概述 　　 在中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水泵和冷卻水泵的容量是根據(jù)建筑物最大設(shè)計(jì)熱負(fù)荷選定的，且留有一定的設(shè)計(jì)余量。在沒(méi)有使用調(diào)速的系統(tǒng)中，水泵一年四季在工頻狀態(tài)下全速運(yùn)行，只好采用節(jié)流或回流的方式來(lái)調(diào)節(jié)流量，產(chǎn)生大量的節(jié)流或回流損失，且對(duì)水泵電機(jī)而言，由于它是在工頻下全速運(yùn)行，因此造成了能量的大大浪費(fèi)。 　　由于四季的變化，陰晴雨雪及白天與黑夜時(shí)，外界溫度不同，使得中央空調(diào)的熱負(fù)荷在絕大部分時(shí)間里遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)負(fù)荷低。也就是說(shuō)，中央空調(diào)實(shí)際大部分時(shí)間運(yùn)行在低負(fù)荷狀態(tài)下。據(jù)統(tǒng)計(jì)，67%的工程設(shè)計(jì)熱負(fù)荷值為94-165W/m2，而實(shí)際上83%的工程熱負(fù)荷只有58-93 W/m2，滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間每年不超過(guò)10-20小時(shí)。 　　實(shí)踐證明，在中央空調(diào)的循環(huán)系統(tǒng)（冷卻泵和冷凍泵）中接入變頻系統(tǒng)，利用變頻技術(shù)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量和壓力的變化用來(lái)取代閥門(mén)控制流量，能取得明顯的節(jié)能效果。 一、普通中央空調(diào)工作系統(tǒng) 1、工作簡(jiǎn)圖 2、工作簡(jiǎn)述 ⑴、中央空調(diào)啟動(dòng)后，冷凍單元工作，蒸發(fā)器吸收冷凍水中的熱量，使之溫度降低；同時(shí)，冷凝器釋放熱量使冷卻水溫度升高。 ⑵、降了溫的冷凍水通過(guò)冷凍泵加壓送入冷凍水管道，在各個(gè)房間由室內(nèi)風(fēng)機(jī)加速進(jìn)行熱交換，帶走房間內(nèi)的熱量使房間內(nèi)的溫度降低后，又流回冷凍水端。 ⑶、而升了溫的冷卻水通過(guò)冷卻泵壓入冷卻塔，由冷卻塔風(fēng)機(jī)加速將冷卻水中的熱量散發(fā)到大氣中，使水溫降低后，流回冷卻水端。 ⑷、冷凍機(jī)組工作一段時(shí)間后，達(dá)到設(shè)定溫度，由溫度傳感器檢測(cè)出來(lái)，并通過(guò)中間繼電器及接觸器控制冷凍機(jī)停止工作，溫度回升到一定值后又控制其運(yùn)行。 二、普通中央空調(diào)存在的問(wèn)題 1、冷凍水，冷卻水循環(huán)泵不能根據(jù)實(shí)際需求來(lái)調(diào)整循環(huán)量，電機(jī)工作效率低下，造成大量電力浪費(fèi)，并加速機(jī)組磨損； 2、 其控制接觸器等電器動(dòng)作頻繁，導(dǎo)致使用壽命短，維修量大；而對(duì)于大容量系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制線路復(fù)雜，可靠性差，需專(zhuān)人負(fù)責(zé)； 3、 整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行噪音大、控制性能差、耗電量大、使用壽命短;在維護(hù)管理，檢修調(diào)整方面工作量大，維護(hù)費(fèi)用高。 三、節(jié)能原理 　　由流體傳輸設(shè)備水泵、風(fēng)機(jī)的工作原理可知：水泵、風(fēng)機(jī)的流量（風(fēng)量）與其轉(zhuǎn)速成正比；水泵、風(fēng)機(jī)的壓力（揚(yáng)程）與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，而水泵、風(fēng)機(jī)的軸功率等于流量與壓力的乘積，故水泵、風(fēng)機(jī)的軸功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比（即與電源頻率的三次方成正比）根據(jù)上述原理可知：降低水泵、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，水泵、風(fēng)機(jī)的功率可以下降得更多。例如:將供電頻率由50Hz降為45Hz，則P45/P50=（45/50）3=0.729，即P45=0.729P50（P為電機(jī)軸功率）；將供電頻率由50Hz降為40Hz，則P40/P50=（40/50）3=0.512，即P40=0.512P50（P為電機(jī)軸功率）。 　　 　　 