中央空調(diào)系統(tǒng)群控改造的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

婁元杰

（許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，河南 許昌 461000）

1 中央空調(diào)使用的現(xiàn)狀

中央空調(diào)是現(xiàn)代工廠不可缺少的設(shè)施，由于中央空調(diào)功率大，耗能大，支付中央空調(diào)所用電費(fèi)是用戶一項(xiàng)巨大的開(kāi)支。對(duì)中央空調(diào)加節(jié)能裝置是降成本增效益的一條捷徑。

中央空調(diào)系統(tǒng)所有設(shè)備的選擇都是按最不利工況來(lái)選型，有相當(dāng)?shù)挠嗔俊Ｒ蚨谙喈?dāng)一部分時(shí)間內(nèi)，空調(diào)系統(tǒng)只是部分負(fù)荷運(yùn)行(例如:每年過(guò)渡季節(jié),每天早晚,,一般天氣情況等)。而目前情況是冷水機(jī)組部分可以根據(jù)實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，但是冷卻水泵、冷凍水泵卻是全功率運(yùn)行。這是相當(dāng)不合理的。從節(jié)能角度來(lái)看，冷凍、冷卻水量也應(yīng)作合理的調(diào)整。因此改善水泵運(yùn)行工況，提高空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行效率，具有非常重要的意義，而且具有比較好的投資回報(bào)收益。

傳統(tǒng)的水流量是在末端設(shè)置電動(dòng)兩通閥或電動(dòng)三通閥來(lái)調(diào)節(jié)。此方法雖然降低了系統(tǒng)的流量，但是卻大大增加了系統(tǒng)的壓力，也就是說(shuō)增加了系統(tǒng)的管路阻力，致使泵提供的能量大部分被閥門(mén)消耗，并且水泵效率降低，因而其節(jié)能效果相當(dāng)有限。根據(jù)交流電機(jī)的特性，要實(shí)現(xiàn)連續(xù)平滑的速度調(diào)節(jié)，最佳的方法就是采用變頻器調(diào)速，變頻器是將標(biāo)準(zhǔn)的交流電轉(zhuǎn)成頻率、電壓可變的交流電，供給電機(jī)并能對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速成進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。采用變頻器進(jìn)行風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能改造，不僅避免了由于采用擋板或閥門(mén)造成的電能浪費(fèi)，而且還會(huì)極大提高控制和調(diào)節(jié)的精度。

2 中央空調(diào)變頻改造的可行性分析

通過(guò)變頻調(diào)節(jié)改變水泵的轉(zhuǎn)速可達(dá)到節(jié)能目的，如下圖，改變轉(zhuǎn)速即改變了泵的運(yùn)行特性曲線，而沒(méi)有改變管路阻力特性。因?yàn)楫?dāng)冷量減少時(shí)，水量作等比減少。當(dāng)流量減少時(shí)，功率P 以立方關(guān)系遞減。由此節(jié)能效果明顯。若流量為80%時(shí)，則耗功僅為原來(lái)的51%，節(jié)約49%。而用調(diào)節(jié)閥時(shí)，僅節(jié)約5%左右的能量。也就是說(shuō)，當(dāng)流量變化很少的時(shí)候，能耗的降低十分可觀的。

3 中央空調(diào)變頻改造的應(yīng)用

我公司通過(guò)Metasys 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)三臺(tái)每個(gè)266kw 空調(diào)主機(jī)和四臺(tái)加裝變頻變頻器的功率為45kw 水泵的群控，實(shí)現(xiàn)通過(guò)以太網(wǎng)連接從中央控制站上直接從冷水機(jī)組采集空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際負(fù)荷和室外溫度傳感器及冷凍水、冷卻水溫度等綜合計(jì)算出變頻器所需要的信號(hào)來(lái)調(diào)整變頻頻率，進(jìn)一步調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速。群控系統(tǒng)還能夠?qū)崟r(shí)顯示機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)、報(bào)警信息和控制信息，顯示的信息包括：冷凍水進(jìn)出水溫度、冷卻水進(jìn)出水溫度、蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、油溫、油壓、壓縮機(jī)電機(jī)狀態(tài)等。并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制主機(jī)、水泵等設(shè)備開(kāi)啟或停機(jī)。

