中央空調節能方案

中央空調是大廈里的耗電大戶，每年的電費中空調耗電占60％左右，因此中央空調的節能改造顯得尤為重要。 由于設計時，中央空調系統必須按天氣最熱、負荷最大時設計，并且留10-20％設計余量。但實際上絕大部分時間空調是不會運行在滿負荷狀態下的，存在較大的富余。中央空調系統冷凍主機可以根據負載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化做出相應調節，存在很大的浪費。所以節能的潛力就較大。
　　
　　節能方案
　　中央空調系統通常分為冷凍(媒)水和冷卻水兩個系統(左半部分為冷凍(媒)水系統，右半部分為冷卻水系統)。根據國內外最新資料介紹，并多處通過對在中央空調水泵系統進行閉環控制改造的成功范例進行考察，現在水泵系統節能改造的方案大都采用變頻器來實現。
　　水泵系統的流量與壓差是靠閥門和旁通調節來完成，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現象，不僅大量浪費電能，而且還造成中央空調最末端達不到合理效果的情況。為了解決這些問題需使水泵隨著負載的變化調節水流量并關閉旁通。
　　 再因水泵采用的是Y—△起動方式，電機的起動電流均為其額定心流的3～4倍， 一臺90KW的電動機其起動電流將達到500A，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機的使用壽命大大下降，同時，起動時的機械沖及和停泵時水垂現象，容易對機械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，增加維修工作量和備品、備件費用。
　　 綜上，為了節約能源和費用，需對水泵系統進行改造，采用風機、泵類專用變頻器，以便達到節能和延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。這是因為變頻器能根據冷凍水泵和冷卻水泵負載變化隨之調整水泵電機的轉速，在滿足中央空調系統正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵做出相應調節，以達到節能目的。水泵電機轉速下降，電機從電網吸收的電能就會大大減少。
　　減少的功耗△P=PO(1—(N1／N0)^3) (1)式
　　減少的流量△Q＝Q0(1－(N1／N0)) (2)式
　　其中N1為改變后的轉速，N0為電機原來的轉速，P0為原電機轉速下的電機消耗功率，Q0為原電機轉速下所產生的水泵流量。由上式可以看出流量的減少與轉速減少的一次方成正比，但功耗的減少卻與轉速減少的三次方成正比。如：假設原流量為100個單位，耗能也為100個單位，如果轉速降低10個單位，由(2)式△Q＝Q0〔1-（N1/N0）〕＝100*〔1—（90／100）〕＝10可得出流量改變了10個單位，但功耗由(1)式△P＝P0[1－（N1／N0）^3]＝100×(1—(90／100)^3)＝27.1可以得出，功率將減少27.1個單位，即比原來減少27.1%。再因變頻器是軟啟動方式，采用變頻器控制電機后，電機在起動時及運轉
　　過程中均無沖擊電流，而沖擊電流是影響接觸器、電機使用壽命最主要、最直接的因素，同時采用變頻器控制電機后還可避免水垂現象，因此可大大延長電機、接觸器及機械散件，軸承、閥門、管道的使用壽命。
空調系統的變頻節電原理:
　　
　　·風機、冷卻水泵、冷凍泵電機消耗的電功率與頻率的三次方成正例
　　·在能保證負荷驅動的情況下, 降低電機的工作頻率, 可有效節能
　　·節能效果約為1 - fr3/503 (fr為電機實際工作頻率), 在45Hz時, 節能效果可達到 27.1%.
　　·壓縮機的變頻節能改造有一定的技術難度, 通常不對其進行變頻調速改造
　　·在保證機房設備運行溫度范圍內, 可降低或提高空調的設定溫度(如冬季設定溫度為19度, 夏季設定為24度), 節能10~15%/2度溫度差, 最好自動控制, 以達最佳節能效果
　　·室外溫度與室內溫度平衡時, 停止壓縮機, 降低空調系統的功率消耗, 平均節能可達到20%左右.

