中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理

　　中央空調(diào)系統(tǒng)有主機和末段系統(tǒng)。按負擔室內(nèi)熱濕負荷所用的介質(zhì)可分為全空氣系統(tǒng)、全水系統(tǒng) 、空氣-水系統(tǒng) 、冷劑系統(tǒng) 。按空氣處理設(shè)備的集中程度可分為集中式和半集中式。按被處理空氣的來源可分為封閉式、直流式 、混合式(一次回風二次回風)。主要組成設(shè)備有空調(diào)主機(冷熱源) 風柜風機盤管等等。中央空調(diào)系統(tǒng)在實際運行時，隨著時間不同、使用空間以及氣溫變化，絕大多數(shù)時間內(nèi)，實際需要的冷負荷低于設(shè)計值，但冷卻水泵由工頻控制，處于100%的滿負荷運行狀態(tài)，浪費大量電能。

　　中央空調(diào)實現(xiàn)節(jié)能改造的兩個基本的前提條件：

　　1、必須確保中央空調(diào)系統(tǒng)主機和外圍設(shè)備的安全運行。因為節(jié)能固然重要，但安全應(yīng)是第一位。

　　2、確保空調(diào)末端用戶環(huán)境的舒適性，效益固然重要，但服務(wù)才是目的。

　　這兩個條件是保護用戶的根本利益所在，如果不能滿足這兩個前提條件，所實現(xiàn)的“中央空調(diào)節(jié)能改造”，則是以犧牲用戶的利益(即系統(tǒng)的安全性及空調(diào)服務(wù)效果)為代價的。

　　中央空調(diào)節(jié)能改造解決方案

　　由于中央空調(diào)主要設(shè)備是風機水泵，所以節(jié)能最佳方法就是采用變頻器。目前大多數(shù)中間空調(diào)還采用以往舊的控制方式，即：通過改變壓縮機機組、水泵、風機啟停臺數(shù)，以達到調(diào)節(jié)溫度的目的。

　　該調(diào)節(jié)方式缺點集中表現(xiàn)為如下幾點：

　　設(shè)備長時間全開或全閉，輪流運行，浪費電能驚人。

　　電機直接工頻啟動，沖擊電流大，嚴重影響設(shè)備使用壽命。

　　溫控效果不佳。當環(huán)境或冷熱負荷發(fā)生變化時，只能通過增減冷熱水泵的數(shù)量或使用擋風板來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，溫度波動大，舒適感差。

　　中央空調(diào)采用變頻器后有如下優(yōu)點：

　　變頻器可軟啟動電機，大大減小沖擊電流，降低電機軸承磨損，延長軸承壽命。

　　調(diào)節(jié)水泵風機流量、壓力可直接通過更改變頻器的運行頻率來完成，可減少或取消擋板、閥門。

　　系統(tǒng)耗電大大下降，噪聲減小。

　　若采用溫度閉環(huán)控制方式，系統(tǒng)可通過檢測環(huán)境溫度，自動調(diào)節(jié)風量，隨天氣、熱負荷的變化自動調(diào)節(jié)，溫度變化小，調(diào)節(jié)迅速。

　　系統(tǒng)可通過現(xiàn)場總線與中央控制室聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)集中遠程監(jiān)控。

　　供水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造

　　無論是溴化鋰機組或電制冷(氟利昂)機組的中央空調(diào)系統(tǒng)，主機自身的能量消耗有機組控制，機外的電力消耗組不能控制，而這部分的成本是相當高的，卻通常被人忽視了。尤其是溴化鋰機組，在額定狀態(tài)制冷運用行時，機外水泵、冷卻塔的電機耗電量約占總體能源消耗成本的30%(以每公斤油2元、每度電1元計算)。無論從環(huán)境保護角度還是用戶切身利益角度，都應(yīng)將中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計成最節(jié)能的系統(tǒng)。采用變頻器來控制機外水泵電機、冷卻塔電機是最簡單、最有效的節(jié)能措施。一般情況節(jié)電20%~50%，每年可節(jié)省機組及系統(tǒng)總運行費用的12%~20%，十分驚人。

　　1、冷卻水泵變頻控制

　　中央空調(diào)的冷卻水泵的功率是根據(jù)空調(diào)冷凍機組的壓縮機滿負荷工作設(shè)計的，當環(huán)境溫度及各種外界因素，冷凍機組不需要開啟全部壓縮機組，此時空調(diào)的冷凝系統(tǒng)所需要的冷卻量也相應(yīng)地減小，這時就可以通過變頻調(diào)速器來調(diào)節(jié)冷卻水泵的轉(zhuǎn)速，降低冷卻水的循環(huán)速度及流量，使冷卻水的冷負荷被冷凝系統(tǒng)充分利用，從而達到節(jié)能目的。從我公司對中央空調(diào)的變頻節(jié)能改造得出以下的數(shù)據(jù)，其冷卻水泵、冷溫水泵在低流量運行時，可以大幅度節(jié)省電力，尤其針對直燃機冷卻水流量曲線的特點，采用變頻控制，意義更大，從遠大BZ型直燃機中央空調(diào)系統(tǒng)采用海利普變頻器控制水泵測試數(shù)據(jù)為例：

　　當制冷量75%時，機組所需冷卻水流量34%，水泵電耗約20%;

