中央空调水系统变频节能改造分析与实践

陈伟

摘要：在环境污染问题愈发严重以及能源紧缺的今天，人们越来越关注节能减排。中央空调系统在建筑中主要由控制系统、风道系统、水系统以及冷机等组成部分，在能耗消耗中，建筑能耗占据比例较大，而在整体建筑能耗中空气调节系统耗能为主要方面，其中占比最大的就是空调水系统耗能。在设计中央空调系统时，通常会应用高配比设计方案，只是对部分负荷在建筑系统的特性进行考虑。大量调查数据显示，建筑空调系统经常在75%负荷下运行，很少在满负荷下工作，至此亟需对控制系统予以优化，就这需要从中央空调水系统变频节能改造入手。下面本文结合实际案例，充分探讨了中央空调水系统的变频节能改造，仅供相关业界人士参考。

关键词：暖通空调；空调水系统；变频节能技术；节能减排

Abstract: Nowadays, the environmental pollution problem is getting more and more serious and energy is in short supply, people are paying more and more attention to energy conservation and emission reduction. The central air-conditioning system is mainly composed of control system, air duct system, water system and cooler etc. In the energy consumption, the building energy consumption accounts for a large proportion, while in the overall building energy consumption, the energy consumption of the air-conditioning system is the main aspect, of which the energy consumption of the air-conditioning water system accounts for the largest proportion. When designing a central air-conditioning system, a high proportion design scheme is usually applied, only the characteristics of partial load in the building system are considered. A large number of survey data show that the building air conditioning system often operates at 75% load and seldom works at full load. Therefore, it is urgent to optimize the control system. Therefore, it is necessary to start with the frequency conversion and energy saving transformation of the central air conditioning water system. The following article, based on actual cases, fully discusses the frequency conversion and energy-saving transformation of the central air conditioning water system, which is only for the reference of relevant professionals.

Key words: HVAC; Air conditioning water system; Frequency conversion energy-saving technology; Energy conservation and emission reduction

前言：在建筑房屋应用过程中，空调系统的作用较为重要，其可以调节建筑室内的洁净度、气流速度、空气温湿度，进而使窒内湿度以及空气质量可以符合国家相关标准与满足用户的需求。当前我国环境污染以及不可再生能源数量减少问题日益严峻，必须加强相关设计人员对绿色建筑理念的研究与学习力度，这样才能对空调系统运行在建筑工程中的巨大耗能问题予以充分认识，从降耗环保方面出发，进一步优化设计空调系统，积极转变以往的设计方法与思路，从而降低空调系统的能源消耗，提升空调系统应用的经济性。

1工程详情

以我国某地写字楼建筑中央空调系统为例，其系统中采用了溴化锂吸收式系统作为制冷主机，在地下一层设置了设备机房，在水系统中，分别配置了两台冷却水水泵和两台冷冻水水泵，在实施改造前，水泵运行时转速不变，均为定频运行，存在启动损耗大、振动、电流大等问题，同时在启动过程中，由于定频水泵频率直接升至工作频率，所以，与水泵电机额定电流相比，启动电流明显较大，极易发生水锤现象，同时运行中外壳温度较高，电机噪声较大。

2水系统控制原理和方法

水系统控制是中央空调水系统变频的主要部分，在实现变频过程中，主要通过水泵冷冻和冷却达到目的，发挥出中央空调的节能作用。在改造水泵变频过程中，通常从改造水系统出发，对空调系统负荷以变流量的方式进行调节。水系统的主要构成就是冷水机，机组正常运转在流量调节时，水系统换热系数主要由蒸发器进行改变，并根据调节冷水量达到变频的目的。冷水机组的功率在改造水系统后会受到较大的影响，所以对改造空调水系统的意义较大，变频控制技术的合理性能对中央空调控制系统的完善提供重要的促进作用。水系统控制的核心通常为空调系统的部分负荷，在减小水流量后保持现有空调负荷，实现对水系统节能降耗的目的。结合水泵的工作原理，p功率与n转速、H扬程、Q流量之间的关系如下：

