中央空调节能改造方案

中央空调节能改造方案

中央空调节能改造方案概述：在中央空调系统中，冷冻水泵、冷却水泵及冷却风机的容量是根据建筑物最大设计热负荷选定的，且留有一定的设计余量。然而，水泵及风机一年四季都是在工频状态下全速运行，采用节流或回流的方式来调节流量或风量，这导致大量的节流或回流损失，同时也浪费了大量的能源。实际上，中央空调实际大部分时间运行在低负荷状态下。因此，在中央空调的循环系统（冷却泵、冷冻泵及冷却风机）中接入变频系统，利用变频技术改变电机转速来调节流量和压力的变化用来取代阀门控制流量，能取得明显的节能效果。中央空调系统工作原理：中央空调系统启动后，冷冻单元工作，蒸发器吸收冷冻水中的热量，使之温度降低。同时，冷凝器释放热量使冷却水温度升高。降了温的冷冻水通过冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各个房间由室内风机加速进行热交换，带走房间内的热量使房间内的温度降低后，又流回冷冻水端。而升了温的冷却水通过冷却泵压入冷却塔，由冷却塔风机加速将冷却水中的热量散发到大气中，使水温降低后，流回冷却水端。冷冻机组工作一段时间后，达到设定温度，由温度传感器检测出来，并通过中间继电器及接触器控制冷冻机停止工作，温度回升到一定值后又控制其运行。中央空调存在的问题：冷却水系统的不足是目前中央空调存在的问题之一。从设计角度考虑，冷却水泵电机的容量是按照最大换热量（即环境气温最高，且所有场所的空调都开足）的情况下，再取一定的安全系数来确定的。然而，由于季节和昼夜气温的变化以及开机数目的不足，实际换热量远小于设计值，因此，电机容量远大于实际负荷，出现了大马拉小车的情况。从冷却水流量的角度考虑，冷却水的作用是及时将冷凝器中的热量带走，以确保制冷机能正常工作。为了节能，只要能保证制冷机正常工作，冷却水流量越小，无用功就越少，节能效果越明显。以往只能通过调节节流阀来改变管道截面积S以调节流量Q，但节流阀会产生节流损耗，引起机械振动和噪音。现在可以调节交流电机的转速，避免这些问题。冷冻水泵的作用是将制冷机降温的冷冻水送到中央空调的出风口处的风机盘管组件中，起降温作用。冷冻水的流量与冷冻水泵的转速成正比，但当冷冻水流过风机盘管组件时，还没有充分的时间释放全部冷量，就又返回制冷机，导致冷冻水泵电机做了很多无用功。若能调节冷冻水泵电机的转速，根据实际热负荷的大小来调节冷冻水的流量和流速，以便让冷冻水在风机盘管组件中有充分的时间释放与热负荷大小相当的冷量，从而降低冷冻水泵电机的功耗。冷却塔是冷冻机组的冷却水最主要的热交换设备之一，主要靠冷却塔风机对冷却水降温。但设备容量是根据最大热负载的条件下选定的，实际设备运行中经常处于较低热负载的情况下，导致设备的耗电常常是不必要的和浪费的。使用变频调速控制冷却风扇的转速，在夜间或气温较低的季节气候条件下，通过调节冷却风扇的转速和开启台数，节能效果非常显著。交流异步电动机的转速公式为n=60f(1-s)Pp。改变频率可以改变电机的转速。风机、水泵类负载属于平方转矩负载，电机耗电量近似同电机轴上的输出功率成正比，即电机的耗电量近似与转速的三次方成正比。因此，当电机的转速稍有下降时，电机的耗电量就会大幅度下降，节能效果明显。过去，电机只能工作在开或停两种状态，无法调节转速。即使热负荷很小，也必须至少开一台，导致不必要的能耗。但若将电机的运行频率从50Hz下调到40Hz，电机实际转速降为额定转速的80%，实际功率为额定功率的51.2%，可节约48.8%电能。因此，若风机和水泵的电机运行在40Hz时，可实现约50%的节电效果，经济效益十分可观。采用变频调速技术后，电机可在很宽的范围内平滑调速，可将所有节流阀开至最大，免去节流损耗。通过改变电机转速改变冷却水、冷冻水的流速，从而改变冷却水、冷冻水的流量，达到满足制冷机正常工作和平衡热负荷所需冷量的要求。由于不存在节流损耗以及电机转速降低，电机功率大幅度下降，达到节能的目的。采用变频调速技术进行节能改造的关键在于可使电机转速连续可调。过去，交流电机转速不可调，开一台泵不够时，只能开两台泵，这样多余的部分就是浪费的部分。但现在由于转速连续可调，开第二台泵可以根据实际需要的大小设定其转速，节约了多余的能量。因此，在这种系统中，任何时候只要求有一台水泵电机处于可调状态，就可以达到节能的目的。这种方式对系统中并联运行的泵的台数没有任何限制，使用PLC控制器对变频器进行切换控制可实现优越性。为了节能，可以采用变频调速控制来控制冷却水系统、冷冻水系统和散热水塔风机。在中央空调系统中，通常有多台冷却水泵和冷冻水泵构成管路并联的冷却水循环系统和冷冻水循环系统。为了节约投资，只需在冷却水和冷冻水系统中各采用一台变频调速器，并用一台PLC控制器和切换控制器对一组冷却泵电机和冷冻泵电机进行切换控制，使两个系统都有一台泵处于可调节状态。水循环系统主要由变频器、可编程控制器PLC、切换控制器、机械联锁接触器和水泵电机组成。通过PLC和切换控制器的控制，任一台电机都可以处于变频工作状态，从而实现在任何时候都有一台电机处于容量可调状态。机械联锁接触器则是为了确保三相交流电源不会串入变频器的输出端而设置的。当热负荷较小，只需一台电机工作在低于工频状态就能满足要求时，任一台电机都可以工作在变频状态。当热负荷增大，开一台电机不够，而开两台电机又有余时，PLC检测运行温度差通过内部做PID运算来控制变频及工频自由组合，以实现平滑软起动。随着热负荷的增加，中央空调系统需要不断切换控制，直至所有电机全部投入，以满足工频满负荷状态下的最大容量需求。对中央空调系统进行变频改造可以带来诸多优点，其中包括：1.采用软起动技术，电机启动时电流逐渐增加，减小了对电机的冲击。2.采用缓慢