空调节能方案

概述

空调是大厦里的耗电大户.每年的电费中,空调耗电占整个大厦的60%左右,因此中央空调的节能改造显得非常重要,有着非常好的经济效益和社会效益.

空调原理

1.原理分析

空调主要由制冷机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和散热水塔组成.制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换,将冷冻水制冷,冷冻水泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中,由风机吹送冷风达到降温的目的.经蒸发后的制冷剂在冷凝剂中释放出热量,与冷却循环水进行热交换,由冷却水泵将带来热量的冷却水送到散热水塔上,由水塔风扇对其进行喷淋冷却,与大气之间进行热交换.如图1为控制原理图.

2.空调常见缺陷

在空调系统中,冷冻水泵和冷却水泵的容量是根据建筑物最大设计热负荷选定的,且留有10-20%的设计余量.在没有使用调速的系统中,水泵一年四季在工频状态下全速运行,空调系统耗电量70%集中在冷却、冷冻系统.

同时因水泵采用的是Y-△起动方式,电机的起动电流均为其额定电流的3-4倍,一台45KW的电动机其起动电流将达到250A.在如此大的电流冲击下,接触器、电机的使用寿命大大下降,同时,起动时的机械冲击和停泵时的水垂现象,容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏,从而增加了维修工作量和备品、备件费用.

通过图1可以看出,空调系统的工作过程是由压缩产生冷量,通过冷冻水循环系统将冷量带入盘管,再由风机将盘管中的冷量通过风道送到终端用户.同时,压缩机工作产生的热量由冷却循环水通过冷却塔降温再送回空调主机系统.可以看出,空调系统的工作过程是一个不断进行热交换的能量转换过程.在这中间,冷冻水循环系统和冷却水循环系统是能量的主要传递者.因此,对冷冻水和冷却水循环系统的控制便是空调控制系统的重要组成部分.

3.节能产品设计原理

水泵是传送流体的装置,这种负载消耗的能量与流量成立方比的关系.目前通常都采用调节出口阀进行流量控制,实际运行时不论流量的大小,拖动设备的电动机所消耗的电量变化很小.如果采用改变设备转速的方式调节流量,当流量下降时,电量消耗将以三次方的比例下降.因此在水泵设备中,在保证流量需求的前提下,采用变频调速的方式来调节流量,可以大大降低电力能量的消耗,以达到节能目的.水泵电机转速下降,电机从电网吸收的电能就会大大减少.

其减少的功耗：△P等于P0〔1-(N1/N0)3〕（1）式

减少的流量：△Q等于Q0〔1-(N1/N0)〕（2）式

其中N1为改变后的转速,N0为电机原来的转速,P0为原电机转速下的电机消耗功率,Q0为原电机转速下所产生的水泵流量.

由上式可以看出,流量的减少与转速减少的一次方成正比,但功耗的减少却与转速减少的三次方成正比.

如：检测设原流量为100个单位,耗能也为100个单位,如果转速降低10%,由（2）式△Q等于Q0〔1-(N1/N0)〕等于100×〔1-(90/100)〕等于10可得出流量改变了10个单位,但功耗由（1）式△P等于P0[1-(N1/N0)3]等于100×〔1-(90/100)3〕等于27.1可以得出,功率将减少27.1%.

产品设计

1.冷却水循环系统的处理

冷却水循环系统进水与出水之间存在水温差,温差越大说明冷却器需要交换的热量越多,相反温差越小说明冷却器需要交换的热量越少.如果采用传感器采集冷却水进水和出水温度,温差控制器将温差量变为模拟量反馈给处理器,然后由处理器控制变频器的频率.当温差相差不大时,冷却水流量可适当减少,这时处理器使变频器输出为较低频值,电机转速减慢,水流量减少；当温差较高时,冷冻机组有更多的热量需要带走,这时处理器使变频器输出为较高频率值,电机转速加快,水流量增加,带走更多的热量.这样能够根据系统实时需要,提供合适的流量,不会造成电能浪费.

2.冷冻水循环系统的处理

冷冻水循环系统的工作类似冷却系统,冷冻水的回水温度和出水温度之差说明了冷冻水从用户端带走热量的大小,所以通过温差控制器可以做出冷量需求的判断,利用温差作为冷冻水流量的控制依据,进行节能控制.但由于冷冻主机的出水温度一般较为稳定,故实际上,简单控制时只需根据回水温度的检测进行控制就可以了.