由以上內(nèi)容可以看出，用變頻器進(jìn)行流量（風(fēng)量）控制時(shí)，可節(jié)約大量電能。中央空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)是按現(xiàn)場(chǎng)最大冷量需求量來(lái)考慮的，其冷卻泵，冷凍泵按單臺(tái)設(shè)備的最大工況來(lái)考慮的，在實(shí)際使用中有90%多的時(shí)間，冷卻泵、冷凍泵都工作在非滿(mǎn)載狀態(tài)下。而用閥門(mén)、自動(dòng)閥調(diào)節(jié)不僅增大了系統(tǒng)節(jié)流損失，而且由于對(duì)空調(diào)的調(diào)節(jié)是階段性的，造成整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)工作在波動(dòng)狀態(tài)；而通過(guò)在冷卻泵、冷凍泵上加裝變頻器則可一勞永逸地解決該問(wèn)題，還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，并 可通過(guò)變頻節(jié)能收回投資。同時(shí)變頻器的軟啟動(dòng)功能及平滑調(diào)速的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)工作狀態(tài)穩(wěn)定，并延長(zhǎng)機(jī)組及網(wǎng)管的使用壽命。 　　因此，隨熱負(fù)荷而改變水量的變流量空調(diào)水系統(tǒng)顯示了巨大的優(yōu)越性，因而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，采用SPWM變頻器調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，可以方便地調(diào)節(jié)水的流量，根據(jù)負(fù)荷變化的反饋信號(hào)經(jīng)PID調(diào)節(jié)與變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使泵的轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷變化，這樣就可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，其節(jié)能率通常都在20%以上。改造的節(jié)電率與用戶(hù)的使用情況密切相關(guān)，一般情況下，春、秋兩季運(yùn)行節(jié)電率較高，可達(dá)40%以上，夏季由于用戶(hù)本身需要的電能就大，可節(jié)省的空間有限，一般在20%左右。 四、節(jié)能方案 1、整體說(shuō)明 　　貴司中央空調(diào)系統(tǒng)目前有2臺(tái)110KW冷卻泵，3臺(tái)110KW冷凍泵。我們可對(duì)冷卻系統(tǒng)和冷凍系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。 　　中央空調(diào)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，冷卻系統(tǒng)和冷凍系統(tǒng)的進(jìn)、出水溫差（△T）約為2ºC，根據(jù)： 　　冷凍水、冷卻水帶走的熱量（r）= 流量（Q）×溫差（△T） 　　我們可以適當(dāng)提高溫差（△T），降低流量（Q），即降低轉(zhuǎn)速，即可達(dá)到節(jié)能的目的。 分析：采用變頻器配合可編程控制器組成控制單元，其中冷卻水泵，冷凍水泵均采用溫度自動(dòng)閉環(huán)調(diào)節(jié)即用溫度傳感器對(duì)冷卻水、冷凍水的水溫進(jìn)行采樣，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（一般為4—20mA，0—10V等）后送至 PLC ,PLC 將該信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算后決定變頻器輸出頻率，以達(dá)到改變冷凍水泵、冷卻水泵轉(zhuǎn)速?gòu)亩_(dá)到節(jié)能目的。冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)：可編程控制器根據(jù)回水溫度信號(hào)控制變頻器驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，使風(fēng)機(jī)工作在最經(jīng)濟(jì)狀態(tài)而節(jié)約大量電能。 