所以，在降低水泵转速后，功率受到的影响明显比流量大。采用变频水泵调节技术，与以往通过阀开度调节流量比，水系统能耗的降低效果更好，能达到优化控制整个中央空调系统能耗的目的。

3空调水系统变频节能技术工程应用要点

3.1空调水系统变频节能

当前，变频技术在中央空调中的应用相当广泛，因为它可以根据实际情况来对自身进行调节，提升自身工作的运转效率，同时降低由于不必要的运作所带来的能源浪费。

3.1.1电机转速的控制

电机转速的控制为中央空调变频技术的核心。在过去的中央空调制冷过程中，之所以能耗大，最主要的是由于定频控制。主要表现在实际运行的水温差远小于设计值，在高负荷低能效的状态下运行在所难免。如果采用变频技术，将对于中央空调系统中的热负荷情况进行实时监测，从而改变电机的供电频率，采用最合理的电机转速来实现温度的控制。

3.1.2制冷压缩机的应用

制冷压缩作为中央空调制冷系统中的重要构件，其所消耗的电量约占整个空调耗电量的 45%。因此压缩机的使用功效必须根据空调的实际运行情况而进行相应的调整，以保障其始终处于一种高效运行的状态，提高压缩机的运行效率，进而对提升中央空调整体效能上将有很大的帮助。而中央空调在实际使用过程中应根据实际情况，可以通过采用螺旋式、离心式或活塞式等不同类型，以适应环境要求来确保压缩机结构设计起到积极作用。

3.2改造方案

对冷却塔与水泵在该空调水系统中配置数量予以充分考虑，具有多种改造方案组合。在实际进行优化过程中，可将变频驱动模块在各个水泵中配置一台，但也会提高系统的投入成本，这就需要相关人员在系统改造方案中，对运维安全可靠性、节能效益以及经济效益等因素进行充分衡量，对最终系统节能改造方案进行确定，具体如下：将变频驱动模块在每两台冷冻水和冷却水水泵中各配置一台，并在冷却塔风机上配置一台，这样有利于统一控制。但需要注意的是，要结合风机、水泵等各功能件的耗功性能与运行转速配置各变频驱动模块，实现匹配的科学性。在控制变频驱动过程中，对冷冻水泵转速通过冷冻水进出水温差控制，达到控制流量的目的，同时为了保证系统运行稳定性，还要对系统最小流量限制进行设置。冷却水温度直接影响着冷却水流量控制水平，通过冷却塔风机的联动控制，保证水系统运行部件间更加的协调，结合环境温度条件现运行情况，配置冗余备用系统，随时切换定频运行与变频运行状态。

未来应对中央空调专家系统传输至控制系统的信息量予以大幅度增加，实现传感器、电气控制装置、机电等系统内各设备的互通与互联。第一，加强对通讯协议的开放，从点对点协议、LonTalk协议以及MODBUS协议到对各方的BACnet开放式通讯协议的兼容；第二，对系统信息的传输方式予以优化，从以往的有线传输方式如LonWork总线、CAN总线、RS-485总线等，逐渐发展到应用各种近距离物联网通信有ZigBee和蓝牙等通信协议以及无线物联网通信技术等各种低功耗传输方式，在空调机组的无线房间控制器中应用该技术，远距离时，通过对NB-IoT、LoRa、SigFox以及RPMA等物联网通信（LPWAN）协议，促进中央空调自控系统的应用与发展，大大提升了楼宇间与大楼内部无线通讯的便利性。2019年为5G技术商用元年，除了在高清交互类场景应用5G技术，还可以在远程控制、遥测以及传感中广泛应用，5G技术具有低时延、高可靠以及低功耗的特性，所以在中央空调节能控制系统等大型公共机构中应用5G技术有着较为广阔的前景。

结束语：

综上所述，在经济方兴未艾、持续发展过程中，人们对节能环保愈加重视。特别是在我国可持续发展战略的推行过程中，为了对建筑系统能耗予以优化，应从空调水系统节能方面出发，通过电机频率的无级调节各个部分负荷点，适当降低水泵频率，在保障整个空调系统运行稳定性的基础上，达到提升性能的效果，降低水泵功耗。

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