3.控制框图

对于冷冻水泵的变频节能,由于都是对拖动电机进行变频调速节能,所以与冷却水泵的节能方式及控制相似.如图2所示.

4.产品系统的主要配件

●变频器：采用水泵专用节能型变频器,其软件设置可以最大限度地提高电动机功率因数和电机效率；

●温差控制器：系统采用高精度的温差变送器对管网水温度进行监测,以保证系统正常运行在要求的温度范围内；

●控制系统：根据系统需要,可采用变频器或温差控制器自身所带控制系统进行简单控制、PLC典型控制及工业控制机全面控制.根据现场所处的环境实际情况进行变频器编程、设定变频器控制参数；

●低压电器：空气开关、接触器、继电器、按钮等均采用三、欧姆龙等国外公司产品,以保证系统运行安全可靠.

5.产品特点

●节能率：可达30%-60%；

●工频系统、变频系统可互相切换；

●系统闭环控制电机,按工艺要求设定进出水温差,电机输出功率随热负载的变化而变化,在满足使用要求的前提下达到最大限度地节能；

●降速运行和软启动,减少振动、噪声和磨损,延长了设备维修周期和使用寿命,并减少了对电网的冲击；

●先进的设置和监控及调节功能改善了系统运行特性,使系统使用方便；

●系统具有各种保护措施,使系统的运转率和安全可靠性大大提高；

●系统具有故障报警及故障自动停机功能,保证了运行的可靠性.

技术参数

1.水泵功率

2.2KW-110KW.

2.压力/温度精度

±0.01Mpa/±0.1℃.

3.工作压力

0.05MPa-20Mpa.

4.工作温度：0-40℃.

5.工作电源：三相四线、380V±10%、50Hz.

产品可选件

1.工业控制器

2.通讯接口

3.控制柜体

4.人机界面

节能分析

采用本节能控制产品系列,可使水泵的转速随室内温度的变化而自动调整.根据以往经验,空调水泵变频全年平均节能率在30-60%.

以37KW冷却水泵和45KW冷冻水泵的空调系统节能率为分别为40%、45%计算,具体数字如下：

1.冷却水泵：37KW节能率40%

2.冷冻水泵：45KW节能率45%

3.年运行时间：5760小时（按每年运行8个月,30天/月、24小时/天计算）

4.电价：￥0.9元/度

安装本公司节能控制系统后,每年可节省的电费为：

●电机容量×节能率×全年运行时间×电价

●冷却水泵：37KW×40%×5760小时×0.9元/度等于￥76723.2元

●冷冻水泵：45KW×45%×5760小时×0.9元/度等于￥104976元合计每年可节省的电费为：76723.2+104976等于￥181699.2元以上设备一次性投资为15万元,其回收期还不到一年的时间.再加上其它设备减少的维护费用,则回收期限更短.

技术交流

1.节能改造后冷冻水末端压力是否能满足要求?

答：冷冻水泵降低流量降低转速运行,人们担心会不会影响供水末端压力不足,而导致缺水现象.实际上,由于转速降低,虽然会使水泵供水压力降低,然而管道特性的压力损失也会随流量减少而减少,即需要的压力也会减少,供水压力与转速的二次方成比例降低,需要压力（管道损失）则与流量的二次方成比例减少,二者可以相互补偿.许多单位的实践也证明了这一点.

2.节能改造后是否会增加主机的能耗?

答：不会.这是因为热负载的热量等于流量、温差、比热三者的乘积.在空调中,冷冻水泵和冷却水泵的目的是输送能量.在恒流量运行的系统里,流量不变,但温差却是随热负载减少而减少的.在变流量运行的系统里,降低流量增加温差只要使这个乘积保持不变,也就是使热负载相同就可以保证冷冻水（或冷却水）带走的热量相同,可以满足使用要求.由于乘积保持不变,也就是对主机来说做的功是相同的,工控没有改变,主机当然不会增加耗能.

适用范围

宾馆、酒店、商场、超市、写字楼、工厂.