深圳商務(wù)中央空調(diào)節(jié)能改造原理

一、工程介紹

        深圳中央商務(wù)廣場(chǎng)中央空調(diào)系統(tǒng)由rt1-rt3及rt4系統(tǒng)組成，rt1-rt3系統(tǒng)由三臺(tái)離心主機(jī)，4臺(tái)55kw冷凍水泵組成，4臺(tái)冷凍水泵和4臺(tái)冷卻水泵以三用一備的方式運(yùn)行，其為工頻運(yùn)行。Rt4系統(tǒng)由一臺(tái)里干主機(jī)2臺(tái)30kw冷卻水泵組成，2臺(tái)冷凍水泵和2臺(tái)冷卻水泵以一用一備的方式運(yùn)行，其為工頻運(yùn)行。由于季節(jié)、氣候和用戶的變化，冷氣的用量也不停地變化，工頻運(yùn)行的冷凍水泵和冷卻水泵卻無法根著冷氣的用量調(diào)節(jié)冷凍水和冷卻水量，造成電能的極大浪費(fèi)，因此需對(duì)冷凍水泵和冷卻水泵進(jìn)行節(jié)能改造。

二、空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

如圖所示，中央空調(diào)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：

1．冷凍機(jī)組：這是中央空調(diào)的“致冷源”，通往各個(gè)房間的循環(huán)水由冷凍機(jī)組進(jìn)行“內(nèi)部熱交換”，降溫為“冷凍水”。

2．冷卻水塔：用于為冷凍機(jī)機(jī)組提供“冷卻水”。

3．“外部熱交換”系統(tǒng)：由兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)組成：

A．冷東水循環(huán)系統(tǒng)：由冷凍泵及冷凍水管組成。從冷凍機(jī)組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，在各個(gè)房間內(nèi)的熱量，使房間內(nèi)的溫度下降。從冷凍機(jī)組流出，進(jìn)入房間的冷凍水簡(jiǎn)稱為“出水”；流經(jīng)所有的房間后回到冷凍機(jī)組的冷凍水筒稱為“回水”

B．冷卻水循環(huán)系統(tǒng)：由冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍機(jī)組進(jìn)行熱交換，使水溫冷卻的同時(shí)，必將釋放大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進(jìn)行交換，然后再將降了溫的冷卻水，送回到冷凍機(jī)組。如此不斷循環(huán)，帶走了冷卻機(jī)組釋的熱量.

        可以看出,中央空調(diào)系統(tǒng)的工作過程是一個(gè)不斷進(jìn)行熱交換的能量轉(zhuǎn)換過程.。在這里,冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是能量的主要傳遞者。因此，對(duì)冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制便是中央空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分。

        深圳中央商務(wù)廣場(chǎng)中央空調(diào)的外部熱交換由兩個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)來完成。循環(huán)水系統(tǒng)的回水與進(jìn)（出）水溫度之差，反映了需要進(jìn)行熱交換的熱量。因此，根據(jù)回水與進(jìn)（出）水溫度之差來控制循環(huán)水的流動(dòng)速度，從而控制了進(jìn)行熱交換的速度，是比較合理的控制方法。

三、變頻節(jié)能的原理

        根據(jù)風(fēng)機(jī)（水泵）原理，我們知道風(fēng)機(jī)（水泵）的流量與轉(zhuǎn)速一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速二次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比，即

Q2/Q1=n2/n1                      (1)

H2/H1=(n2/n1)²                    (2)

P2/P1=(n2/n1)³                      (3)

      如上圖所示，曲線①為風(fēng)機(jī)（水泵）阻力特性，曲線②為工頻速度下的流量與壓力關(guān)系曲線，此時(shí)風(fēng)機(jī)水泵工作在A點(diǎn)時(shí)，軸功率P1與Q1、H1乘積，即與圖中面積AQ10H1A成正比。若要將流量從Q1降到Q2時(shí)，如用風(fēng)門（擋板），則工作點(diǎn)由A移到C，流量下降，壓力上升，軸功率減少不多；若采用變頻調(diào)速，則工作點(diǎn)由A移到B，在滿足同樣流量Q2的情況下，壓力也下降，軸功率大大降低。

