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中央空調冷卻水循環系統節能改造

2014/1/7 11:16:44

在現代工廠企業、辦公大樓、商廈、酒店等環境中，中央空調系統是不可缺少的，因此，中央空調的節能也是有待解決的關鍵技術問題。中央空調系統除主機的耗能外風機、冷凍、冷卻泵進行調節，這就需要有較好的自動控制模塊。現在，隨著電力電子技術、微電子技術的發展，應用變頻調節技術與PLC自動控制系統可以大幅度節約電能和提高系統的自動程度，并使系統具有運行可靠、結構簡化、維護維修方便等優點。

（一）研究的課題與研究課題的意義

在實際生活中，大部分建筑的中央空調在一年當中，只有幾十天時間處于最大負荷。中央空調負荷，始終處于動態變化之中，如每天早晚，每季交替，每年輪回，環境及人文，實時影響中央空調冷負荷。一般，冷負荷在5%-60%范圍內波動，大多數建筑物每年至少70%是處于這種情況。而大多數中央空調，因系數設計多數以最大冷負荷為最大功率驅動。這樣，造成實際需要冷負荷與最大功率輸出之間的矛盾，實際造成巨大能源浪費，給使用方造成巨額電費支出，增加經營者的成本，降低經營競爭力。

本課題以中央空調冷卻水控制系統的工作機理和工作特點為依據，實時跟蹤制冷機的排熱需求和冷卻塔排熱能力的動態變化，建立系統節能的復合控制方案。通過采集冷卻水溫度信息，實現跟蹤制冷機排熱需求變化的優化節能，最大限度地降低冷卻水泵的耗能。

作為建筑內部重點耗能設備，中央空調系統的耗電一般要占整座建筑電耗的60%以上。由于設計時，中央空調系統必須按天氣最熱、復活最大時設計，并且留10-20%設計余量，然而實際上絕大部分時間空調是不會運行在滿復活狀態下，存在較大的富余，所以節能的潛力就較大，其中，冷凍主機可以根據負載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應調節，存在很大的浪費。因此空調系統采用變水量控制可以節約大量泵輸送能耗，中央空調的節能改造顯得尤為重要。

水泵系統的流量與壓差是靠閥門和旁通調節來完成，因此，不可避免地存在較大載流損失和打流量、高壓力、低溫差的現象，不僅大量浪費電能，而且還造成中央空調最末端達不到合理效果的情況。為了解決這些問題需使水泵隨著負載的變化調節水流量并關閉旁通。再因水泵采用Y-△起動方式時，電機的起動電流均為其餓定電流的3-4倍，如一臺90KW的電動機其起動電流將達到500A，在如此大的電流沖擊下，接觸器，電動機的使用壽命大大下降，同時，起動時的機械沖擊和停泵時水錘現象，容易對機械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作和備晶、備件費用。綜上，為了節約能源和費用，中央空調系統的節能改造是勢在必行。

中央空調冷卻水控制系統屬建筑物冷熱電聯產系統中的一個子系統，該控制方式已經應用于中央空調節能控制裝置——變頻調速智能控制節能工作站中，該裝置應用中實現了中央空調控制，經檢測：通過各智能控制子系統，在保證向用戶提供優質安全的空調服務同時，d45中央空調的轉換效率、系統耗能指標進行優化，使系統設備的運行狀況獲得極大改善。

（二）主要任務

本設計課題是冷卻水循環控制系統。該系統由冷凍機、冷卻水泵、冷卻水管、冷卻塔和冷卻塔風機組成。冷卻水在通過冷凍主機后，吸收了冷凍主機釋放的熱量使自身溫度升高。冷卻泵將升了溫德冷卻水壓入冷卻塔進行熱交換而降溫，降了溫德冷卻水又流過冷凍機，如此不斷循環。

設計的主要任務是當中央空調冷卻水出水溫度高時（可事先設置），加大冷卻水流量，當中央空調冷卻水出水溫度低時，減少冷卻水流量，從而達到節能目的，當中央空調冷卻水出水溫度超過某一限值時（通常為37度左右），整個系統必須保護性跳閘停機。

中央空調冷卻水系統節能混合控制的要求是:實時跟蹤制冷機的排熱需求和冷卻塔排熱能力（即冷卻水的進水溫度）的動態變化。最大限度地降低冷卻水泵的耗能。系統實施節能控制的策略和算法，以其工作過程的熱力和動力學機理為基本依據.

