中央空调系统冷却水和冷冻水循环系统节能改造

一、前言
 
作为建筑内部重点耗能设备,中央空调系统的耗电一般要占整座建筑电耗的 40% 以上。而中央空调机组是以满足使用场所的最大冷热量来进行设计的,而在实际应用中绝大多数用户在使用时,冷热负荷是变化的,一般与最大设计供冷热量存在着很大的差异,系统各部分 90% 以上运行在非满载额定状态。传统的中央空调水、风系统均采用调节阀门或风门开度的方式来调节水量和风量,这种调节方式的缺点不仅是消耗大量能量,而且调节品质难以达到理想状态而导致空调的舒适度不良。
利用变频器通过对中央空调的末端空调风机箱、冷冻水 / 冷却水水泵、冷却塔风机、甚至主机驱动电机转速等进行控制调节,从而使空调各子系统风量、水流量等负荷工况参数按负荷情况得到适时调节,不但能改善系统的调节品质,达到阀门、风门节 / 回流调节、变极调速等落后调节方式所不能相比的调节性能,改善空调的舒适性;还能节省大量电能。
 

二、中央空调系统的构成及工作原理
 
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器中释放出热量,与冷却循环水进行热交换,由冷却水泵将带有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,将热量散发到大气中去,
 
如下图所示:
 
 
 
冷冻水循环系统:由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻主机流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道,通过各房间的盘管,带走房间内的热量,使房间内的温度下降。同时,房间内的热量被冷冻水吸收,使冷冻水的温度升高。温度升高了的循环水经冷冻主机后又成为冷冻水,如此循环不已。从冷冻主机流出,进入房间的冷冻水简称为“出水”,流经所有房间后回到冷冻主机的冷冻水简称为“回水”。无疑回水的温度将高于出水的温度形成温差。
 
 
冷却水循环系统 :由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻主机在进行热交换、使水温冷却的同时,必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收,使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔,使之在冷却塔中与大气进行热交换,然后再将降温了的冷却水,送回到冷冻机组。如此不断循环,带走了冷冻主机释放的热量。流进冷冻主机的冷却水简称为“进水”,从冷冻主机流回冷却塔的冷却水简称为“回水”。同样,回水的温度将高于进水的温度形成温差。
 
 

三、中央空调变频器节能改造 
 
由于设计时,中央空调系统必须按天气最热、负荷最大时设计,并且留10-20%设计余量,然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下,存在较大的富余,所以节能的潜力就较大,其中,冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载,冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应调节,存在很大的浪费。  水泵系统的流量与压差以前是靠阀门和旁通调节来完成,因此,不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象,不仅大量浪费电能,而且还造成中央空调最末端达不到合理效果的情况。为解决这些问题需使水泵随着负载的变化调节水流量并关闭旁通。再因水泵采用的是Y—△起动方式,电机的起动电流平均为其额定电流的3~4倍,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锤现象,容易对机械零件、轴承、阀门、管道等造成破坏,从而增加维修工作量和备品、备件费用。
 
1.冷冻系统的改造
 
冷冻系统进行恒温控制。以回水温度信号作为目标信号,使压差的目标值可以在一定范围内根据回水温度进行适当调整。就是说,当房间温度较低时,使压差的目标值适当下降一些,减小冷冻泵的平均转速,提高节能效果。这样一来,既考虑到了环境温度的因素,又改善了节能效果。具体方法是:在保证冷冻机组冷冻水流量所需前提下,确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率,可将其设定为下限频率。水泵电机频率调节是通过安装在系统管道上温度传感器测回水温度。温控器将其与设定值进行比较。当冷冻回水温度大于设定值时,变频器输出上限频率,水泵电机高速运转;当冷冻回水温度小于设定温度时电机以设定的频率工作。
 
2.冷却系统的改造
 
冷却系统变频改造采用两个温度传感器检测冷却水的进水温度和回水温度, 当进水和回水温差大时, 冷却水泵及冷却风机加速运行, 使进水和回水温差保持在5℃左右; 当进水和回水温差偏小时, 降低冷却水泵和冷却风机的速度, 以达到节能的目的。
 

四、 结束语
 

中央空调是现代物业大厦,宾馆商场不可缺少的设施,它能给人们带来四季如春,温馨舒适的每一天,用交流变频调速器对中央空调系统的风机、水泵进行调速改造,不但操作方便、容易、维护量小,而且有显著的节电效果,采用温度湿度传感器,再配上调节器,与变频器构成闭环控制系统,就可以排除人工调节因素的不足,实现高度自动化调节,提高空调的质量和效果。

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