中央空調(diào)系統(tǒng)變頻改造的原理示意圖如下： 　 　 其中冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，回水與出水溫度之差，反應(yīng)了需要進(jìn)行交換的熱量；根據(jù)回水和出水溫度之差，通過(guò)控制循環(huán)水的速度來(lái)控制熱交換的速度，在滿(mǎn)足系統(tǒng)冷卻需要的前提下，達(dá)到節(jié)電的目的。溫差大說(shuō)明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大循環(huán)速度，加速冷卻水的降溫；溫差小，說(shuō)明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量小，可降低冷卻泵的循環(huán)速度，以節(jié)約電能。采用變頻調(diào)速器驅(qū)動(dòng)，兩臺(tái)冷卻泵互為備用，可編程控制器（PLC）根據(jù)傳感器檢測(cè)到的溫差信號(hào)，同設(shè)定溫差比較后控制變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。（PLC）先控制變頻器軟啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)M1，當(dāng)M1到達(dá)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，仍未達(dá)到設(shè)定溫差值時(shí)，（PLC）控制M1切換到工頻電網(wǎng)運(yùn)行，然后再啟動(dòng)M2，經(jīng)控制變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)，從而控制冷卻水的循環(huán)速度；當(dāng)電機(jī)M2工作在下限轉(zhuǎn)速值時(shí)，如果檢測(cè)值大于設(shè)定值，（PLC）控制電機(jī)M1停機(jī)，同時(shí)控制變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)M2轉(zhuǎn)速?gòu)亩_(dá)到設(shè)定要求。 在冷凍循環(huán)系統(tǒng)中，由于出水溫度比較穩(wěn)定，因此僅回水溫度就足以反應(yīng)了房間的溫度，所以PLC可根據(jù)回水溫度進(jìn)行控制?；厮疁囟雀?，說(shuō)明房間溫度高，應(yīng)提高冷凍泵轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)；反之回水溫度低說(shuō)明房間溫度低，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度，以節(jié)約能源（其控制過(guò)程同冷卻泵循環(huán)系統(tǒng)類(lèi)似） 2、冷凍水系統(tǒng)控制（冷凍泵3個(gè)，單臺(tái)110KW,4極異步電機(jī)） 　　對(duì)于冷凍水系統(tǒng)，由于低溫冷凍水溫度取決于蒸發(fā)器的運(yùn)行參數(shù)，只需控制高溫冷凍水（回水）的溫度，即可控制溫差，現(xiàn)采用溫度傳感器、PID調(diào)節(jié)器和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使冷凍水泵的轉(zhuǎn)速相應(yīng)于熱負(fù)載的變化而變化。即不同的季節(jié)、不同的空調(diào)點(diǎn)負(fù)荷的多少要求循環(huán)水的流量和壓力不同，夏天或空調(diào)點(diǎn)較多時(shí)要求流量與壓力較高，而冬天或空調(diào)點(diǎn)較少時(shí)要求流量與壓力較低，因此設(shè)計(jì)變頻控制系統(tǒng)使供水系統(tǒng)滿(mǎn)足最佳流量與壓力，達(dá)到節(jié)能的目的。因空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)常對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)考慮較多的滿(mǎn)負(fù)荷余量，所以變頻改造后可以節(jié)省大量的電能，節(jié)電效果非常理想。 3、冷卻水系統(tǒng)控制（冷卻泵2個(gè)，單臺(tái)110KW，4極異步電機(jī)） 　　對(duì)于冷卻水系統(tǒng)，取冷凝器兩側(cè)冷卻水的溫度作為控制參數(shù)，采用溫度傳感器、PID溫差調(diào)節(jié)器和變頻器及冷卻水泵組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，冷卻水溫差控制在△T2（例如：5℃），使冷卻水泵的轉(zhuǎn)速相應(yīng)于熱負(fù)載的變化而變化，而冷卻水的溫差保持在設(shè)定值不變，使系統(tǒng)在滿(mǎn)足主機(jī)工況不變條件下，冷卻水泵系統(tǒng)節(jié)能最大。