        由于設(shè)計(jì)必須考慮最大用量，裕量普遍大20％以上，假設(shè)電機(jī)的運(yùn)行頻率由工頻下調(diào)到40Hz，即水流量降為最大用量時(shí)的80％，則

P(40)/P(50)=（40/50）³=51.2%

節(jié)電率=1-51.2%=48.8%

即使電機(jī)的運(yùn)行頻率由工頻下調(diào)到45Hz,即水流量降為最大用量時(shí)的90％，節(jié)電率=1-P(45)/P(50)=1-73%=27%

四、變頻節(jié)能分析

        深圳中央商務(wù)廣場(chǎng)中央空調(diào)系統(tǒng)中，RT1-RT3系統(tǒng)，4臺(tái)55KW冷凍水泵和4臺(tái)55KW冷卻水泵均以三用一備的方式運(yùn)行。設(shè)以工頻運(yùn)行的水泵（工頻泵）提供流量為Qn，則：

4.1一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行節(jié)能情況

4.1.1當(dāng)所需流量1.5Qn時(shí)

        此時(shí)1臺(tái)泵工頻運(yùn)行，提供流量為Qn，變頻泵只需提供50％Qn的流量，則變頻泵的功耗為;55X0.5³=6.875KW

總功耗為：55＋6.875=61.875（KW）----比不變頻時(shí)節(jié)約功耗48.125KW，節(jié)電率43.75％。

4.1.2當(dāng)所需流量為2.5Qn時(shí)

        此時(shí)2臺(tái)泵工頻運(yùn)行，提供流量為2Qn，變頻泵只需提供50％Qn的流量，則變頻泵的功耗為：55X0.5³=6.875KW

總功耗為:55+55+6.875=116.875(KW)----比不變頻時(shí)節(jié)約功耗48.125KW，節(jié)電率29.17％。

4.2二臺(tái)水泵變頻運(yùn)行節(jié)能情況

4.2.1當(dāng)所需流量為1.5Qn時(shí)

        此時(shí)2臺(tái)泵都變頻運(yùn)行，每臺(tái)泵只需提供75％Qn的流量，變頻泵的功耗為：55x0.75³=23.2(KW)

總功耗為：23.2x2=46.4(KW)---比一臺(tái)泵的功耗都低，比不變頻時(shí)（2臺(tái)工頻泵）節(jié)約功耗63.6KW，節(jié)電率57.82％。

4.2.2當(dāng)所需流量為2.5Qn時(shí)

        此時(shí)1臺(tái)泵工頻運(yùn)行，提供流量為1Qn，2臺(tái)泵變頻運(yùn)行，每臺(tái)變頻泵只需提供75％Qn的流量，變頻泵的功耗為：55x0.75³=23.2（KW）

總功耗為;55+23.2x2=101.4(KW)----比不變頻時(shí)節(jié)約功耗63.6KW，節(jié)電率38.55％。

4.3三臺(tái)水泵變頻運(yùn)行節(jié)能情況

4.3.1當(dāng)所需流量為1.5Qn時(shí)

        此時(shí)3臺(tái)泵都變頻運(yùn)行，每臺(tái)泵只需提供50％Qn的流量，變頻泵的功耗為：55x0.5³=6.875(KW)

總功耗為;6.875x3=20.625(KW)----比一臺(tái)泵的功耗都低，比不變頻時(shí)（2臺(tái)工頻泵）節(jié)約功耗89.375KW，節(jié)電率81.25％。

4.3.2當(dāng)所需流量為2.5Qn時(shí)

        此時(shí)3臺(tái)泵都變頻運(yùn)行，每臺(tái)變頻泵只需提供83.33％Qn的流量，變頻泵的功耗為：55x0.8333³=31.83(KW)

