响，过低的安装质量无法充分发挥冷却塔的设计容量，造成冷却塔冷却能力偏低，冷却水温温度偏高，从而影响机组制冷系数，增加了能耗。

三、中央空调系统具体节能措施

具体的节能措施可以从空调运转的全过程来考虑。中央空调降耗属于一个系统性的过程，所以在空调使用和运转的所有环节都能运用节能的思路与运行模式。首先可以对围护结构进行改造以增加其保温性能，因为其维护结构自身也同时属于冬季的热负荷和夏季的冷负荷的一部分。此外，设计时对室内的温度湿度参数估算的准确性也十分重要，如果参数选择科学合理，可以再保持室内舒适度的前提下，节约系统能耗。比如，用冷负荷系数法可以分析得出随着室内温度的不同，空调实际的冷负荷、制冷量等。中央空调系统能耗随着室内设计温度每提高1而降低约6%。此外，中央空调的冷源选取也很重要，在风系统和水系统的能耗分析中，占据耗能高比例部分的分别是风机的能耗，水泵与冷水机组的能耗。最后，空气和水是作为中央空调的冷载体而存在的，对于这两种载体的输送过程进行良好控制，也可以有效节能。除此之外，一些经验丰富的专业技术人员也总结出一些有效的节能措施，如可以增加动态平衡阀尽量增大供回水温度；在系统不超压的情况下尽量多的使用空调一次水去向房间供冷；通过系统分区把不同时段动行的房间分在同一根主管上。实践证明这些措施对中央空调的节能降耗都能起到显著的作用。

四、中央空调系统的变频节能措施

(一)变频调速节能原理

当前的许多中央空调系统冷却水泵在设计时都是根据空调满负荷工作而制定的，只有在温度最高或最低的时段才能全负荷运转，此外的时间都属于浪费能源状态。冷却水泵、冷水泵长期运行在低效耗能的状态下，因此可以考虑在一定程度上降低水泵流量。水泵电机的耗电功率与转速的比例接近于立方比，当其转速降低时，耗电量也会大幅下降，就能在满足中央空调需要的前提下降低电能消耗。变频最大的优点是节约能耗，此外，其实还可起到延长电机使用寿命的作用，因为减少了电流的冲击。对于水泵和风机的机械磨损也可以相应减少，还能使室温保持恒定，使人的舒适度明显提升，设备在可靠性与噪音都有所缓解。

(二)变频方案

变频的主要部位就是中央空调的冷冻泵与冷却泵，经过改造实现节能。首先是对冷冻泵进行变频改造。冷冻泵在中央空调中的作用是对冷却水进行循环推动，冷冻水在冷却之后，从制冷机组流出，冷冻泵将其泵往所有楼层，在热能交换完成以后，再返回制冷机组。若能对冷冻泵实现变频改造，就能以回水温度为依据来判定房间温度是否恒定。高温度的回水证明房间温度偏高，因此需要对变频器进行控制来提高冷冻泵的转速，反之亦然。

其次是对冷却泵进行变频改造，冷却水在系统中的循环动力来自冷却泵。在循环过程中，制冷机组流入进水，在将其与冷凝器进行热交换，将制冷机组制冷过程中产生的热量带走，冷却之后重新流进制冷机组。在此循环过程中，由于冷却塔的水温随环境温度的改变而改变，所以不能单独把单侧水温度作为判断制冷机组内产生热量的依据。真正合理的判别依据是选取回水和进水间的温差，温差的大小与制冷机组产生的热量基本成正比。根据温差来调节冷却泵的转速以节约能源。针对以上方案，假如冷(热)水循环水泵功率为15KW，冷却水循环水泵功率为18.5kW，冷却塔风机功率5kW，则可以计算得出，冷(热)循环水泵由于每年实际工作时间7个月，进行变频调速节电改造后，预计1.5年左右就可收回投资。

五、结束语

节能和环保是实现可持续发展的关键。空调领域作为一用能大户，其能耗已占总能耗的20%左右，故节能意义十分巨大。在当今世界上充满着“能源紧缺”的时刻，节能问题已成为世界各国最关心的首要问题，也是我国政府和研究部门广大科学工作者探计中最注重的一环。一些发达国家空调工程的能耗，已占据建筑物总能耗的 60%-70%，我国也占据50%-60%。而从可持续发展理论出发，空调系统如何适应在低负荷下高效节能运行及在系统设计中对设备进行节能选配就成为空调节能的关键，这对于节约能源、降低运行费用、促进国民经济发展具有十分重要的意义。作为一个暖通专业的工作者，在空调系统的设计、管理过程中，均应将对节能降耗问题引起足够的重视，在各个环节中均应积极地争取挽回所有可能挽回的能量，并将能源消耗作为衡量系统优劣的一项重要指标。

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作者简介：王 为（1982-），男，湖南人。