Metasys 系統(tǒng)是由中央操作站網(wǎng)絡(luò)控制器、直接數(shù)字控制器（DDC）等組成，通過(guò)Ethernet網(wǎng)（N1網(wǎng)）將中央操作站及網(wǎng)絡(luò)控制器各節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，Ethernet/IP 使用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)硬件在網(wǎng)絡(luò)控制器與用戶操作站之間完善地傳遞信息。同時(shí)數(shù)字控制器（DDC），將通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線（N2網(wǎng)）連接到網(wǎng)絡(luò)控制器上，與其它網(wǎng)絡(luò)控制器上的直接數(shù)字控制器及中央操作站保持聯(lián)系?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備上的傳感器及執(zhí)行器等連接至以上各直接數(shù)字控制器內(nèi)。從而實(shí)現(xiàn)分散控制、集中管理。

該改造系統(tǒng)有以下顯著特點(diǎn)：（1）根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷情況自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)水量，負(fù)荷降低時(shí)，降低系統(tǒng)流量，節(jié)約系統(tǒng)能耗。（2）通過(guò)Metasys 系統(tǒng)，直接從冷水機(jī)組的內(nèi)置傳感器中采集相關(guān)的數(shù)據(jù)，確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，提高了控制的精度，避免了由于傳感器的測(cè)量誤差而導(dǎo)致的機(jī)組異常保護(hù)，使機(jī)組的可靠性達(dá)到最高。（3）實(shí)現(xiàn)水溫自動(dòng)重設(shè)功能，即通過(guò)主機(jī)微電腦控制中心內(nèi)增加的網(wǎng)關(guān)和連接到室外的溫濕度傳感器和相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，在室外環(huán)境溫度降低時(shí)，自動(dòng)提高主機(jī)的停機(jī)溫度，降低主機(jī)能耗。（4）在中央控制站的電腦上直接觀察水泵的轉(zhuǎn)速、水泵電機(jī)的電流等參數(shù)。（5）在中央控制站的電腦上能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟動(dòng)主機(jī)、水泵的運(yùn)行和切換控制，平衡的運(yùn)行時(shí)間，延長(zhǎng)主機(jī)、水泵的壽命。（6）自動(dòng)識(shí)別水泵是否無(wú)水空轉(zhuǎn)，對(duì)水泵提供保護(hù)。

4 改造后的節(jié)能分析

假定開(kāi)機(jī)月份：制冷期4 個(gè)月，采暖期3.5 個(gè)月運(yùn)行時(shí)間：夏季10小時(shí)/天 冬季10小時(shí)/天 5 天/周根據(jù)運(yùn)行記錄，我們統(tǒng)計(jì)了夏季和冬季的耗電情況，結(jié)果如下圖。

冬季節(jié)能量計(jì)算：

這樣，夏冬季累計(jì)節(jié)能量為96648 kWh。這部分節(jié)電量約占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)能耗的15%。通過(guò)主機(jī)群控－組合、優(yōu)化負(fù)荷控制實(shí)現(xiàn)冷機(jī)部分節(jié)能5%，每年總的累計(jì)節(jié)能量約：140000kwh。

5 結(jié)束語(yǔ)

中央空調(diào)變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水泵節(jié)能效果明顯，投資回收快，而且管理方便，是適宜發(fā)展和推廣的有效節(jié)能措施。同時(shí)，采用變頻系統(tǒng)后，提高電機(jī)的效率，改善其運(yùn)行條件，延長(zhǎng)使用壽命；降低電機(jī)和冷卻塔的噪聲。理論和實(shí)例證明，中央空調(diào)水泵變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一項(xiàng)效果顯著，安全可靠的節(jié)能技術(shù)，將給用戶帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。