空調系統變頻控溫系統原理:

 

 

 

 

 

 

 

 

冷卻泵、冷凍泵及塔頂風機系統原理特點:
　　·節能效果取決于環境溫度與設定溫度之差, 電機工作在最佳節能狀態
　　·輸入輸出具有濾波裝置, 可有效抑制對電網的傳導干擾
　　·整套控制裝置放置在屏蔽機柜或機箱中, 電磁輻射干擾小
　　·安裝施工簡單, 改造周期短, 維護方便
　　·具有故障狀態自動切換回原控制系統功能, 不影響正常使用
　　·零力矩啟動, 減少能耗, 降低對電網的沖擊和干擾
　　·不需頻繁啟動, 有利于延長設備壽命
　　·可根據室外、室內溫度, 自動調節壓縮機組的溫度設定, 使之處于最大節能狀態
　　·能遠程監控
一拖N變頻方案
　　
　　若干臺冷凍泵由一臺變頻器控制,若干臺冷卻泵由另外一臺變頻器控制.各臺泵間的切換方法如下:
　　
　　(1)先激活1號泵,進行恒溫度(差)控制;
　　(2)當1號泵的工作頻率上升至50Hz時,將它切換至工頻電源;同時將變頻器的給定頻率迅速降到0Hz,使2號泵與變頻器相接,并開始激活,進行恒溫度(差)控制;
　　(3)以下類似.當N號泵的工作頻率下降至設定的下限切換頻率時,則將1號泵停機;當N號泵的工作頻率再次下降至設定的下限切換頻率時,則再次將2號泵停機;以此類推.這是只有N號泵處于變頻調速狀態. 這種方案的主要優點是只用一臺變頻器,設備投資較少;缺點是節能效果稍差.
　　
　　
　　一拖一全變頻方案
　　
　　所有的冷凍泵和冷卻泵都采用變頻調速.其切換方法如下:
　　
　　(1)先激活1號泵,進行恒溫度(差)控制;
　　(2)當工作頻率上升至設定的切換頻率上限值(通常可以小于50Hz)時,激活2號泵,1號泵和2號泵同時進行變頻調速.實現恒溫度(差)控制;
　　(3)當工作頻率又上升至切換頻率時,激活3號泵,三臺泵同時進行變頻調速,實現恒溫度(差)控制;
　　(4)當三臺泵同時運行,而工作頻率下降至設定的下限切換頻率時,可關閉1號泵,系統進入同時控制兩臺的狀態;
　　(5)當兩臺泵同時運行,而工作頻率再次下降至設定的下限切換頻率時,再關閉2號泵,系統進入單臺運行的狀態; 全變頻調速系統由于每臺都要配置變頻器,故設備投資較高,但節能效果卻要好得多.
　　
　　
　　兩種方案的比較
　　
　　假設某單位有兩臺水泵供水,每臺泵的電動機容量是Pn=100Kw,每臺泵全速時的供水流量為Qn,所需供水壓力為Pa, 每天的平均流量為Qa=150%Qn. 每臺泵的空載損耗約為Po=15%Pn=0.15*100Kw=15Kw.在低頻低速時,空載損耗因鐵損和機械損耗有所減少而減少,由于所占的比例較小,可粗略的認為Po=const.所以全速時實際的用于水泵的功率為

Pp=Pn-Po=85Kw.
　　
　　(1) 一拖N變頻方案:
　　1號泵由變頻啟動, 接近50Hz時, 轉由工頻電源供電, 處于全速運行狀態,提供流量為Qn; 2號泵由變頻器供電,只需提供50%Qn的流量;
　　
　　P=(85+15)Kw+(85*0.53+15)Kw=126Kw
　　
　　(2)全變頻方案 1號泵和2號泵都由變頻器供電, 各提供75%Qn的流量, 兩臺電動機的轉速都按0.75Nn(Fx=37.5Hz)計.
　　
　　P=(85*0.75*0.75*0.75+15)Kw*2=102Kw
 

 

 

空調系統的節電投資回收分析:
　　
　　·4萬門交換局交換機房及辦公樓, 每套100kW中央空調系統年耗電費(半年有效使用) 26 萬元計算
　　·節能達20%, 每年節約電費 5.2 萬元
　　·改造一套空調系統投資 8 萬元
　　·收回投資的時間約為 1.5 年
　　·按空調使用壽命10年計,總節約電費 5.2 x 10 = 52 萬元。