（三）具體設計要求

1、三臺冷卻水泵電動機，5.5KW，380V。1號水泵先單臺變頻運行，當頻率上限信號（相對于進出水設定溫差上限值）動作后轉為工頻運行，并起動2號水泵變頻運行；當頻率下限信號（相對于進出設定溫差下限值）動作后，1號水泵停機，2號泵繼續變頻運行，當頻率上限信號又動作時，2號泵轉換為工頻運行，起動3號泵作變頻運行，不斷地如此循環轉換。

2、變頻工頻運行時，為保證安全，應先讓變頻器約0.3秒后才斷開變頻接觸器，再延遲時0.5秒后閉合工頻接觸器，再延時0.5秒后投入另一臺變頻器工作。

3、采用PLC(CP1H)或單片機+變頻器(ACS800)的控制結構，或繼電器+變頻器的結構均可。

4、系統中應具有“手動”及“自動”操作功能，各種保護，確保系統的安全運行，例如，變頻與工頻接觸器應設置電氣和機械兩種互鎖，水泵電動機主電路應接有各種保護裝置等。

（四）相關技術的發展狀況

空調技術的研究發展很快，開發出了種類繁多的空調產品，下面就對幾類主流的先進空調進行介紹。

1、變頻空調

變頻空調器是通過內裝的變頻率，從而控制空調壓縮機的轉速。使壓縮機轉速連續變化，實現壓縮機能量的無級調節。與一般空調相比，變頻空調有著高性能運轉、舒適靜音、節能環保、能耗低的顯著特點，改善了人們的生活質量，提高了人們的生活水平。隨著世界科學技術的發展，尤其是網絡與數字技術的飛速發展，變頻空調技術將密切跟蹤世界最新技術，開發出最新的變頻空調技術.

2、燃氣空調

以燃氣為能源的空調設備簡稱燃氣空調。燃氣空調發展前景非常廣闊。燃氣空調的優勢被全球能源專家和空調專家一致認同。許多國家已經或準備實施一系列燃氣空調推廣措施。

3、太陽能空調

70年代后期。世界各國對太陽能利用的研究蓬勃發展。太陽能空調技術也隨之出現，隨著太陽能制冷空調關鍵技術的成熟，特別在太陽能集熱器和制冷機方面取得了迅猛發展，太陽能空調也得到了快速發展。

（五）空調的發展過程和現狀

1、世界空調的發展可分為四個階段。

首先是后風扇時代。典型特征是，功能僅限制于制冷制熱，技術含量低；接下來是純空調時代。這個時代的最顯著標志是空調成為真正意義的空氣調節器，隨著各國政府對空調的能耗標準提出要求。空調進入了超空調時代，其顯著特點是空調不僅僅是空調，還能滿足節能環保的要求，在以網絡信息代表的21世紀。作為家電產品的空調器也必將隨之步入網絡信息時代.

（六）中央空調國內外發展狀況

1、我國中央空調業的3種發展趨勢

回眸2004制冷年度，我國中央空調業至少有3種發展趨勢讓人津津樂道。趨勢一：中央空調接過傳統空調的“接力棒”，其行業前景令市場垂涎；趨勢二：在土洋比拼中，本土品牌頻頻占領市場的制高點，咄咄之勢實屬空前；趨勢三：經過市場的殘酷洗禮后，中央空調業重新洗牌，競爭優勢重新回歸到品牌和技術，市場份額越來越集中到少數企業手中，中央空調“大鱷“騰空而出。

2、中央空調的品牌競爭

前幾年還是約克、大金、開利等國外品牌占領國內商用市場，近幾年已風生水起，海爾、美的、格力、松下、LG等企業紛紛進入這一領域，以爭取更多主動權。