總功耗為：31.83x3=95.49（KW）----比不變頻時(shí)節(jié)約功耗69.51KW，節(jié)電率42.13％

4.4變頻節(jié)能一覽表

        根據(jù)以上計(jì)算，可得不同流量下變頻節(jié)能改造的節(jié)電率（％）如下:

流量 一臺(tái)泵變頻    二臺(tái)泵變頻      三臺(tái)泵變頻        基準(zhǔn)

節(jié)電率 運(yùn)行方式 節(jié)電率 運(yùn)行方式 節(jié)電率 運(yùn)行方式

0.7Qn 65.70 1變頻 65.70 1變頻 65.70 1變頻 1工頻

0.8Qn 48.80 1變頻 48.80 1變頻 48.80 1變頻 1工頻

0.9Qn 27.10 1變頻 27.10 1變頻 27.10 1變頻 1工頻

1.0Qn 1工頻 75.00 2變頻 75.00 2變頻 2工頻

1.1Qn 2工頻 83.36 2變頻 83.36 2變頻 2工頻

1.2Qn 2工頻 78.40 2變頻 78.40 2變頻 2工頻

1.3Qn 2工頻 72.54 2變頻 72.54 2變頻 2工頻

1.4Qn 2工頻 65.70 2變頻 65.70 2變頻 2工頻

1.5Qn 43.75 1工頻1變頻 57.82 2變頻 81.25 3變頻 2工頻

1.6Qn 39.20 1工頻1變頻 48.80 2變頻 77.24 3變頻 2工頻

1.7Qn 32.85 1工頻1變頻 38.59 2變頻 72.71 3變頻 2工頻

1.8Qn 24.40 1工頻1變頻 27.10 2變頻 67.60 3變頻 2工頻

1.9Qn 13.55 1工頻1變頻 14.26 2變頻 61.89 3變頻 2工頻

流量 一臺(tái)泵變頻 二臺(tái)泵變頻 三臺(tái)泵變頻 基準(zhǔn)

節(jié)電率 運(yùn)行方式 節(jié)電率 運(yùn)行方式 節(jié)電率 運(yùn)行方式

2.0Qn 2工頻 37.5 1工頻2變頻 55.56 3變頻 2工頻

2.1Qn 3工頻 55.575 1工頻2變頻 65.70 3變頻 3工頻

2.2Qn 3工頻 52.27 1工頻2變頻 60.56 3變頻 3工頻

2.3Qn 3工頻 48.36 1工頻2變頻 54.49 3變頻 3工頻

2.4Qn 3工頻 43.80 1工頻2變頻 48.80 3變頻 3工頻

2.5Qn 29.17 2工頻1變頻 38.54 1工頻2變頻 42.13 3變頻 3工頻

2.6Qn 26.13 2工頻1變頻 32.53 1工頻2變頻 34.90 3變頻 3工頻

2.7Qn 21.90 2工頻1變頻 25.725 1工頻2變頻 27.10 3變頻 3工頻

注：實(shí)際中，每臺(tái)泵都有空載損耗，每臺(tái)泵的下限工作頻率一般不低于25Hz，相當(dāng)于0.5Qn。

五、變頻節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)

采用變頻器進(jìn)行風(fēng)機(jī)水泵的節(jié)能改造，優(yōu)點(diǎn)如下;

1．節(jié)省大量的電能。

2．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。

3．調(diào)節(jié)水泵風(fēng)機(jī)的流量和壓力，可以直接通過更改變頻器的運(yùn)行頻率來完成，可減少或取消擋板、閥門，大大地提高控制的精度和性能。

4．如采用空調(diào)自控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，電機(jī)轉(zhuǎn)速隨季節(jié)、氣候和用戶的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，最大限度的實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制，節(jié)能效率更高。同時(shí)，由于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)控制和管理，可縮減人員維護(hù)，節(jié)約人員開支，提高綜合管理水平，減少突發(fā)事故的發(fā)生和設(shè)備損壞，從而帶來潛在效益。