中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理
中央空調(diào)系統(tǒng)有主機(jī)和末段系統(tǒng)。按負(fù)擔(dān)室內(nèi)熱濕負(fù)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(fēng)二次回風(fēng))。主要組成設(shè)備有空調(diào)主機(jī)(冷熱源) 風(fēng)柜風(fēng)機(jī)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(fù)荷低于設(shè)計值,但冷卻水泵由工頻控制,處于100%的滿負(fù)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(jī)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�?照{(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(hù)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(fēng)機(jī)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(jī)機(jī)組、水泵、風(fēng)機(jī)啟停臺數(shù),以達(dá)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(jī)直接工頻啟動,沖擊電流大,嚴(yán)重影響設(shè)備使用壽命。
溫控效果不佳。當(dāng)環(huán)境或冷熱負(fù)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(fēng)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(jī),大大減小沖擊電流,降低電機(jī)軸承磨損,延長軸承壽命。
調(diào)節(jié)水泵風(fēng)機(jī)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(fēng)量,隨天氣、熱負(fù)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(yuǎn)程監(jiān)控。
供水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造
無論是溴化鋰機(jī)組或電制冷(氟利昂)機(jī)組的中央空調(diào)系統(tǒng),主機(jī)自身的能量消耗有機(jī)組控制,機(jī)外的電力消耗組不能控制,而這部分的成本是相當(dāng)高的,卻通常被人忽視了。尤其是溴化鋰機(jī)組,在額定狀態(tài)制冷運用行時,機(jī)外水泵、冷卻塔的電機(jī)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(hù)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(jī)外水泵電機(jī)、冷卻塔電機(jī)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(jī)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(jī)組的壓縮機(jī)滿負(fù)荷工作設(shè)計的,當(dāng)環(huán)境溫度及各種外界因素,冷凍機(jī)組不需要開啟全部壓縮機(jī)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(fù)荷被冷凝系統(tǒng)充分利用,從而達(dá)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(jī)冷卻水流量曲線的特點,采用變頻控制,意義更大,從遠(yuǎn)大BZ型直燃機(jī)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(dāng)制冷量75%時,機(jī)組所需冷卻水流量34%,水泵電耗約20%;
當(dāng)制冷量50%時,機(jī)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(fù)荷工作設(shè)計的,當(dāng)賓館、酒店、大廈需要的冷量或熱量沒有達(dá)到空調(diào)的滿負(fù)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(dá)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(fù)荷季節(jié)適當(dāng)降低流量,如90%流量時,電耗約75%。
3、冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻控制
風(fēng)機(jī)功率一般都較小,節(jié)電不如水泵明顯。但風(fēng)機(jī)采取變頻控制能極大地有助于冷卻水恒溫,這對于機(jī)組制冷恒溫極為關(guān)鍵;且能使機(jī)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(fēng)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(qiáng)、漸弱式,能消除電機(jī)啟動對電網(wǎng)的沖擊。并可避免電機(jī)因過載而引起的故障。
由于電機(jī)經(jīng)常處于低負(fù)荷運行,能大幅度延長電機(jī)及水泵、風(fēng)機(jī)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(hù)作用。另一方面,設(shè)備噪音、震動均減小,保護(hù)了環(huán)境。
5、中央空調(diào)機(jī)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(fēng)機(jī)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(fēng)量機(jī)組變頻控制
變風(fēng)量機(jī)組也是中央空調(diào)系統(tǒng)重要的組成部分,其性能指標(biāo)(風(fēng)量、冷量、噪音、用電量)的優(yōu)劣,除了變風(fēng)量機(jī)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(fēng)量機(jī)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(fēng)閥調(diào)節(jié)。能起到調(diào)節(jié)風(fēng)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(fēng)量、冷量、節(jié)能的作用,對變風(fēng)量機(jī)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(fēng)量機(jī)組對風(fēng)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(jī)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(fù)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(jī)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(dá)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(hù)功能強(qiáng)大,而且靈敏,對出現(xiàn)各種故障及時的保護(hù),受更大的損失。
同時我們可以結(jié)合其他先進(jìn)的技術(shù)和能源加強(qiáng)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(bǔ),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(qiáng),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(qiáng)中央空調(diào)節(jié)能改造,以適應(yīng)市場需求。
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