中央空調(diào)節(jié)能方案

中央空調(diào)是大廈里的耗電大戶，每年的電費(fèi)中空調(diào)耗電占60％左右，因此中央空調(diào)的節(jié)能改造顯得尤為重要。 由于設(shè)計時，中央空調(diào)系統(tǒng)必須按天氣最熱、負(fù)荷最大時設(shè)計，并且留10-20％設(shè)計余量。但實(shí)際上絕大部分時間空調(diào)是不會運(yùn)行在滿負(fù)荷狀態(tài)下的，存在較大的富余。中央空調(diào)系統(tǒng)冷凍主機(jī)可以根據(jù)負(fù)載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負(fù)載變化做出相應(yīng)調(diào)節(jié)，存在很大的浪費(fèi)。所以節(jié)能的潛力就較大。
　　
　　節(jié)能方案
　　中央空調(diào)系統(tǒng)通常分為冷凍(媒)水和冷卻水兩個系統(tǒng)(左半部分為冷凍(媒)水系統(tǒng)，右半部分為冷卻水系統(tǒng))。根據(jù)國內(nèi)外最新資料介紹，并多處通過對在中央空調(diào)水泵系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制改造的成功范例進(jìn)行考察，現(xiàn)在水泵系統(tǒng)節(jié)能改造的方案大都采用變頻器來實(shí)現(xiàn)。
　　水泵系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門和旁通調(diào)節(jié)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(xiàn)象，不僅大量浪費(fèi)電能，而且還造成中央空調(diào)最末端達(dá)不到合理效果的情況。為了解決這些問題需使水泵隨著負(fù)載的變化調(diào)節(jié)水流量并關(guān)閉旁通。
　　 再因水泵采用的是Y—△起動方式，電機(jī)的起動電流均為其額定心流的3～4倍， 一臺90KW的電動機(jī)其起動電流將達(dá)到500A，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機(jī)的使用壽命大大下降，同時，起動時的機(jī)械沖及和停泵時水垂現(xiàn)象，容易對機(jī)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(fèi)用。
　　 綜上，為了節(jié)約能源和費(fèi)用，需對水泵系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用風(fēng)機(jī)、泵類專用變頻器，以便達(dá)到節(jié)能和延長電機(jī)、接觸器及機(jī)械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。這是因?yàn)樽冾l器能根據(jù)冷凍水泵和冷卻水泵負(fù)載變化隨之調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在滿足中央空調(diào)系統(tǒng)正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵做出相應(yīng)調(diào)節(jié)，以達(dá)到節(jié)能目的。水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)從電網(wǎng)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(zhuǎn)速，N0為電機(jī)原來的轉(zhuǎn)速，P0為原電機(jī)轉(zhuǎn)速下的電機(jī)消耗功率，Q0為原電機(jī)轉(zhuǎn)速下所產(chǎn)生的水泵流量。由上式可以看出流量的減少與轉(zhuǎn)速減少的一次方成正比，但功耗的減少卻與轉(zhuǎn)速減少的三次方成正比。如：假設(shè)原流量為100個單位，耗能也為100個單位，如果轉(zhuǎn)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(jī)后，電機(jī)在起動時及運(yùn)轉(zhuǎn)
　　過程中均無沖擊電流，而沖擊電流是影響接觸器、電機(jī)使用壽命最主要、最直接的因素，同時采用變頻器控制電機(jī)后還可避免水垂現(xiàn)象，因此可大大延長電機(jī)、接觸器及機(jī)械散件，軸承、閥門、管道的使用壽命。
空調(diào)系統(tǒng)的變頻節(jié)電原理:
　　
　　·風(fēng)機(jī)、冷卻水泵、冷凍泵電機(jī)消耗的電功率與頻率的三次方成正例
　　·在能保證負(fù)荷驅(qū)動的情況下, 降低電機(jī)的工作頻率, 可有效節(jié)能
　　·節(jié)能效果約為1 - fr3/503 (fr為電機(jī)實(shí)際工作頻率), 在45Hz時, 節(jié)能效果可達(dá)到 27.1%.
　　·壓縮機(jī)的變頻節(jié)能改造有一定的技術(shù)難度, 通常不對其進(jìn)行變頻調(diào)速改造
　　·在保證機(jī)房設(shè)備運(yùn)行溫度范圍內(nèi), 可降低或提高空調(diào)的設(shè)定溫度(如冬季設(shè)定溫度為19度, 夏季設(shè)定為24度), 節(jié)能10~15%/2度溫度差, 最好自動控制, 以達(dá)最佳節(jié)能效果
　　·室外溫度與室內(nèi)溫度平衡時, 停止壓縮機(jī), 降低空調(diào)系統(tǒng)的功率消耗, 平均節(jié)能可達(dá)到20%左右.