即冷卻水依靠冷卻泵給至冷卻塔，不同的內(nèi)部熱交換程度要求冷卻水循環(huán)的流量不同，因在空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)考慮足夠多熱交換的余量，所以在冬春季節(jié)及空調(diào)點(diǎn)負(fù)荷少時(shí)會(huì)有大量能源浪費(fèi)，采用變頻恒壓控制設(shè)備對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行控制，可節(jié)省大量的電能，節(jié)電率達(dá)30%以上。 （注）： 可對(duì)其中一部分進(jìn)行變頻節(jié)能改造，也可對(duì)全部相關(guān)設(shè)備進(jìn)行變頻節(jié)能改造，改造部分越多，節(jié)能效果越佳。簡(jiǎn)單方法就是在冷卻水，冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，各裝設(shè)一套變頻器，其中冷卻變頻器供2臺(tái)冷卻水泵切換使用；冷凍變頻器供2臺(tái)冷凍水泵切換使用。（如圖4） 4、控制方式 　　本方案在保留原工頻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝變頻控制系統(tǒng)，與原工頻系統(tǒng)之間僅設(shè)置連鎖以確保系統(tǒng)工作安全。同時(shí)要求2臺(tái)冷卻泵循環(huán)使用。 圖4：工頻/變頻切換簡(jiǎn)圖 五、節(jié)能效果分析 風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速可達(dá)到理想的節(jié)能效果。下面舉例說(shuō)明采用變頻調(diào)速后系統(tǒng)的節(jié)能效果： 假設(shè)中央空調(diào)的冷凍水泵功率PN=100KW，全速時(shí)供水量為QN,每天的平均流量為80%QN，泵的空載損耗約為15%PN，則消耗功率為 P=（100-100＊15%）＊0.8＊0.8＊0.8+100＊15%=58.52KW 節(jié)電率為 （100-58.52）/100=42.48% 即使每天的平均流量為90%QN，則消耗功率為 P=（100-100＊15%）＊0.9＊0.9＊0.9+100＊15%=76.97KW 節(jié)電率為 （100-76.97）/100=23.03% 實(shí)踐證明，改造后系統(tǒng)節(jié)電率一般可達(dá)到20%-40%以上。 六、系統(tǒng)選擇 1、 器件選型 　　從性?xún)r(jià)比的角度出發(fā)，主要器件變頻器和溫度傳感器選用進(jìn)口名牌部件國(guó)內(nèi)組裝的產(chǎn)品。低壓電器部份選用進(jìn)口產(chǎn)品。 　　變頻器選用易驅(qū)變頻器ED2003-FP系列產(chǎn)品，因水泵負(fù)載不重，按1：1的比例配置即可。溫度傳感器選用管道式溫度變送器。 　 主要裝置 ：變頻器 水溫傳感器 、主斷路器 交流接觸器 、熱過(guò)載繼電器 電氣柜、指示燈/轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)/按鈕 交流電壓表、交流電流表、互感器、數(shù)碼LED顯示器 高穩(wěn)定度開(kāi)關(guān)電源、控制電源濾波器 、可選裝置（控制系統(tǒng)可編程控制器； A/D、D/A擴(kuò)展功能模塊）。 。 　　 七、中央空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)變頻改造后的性能 　 ?。?）采用變頻器閉環(huán)控制，可按需要進(jìn)行軟件組態(tài)并設(shè)定溫度進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，使電機(jī)輸出功率隨熱負(fù)載的變化而變化，在滿(mǎn)足使用要求的前提下達(dá)到最大限度的節(jié)能。 　（2）由于降速運(yùn)行和軟啟運(yùn)，減少了振動(dòng)、噪音和磨損，延長(zhǎng)了設(shè)備維修周期和使用壽命，減少了維修維護(hù)工作量，并減少了對(duì)電網(wǎng)沖擊，提高了系統(tǒng)的可靠性。 ?。?）系統(tǒng)具有各種保護(hù)措施，使系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率和安全可靠性大大提高。 ?。?）變頻調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)與原工頻控制系統(tǒng)互為互鎖，不影響原系統(tǒng)的運(yùn)行，且在變頻調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)檢修或故障時(shí)，原工頻控制系統(tǒng)照樣可以正常運(yùn)行。