中央空调的自动化节能改造方案

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来源：大连普传科技有限公司深圳分公司

- I' R# t; R" t一、概述
在我国经济快速发展的大背景下，房地产业得到快速发展，中央空调的市场需求也跟着呈现强劲的增长趋势。在市场容量不断增大的吸引下，越来越多的厂家加入到商用中央空调的领域。节能技术的应用，对提升中央空调自动化水平、降低能耗、减少对电网的冲击、延长设备及管网的使用寿命，都具有重要的意义。
9 C/ l: z1 G; U- t% G* p* v# P中央空调是现代大厦物业、宾馆、商场不可缺少的设施，它能带给人们四季如春，温馨舒适的每一天，由于中央空调功率大，耗能大，加上设计上存在“大马拉小车”的现象，中央空调所产生的电费是用户一项巨大的开支。由于季节变化、昼夜变化以及宾馆酒楼客人入住率的变化、娱乐场所开放时间的变化等等，导致中央空调系统对室内热源吸收量的变化，再加上工艺设计上电机功率都留有相当的富裕量。因此，存在一定的节电空间。将变频技术引入中央空调系统、保持室内恒温，使人们感到更加舒适的同时又可以减少电能损耗节省电费一举两得。
& \5 S; X" f( A- D3 J  K1、        中央空调系统简介
4 l/ J+ j6 W6 C6 J图1所示为一典型中央空调机组系统图，主要由冷冻水循环系统、冷却水循环系统及主机三部分组成：

4 K, X; E3 P9 y6 O, b$ L. m(1)冷冻水循环系统：该部分由冷冻泵、室内风机及冷冻水管道等组成。从主机蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道（出水），进入室内进行热交换，带走房间内的热量，最后回到主机蒸发器（回水）。室内风机用于将空气吹过冷冻水管道，降低空气温度，加速室内热交换。
3 X( y" {- N; ^6 C, l) `(2)冷却水循环部分：该部分由冷却泵、冷却水管道、冷却水塔及冷凝器等组成。冷冻水循环系统进行室内热交换的同时，必将带走室内大量的热能。该热能通过主机内的冷媒传递给冷却水，使冷却水温度升高。冷却泵将升温后的冷却水压入冷却水塔（出水），使之与大气进行热交换，降低温度后再送回主机冷凝器（回水）。
+ k5 Y6 V. c2 ]7 R9 |    (3)主机：该部分由压缩机、蒸发器、冷凝器及冷媒（制冷剂）等组成，其工作循环过程如下：
5 @8 V5 S! x7 i4 d* W) K, q首先低压气态冷媒被压缩机加压进入冷凝器并逐渐冷凝成高压液体。在冷凝过程中冷媒会释放出大量热能，这部分热能被冷凝器中的冷却水吸收并送到室外的冷却塔上，最终释放到大气中去。随后冷凝器中的高压液态冷媒在流经蒸发器前的节流降压装置时，因为压力的突变而气化，形成气液混合物进入蒸发器。冷媒在蒸发器中不断气化，同时会吸收冷冻水中的热量使其达到较低温度。最后，蒸发器中气化后的冷媒又变成了低压气体，重新进入了压缩机，如此循环往复。

( U0 K3 d. Q7 A5 u5 F二、节能改造方案
3 p) d% Q6 }4 U0 n! m中央空调各循环水系统的回水与出水的温差，反映了整个系统所需要进行的热交换量。因此，根据回水与出水的温差来控制循环水的流量，从而控制热交换的速度，是节能改造的可行依据。
, |$ x( l& X% k. y. J1、冷冻水循环系统
" d/ A9 s1 R+ E0 v. x0 h冷冻水的出水温度是由主机的制冷效果决定的，通常比较稳定，因此冷冻回水温度可以准确的反映室内的热负荷情况。由此，对于冷冻水循环系统的节能改造，可以取回水温度作为控制对象，通过变频器对冷冻泵流量的自动调节来实现对室内温度的控制。
2、        冷却水循环系统
冷却水循环系统同时受室外环境温度及室内热负荷两方面影响，循环水管道单侧的水温不能准确反映该系统的热交换量，因此以出水与回水之间的温差作为控制室内温度的依据比较合理。在外界环境温度不变的情况下，温差大，说明室内热负荷较大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水循环的速度；相应的，温差小则减小冷却泵转速。分别在主机蒸发器回水处、冷凝器出水及回水处安装温度传感器，实时检测管网的温度，以模拟信号（0~10V或者4~20mA）反馈给变频器，通过变频器内置的PID运算，输出对应的频率指令自动调节水泵转速，从而调节各循环水的热交换速度，最终实现对室内的恒温控制。需要特别说明的是，变频器内部在设计上集成了PID处理功能，系统无须另配专用控制模块。
3、        变频器控制方案
中央空调机组变频器配置如下表：
$ [; w/ \: f2 K) s: M+ ]2 @8 g机组         电机功率         变频器型号         数量
7 G2 D2 ~5 W1 p) s+ j; O8 }中央空调         冷冻泵电机         45kW（380V）         PI9230 045F3         3台
        冷却泵电机         75kW（380V）         PI9230 075F3         3台
两组三台水泵，春秋季节是一用二备的工作模式、夏季高峰时是二用一备工作模式。要求，其中一台变频运行，且可以通过手动方式进行切换，其它二台可通过手动方式直接切换到工频运行。
设计：3台水泵电机选配1台变频器。工作时可选择任意一台水泵做主泵、由变频器直接拖动并且变频运行（由内置PID进行闭环控制）；其余两台水泵做辅泵、依据制冷情况手动投入工频运行。选用普传科技生产的PI9230系列通用变频器，配置电控柜（保留原软启动控制回路），可选择“市电”、“节电”运行方式。
三、小结
# i. [- x! d% Z: e) g变频节能系统具备下述特点：
" X0 o2 q/ ?; U2 r4 A/ i$ f1、变频器操作界面为LED显示，监控参数丰富；键盘布局简洁、操作方便；
2、变频器具有过流、过载、过压、过热等多种电子保护装置，并具有丰富的故障报警输出功能，可有效保护供水系统的正常运作；
3、加装变频器后，电机具有软启动及无极调速功能，可使水泵和电机的机械磨损大为降低，延长管组寿命；
) }5 V2 y6 d' S) v4、变频器内部装有大容量滤波电容，可有效提高用电设备的功率因数；
5、该系统实现了对温度的PID闭环调节，室内温度变化平稳，人体感觉更加舒适。
6 B  j% M: B- c9 Y( p5 n因此，将变频技术应用于中央空调系统，对提升中央空调自动化水平、降低能耗、减少对电网的冲击、延长机械及管网的使用寿命，都具有重要的意义，可以大力进行推广。
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