空調(diào)系統(tǒng)變頻控溫系統(tǒng)原理:

 

 

 

 

 

 

 

 

冷卻泵、冷凍泵及塔頂風(fēng)機(jī)系統(tǒng)原理特點(diǎn):
　　·節(jié)能效果取決于環(huán)境溫度與設(shè)定溫度之差, 電機(jī)工作在最佳節(jié)能狀態(tài)
　　·輸入輸出具有濾波裝置, 可有效抑制對電網(wǎng)的傳導(dǎo)干擾
　　·整套控制裝置放置在屏蔽機(jī)柜或機(jī)箱中, 電磁輻射干擾小
　　·安裝施工簡單, 改造周期短, 維護(hù)方便
　　·具有故障狀態(tài)自動切換回原控制系統(tǒng)功能, 不影響正常使用
　　·零力矩啟動, 減少能耗, 降低對電網(wǎng)的沖擊和干擾
　　·不需頻繁啟動, 有利于延長設(shè)備壽命
　　·可根據(jù)室外、室內(nèi)溫度, 自動調(diào)節(jié)壓縮機(jī)組的溫度設(shè)定, 使之處于最大節(jié)能狀態(tài)
　　·能遠(yuǎn)程監(jiān)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(jìn)行恒溫度(差)控制;
　　(2)當(dāng)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(jìn)行恒溫度(差)控制;
　　(3)以下類似.當(dāng)N號泵的工作頻率下降至設(shè)定的下限切換頻率時,則將1號泵停機(jī);當(dāng)N號泵的工作頻率再次下降至設(shè)定的下限切換頻率時,則再次將2號泵停機(jī);以此類推.這是只有N號泵處于變頻調(diào)速狀態(tài). 這種方案的主要優(yōu)點(diǎn)是只用一臺變頻器,設(shè)備投資較少;缺點(diǎn)是節(jié)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(diào)速.其切換方法如下:
　　
　　(1)先激活1號泵,進(jìn)行恒溫度(差)控制;
　　(2)當(dāng)工作頻率上升至設(shè)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(jìn)行變頻調(diào)速.實(shí)現(xiàn)恒溫度(差)控制;
　　(3)當(dāng)工作頻率又上升至切換頻率時,激活3號泵,三臺泵同時進(jìn)行變頻調(diào)速,實(shí)現(xiàn)恒溫度(差)控制;
　　(4)當(dāng)三臺泵同時運(yùn)行,而工作頻率下降至設(shè)定的下限切換頻率時,可關(guān)閉1號泵,系統(tǒng)進(jìn)入同時控制兩臺的狀態(tài);
　　(5)當(dāng)兩臺泵同時運(yùn)行,而工作頻率再次下降至設(shè)定的下限切換頻率時,再關(guān)閉2號泵,系統(tǒng)進(jìn)入單臺運(yùn)行的狀態(tài); 全變頻調(diào)速系統(tǒng)由于每臺都要配置變頻器,故設(shè)備投資較高,但節(jié)能效果卻要好得多.
　　
　　
　　兩種方案的比較
　　
　　假設(shè)某單位有兩臺水泵供水,每臺泵的電動機(jī)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(jī)械損耗有所減少而減少,由于所占的比例較小,可粗略的認(rèn)為Po=const.所以全速時實(shí)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(zhuǎn)由工頻電源供電, 處于全速運(yùn)行狀態(tài),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(jī)的轉(zhuǎn)速都按0.75Nn(Fx=37.5Hz)計.
　　
　　P=(85*0.75*0.75*0.75+15)Kw*2=102Kw
 

 

 

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