　　當制冷量50%時，機組所需冷卻水流量22%，水泵電耗約15%。

　　2、冷溫水泵變頻控制

　　中央空調(diào)的冷媒水泵的功率是根據(jù)空調(diào)滿負荷工作設(shè)計的，當賓館、酒店、大廈需要的冷量或熱量沒有達到空調(diào)的滿負荷，這時就可以通過變頻器調(diào)速器來調(diào)節(jié)冷媒水泵的轉(zhuǎn)速，降低冷媒水的循環(huán)速度，使冷量和熱量得到充分利用，從而達到節(jié)能目的。如果制冷、采暖共用一臺水泵，則冬季水泵流量只需50%，自然可大大節(jié)省電力;即使是冬夏分泵運行，也可在低負荷季節(jié)適當降低流量，如90%流量時，電耗約75%。

　　3、冷卻塔風機變頻控制

　　風機功率一般都較小，節(jié)電不如水泵明顯。但風機采取變頻控制能極大地有助于冷卻水恒溫，這對于機組制冷恒溫極為關(guān)鍵;且能使機組溶液循環(huán)穩(wěn)定，獲得最大限度的節(jié)省燃料。冷卻塔風扇低轉(zhuǎn)速運行還能大幅度減少漂水，節(jié)省水源、延緩水質(zhì)劣化、減少水霧對周圍的影響

　　4、采用變頻器的其他益處

　　由于變頻器的啟動、停止過程是漸強、漸弱式，能消除電機啟動對電網(wǎng)的沖擊。并可避免電機因過載而引起的故障。

　　由于電機經(jīng)常處于低負荷運行，能大幅度延長電機及水泵、風機的壽命，同時因沒有啟動、停止的沖擊，加上流量的減少，管路承壓及所受沖擊力減小，故對管道、閥門、末端設(shè)備也起到了保護作用。另一方面，設(shè)備噪音、震動均減小，保護了環(huán)境。

　　5、中央空調(diào)機組外變頻器的控制方式

　　根據(jù)冷卻水出/入口的溫度改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整流量;

　　根據(jù)冷卻水入口溫度改變冷卻塔風機轉(zhuǎn)速，調(diào)整水溫;

　　根據(jù)冷溫水出/入口的溫差改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整流量;

　　根據(jù)冷卻水出水的溫度改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整流量;

　　根據(jù)冷媒水的回水溫度改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)稅流量;

　　中央空調(diào)末端設(shè)備—變風量機組變頻控制

　　變風量機組也是中央空調(diào)系統(tǒng)重要的組成部分，其性能指標(風量、冷量、噪音、用電量)的優(yōu)劣，除了變風量機組本身的性能外，更重要的還取決于控制的模式、控制器的性能、品質(zhì)。

　　隨著中央空調(diào)的不斷普及，變風量機組調(diào)節(jié)控制器已經(jīng)經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：

　　第一階段：風閥調(diào)節(jié)。能起到調(diào)節(jié)風量的作用，但電能量消耗大、噪音大。

　　第二階段：可控硅調(diào)壓調(diào)速。能起到調(diào)節(jié)風量、冷量、節(jié)能的作用，對變風量機組的噪音有一定的改良作用，其缺點是體積大、可靠性穩(wěn)定性低、故障率高。

　　第三階段：變頻調(diào)節(jié)。能最大限度的滿足變風量機組對風量、冷量、噪音的調(diào)節(jié)要求，節(jié)能效果更明顯，體積小，可靠性穩(wěn)定性高。

　　中央空調(diào)節(jié)能方案投資回報分析

　　冷凍泵及冷卻泵功率均為4.5kw，由于開機運行1臺不等，即冷卻泵運行總功率為4.5KW×3=13.5KW，以節(jié)電率40%計算：

　　改造前每小時耗電：13.5kw×1h×0.9=12.15(度)(功率負荷系數(shù):0.9)

　　改造后每小時耗電：13.5kw×1h×(1-35%)=8.78(度)

　　每小時省電：149度-97度=3.38(度)

　　每月節(jié)省費用(電價:0.9元/度):3.38度×12小時×30天×0.9元/度=1095(元)

　　全年節(jié)省費用按開機12個月計：1095元×12=13141(元)

　　中央空調(diào)節(jié)能改造的優(yōu)點

　　1)實現(xiàn)了低頻低壓的軟啟動，軟停車，使運行更加平衡;

　　2)啟動及加速過程沖擊電流小，加速過程中最大啟動電流不超過1.5倍額定電流，大大減小了對電網(wǎng)的沖擊;

　　3)節(jié)能效果顯著，據(jù)實測，在低速段節(jié)能明顯，一般可達30%左右，降低運行成本;

　　4)延長水泵的使用壽命;

　　5)由于變頻器屬于高科技產(chǎn)品，因此保護功能強大，而且靈敏，對出現(xiàn)各種故障及時的保護，受更大的損失。

　　同時我們可以結(jié)合其他先進的技術(shù)和能源加強中央空調(diào)節(jié)能改造，如空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵、太陽能熱水系統(tǒng)等等，通過能源互補，可以大大降低中央空調(diào)能耗，但是這幾種技術(shù)都是以水作為載體，因此中央空調(diào)水系統(tǒng)比氟系統(tǒng)前景更加廣闊，節(jié)能性也會更強，目前約克中央空調(diào)水系統(tǒng)就在大力發(fā)展地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)，依托自身的空調(diào)技術(shù)，加強中央空調(diào)節(jié)能改造，以適應(yīng)市場需求。
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