【正文】 中央空調系統(tǒng)變頻節(jié)能改造控制技術的分析與實現(xiàn) 20070125來源：西部工控網(wǎng)瀏覽：852 [推薦朋友][打印本稿][字體：大小] 1 引言 　　國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平日益提高，中央空調系統(tǒng)已廣泛應用于工業(yè)與民用建筑領域，賓館、酒店、寫字樓、商場、住院部大樓、工業(yè)廠房中央空調系統(tǒng)，其制冷壓縮機組、冷媒循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻塔風機系統(tǒng)、盤管風機系統(tǒng)等容量大多是建筑物最大制冷、制熱負荷或新風交換量需求選定，且留有充足余量。沒有使用具備負載隨動調節(jié)特性控制系統(tǒng)中，季節(jié)、晝夜和用戶負荷怎樣變化，各電機都長期固定工頻狀態(tài)下全速運行，盡管有系統(tǒng)采用了閘閥檔板節(jié)流方式，但其能量浪費仍是顯而易見。近年來電價不斷上漲，造成中央空調系統(tǒng)運行費用急劇上升，致使它整個大廈營運電費成本中占據(jù)越來越大比例，電能費用控制顯然已經(jīng)成為經(jīng)營管理者所關注問題所。據(jù)統(tǒng)計，中央空調用電量占各類大廈總用電量60%以上，其中，中央空調水泵耗電量約占總空調系統(tǒng)耗電量20~40%，故節(jié)約低負荷時主壓縮機系統(tǒng)和水泵、風機系統(tǒng)電能消耗，具有極其重要經(jīng)濟意義。，負荷變化而自動調節(jié)變化變流量變頻中央空調水泵、風機系統(tǒng)和自適應智能負荷調節(jié)主壓縮機系統(tǒng)應運而生，并逐漸顯示其巨大性能優(yōu)越性和經(jīng)濟性，到了廣泛推廣與應用。采用變頻調速技術能提高系統(tǒng)自動化控制水平，使中央空調系統(tǒng)達到更加理想工作狀態(tài)，更重要是能給用戶帶來良好投資回報。作者曾先后成功完成了聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織全額投資上海新亞制藥廠中央空調機組冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、上海東方航空賓館中央空調系統(tǒng)冷媒循環(huán)水和冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、上海市中醫(yī)院住院部大樓中央空調系統(tǒng)冷卻循環(huán)水和冷媒循環(huán)水系統(tǒng)等多項中央空調系統(tǒng)變頻節(jié)能改造項目，并曾為眾多用戶進行中央空調系統(tǒng)節(jié)能改造做前期工況調研、可行性方案論證及系統(tǒng)規(guī)劃設計。業(yè)已實施項目中，各項目節(jié)電率均高達30%以上，有系統(tǒng)節(jié)電率高達60%。下面就以具有典型結構特征中央空調系統(tǒng)為例，來表述變頻節(jié)能改造控制技術中央空調系統(tǒng)中節(jié)能指標預測方法與自動化控制過程實現(xiàn)方法，以期供用戶實施中央空調變頻節(jié)能改造時作為對比參考?！　? 中央空調系統(tǒng)工作原理與一般組成結構　　中央空調技術實際上是人工制冷技術一種典型系統(tǒng)性應用，當前，人工制冷技術按其補償過程不同可主要分為蒸汽壓縮式、吸收式、蒸汽噴射式、吸附式四種方法，其中，被廣泛應用中央空調系統(tǒng)制冷方法主要有兩種：　?。?）蒸汽壓縮式制冷循環(huán)　　對制冷劑壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)、吸收等過程來利用制冷劑液相與氣相之間相變所產(chǎn)生熱交換實現(xiàn)制冷目，如上海合眾開利空調設備公司19XL（HCFC22制冷劑）或19XR（HFC134a制冷劑）系列封閉型離心式冷水機組、約克國際北亞有限公司YK/YT系列離心式或YS/YCWS系列螺桿式冷水機組；　　（2）吸收式制冷循環(huán) 　　使用兩種沸騰點差距較大物質組成二元溶液（也稱工質對，其低沸騰點組份為制冷劑，高沸騰點組份為吸收劑），利用溶液一定條件下能析出低沸點組份蒸汽，而另一條件下又能吸收低沸點組份蒸汽這一特性由制冷機系統(tǒng)采用熱能驅動，發(fā)生、冷凝、蒸發(fā)、吸收4個過程來完成制冷循環(huán)，如江蘇雙良空調設備有限公司SLAA060AS/SLAA060AT溴化鋰水溶液吸收式制冷機組、重慶通用工業(yè)公司KF140X—10 氨水溶液吸收式制冷機組?！　∧壳?，中央空調系統(tǒng)中制冷壓縮機以速度型離心式壓縮機和以容積型螺桿式或活塞式壓縮機應用最為普遍。以蒸汽壓縮式制冷循環(huán)為例，撇開其具體形式上區(qū)分，中央空調制冷系統(tǒng)其制冷循環(huán)過程如圖1所示。　　　　　　圖1 制冷循環(huán)過程原理圖　　圖1a中，制冷壓縮機將來自蒸發(fā)器中低溫、低壓制冷劑氣體(一般為3～6℃)壓縮成高溫、高壓氣體(一般為35～40℃)排入冷凝器中，這些高溫、高壓氣體冷凝器中與冷卻循環(huán)水進行熱交換（冷卻循環(huán)水帶走介質排放熱量）變?yōu)楦邷?、高壓液體(一般為25～32℃)流向節(jié)流膨脹閥，再膨脹閥節(jié)流、降壓來實現(xiàn)高溫、高壓液體向低溫、低壓液體狀態(tài)轉變，壓力突然降低，有一部分制冷劑瞬間蒸發(fā)為氣體，即用膨脹閥節(jié)流作用來實現(xiàn)類絕熱膨脹過程，低溫、低壓液體蒸發(fā)器中與冷凍循環(huán)水充分熱交換（吸收冷凍循環(huán)水熱量）后達到蒸發(fā)汽化目，此時制冷劑又回到低溫、低壓氣體狀態(tài)為制冷劑再循環(huán)過程做準備。同時也應看到當壓縮機抽取制冷劑氣體同時,也降低了蒸發(fā)器壓力,使蒸發(fā)器內其余制冷劑相當?shù)蜏囟认麓罅空舭l(fā)汽化。圖1b中，ABCD分別表示了無溫差傳熱逆卡諾循環(huán)絕熱壓縮、等溫壓縮、絕熱膨脹、等溫膨脹四個理想過程，而實際上制冷壓縮循環(huán)是如圖1c所示具有溫差傳熱現(xiàn)象逆卡諾循環(huán)，圖中陰影部分表示與環(huán)境介質（如冷卻水、冷凍水等）進行熱交換時所存溫差效應現(xiàn)象。我們知道三種熱傳遞方式：傳導、對流和輻射中，壓縮機采用哪種形式制冷循環(huán)技術，其所有冷熱流體之間熱傳遞方式均主金屬管壁與流體之間對流換熱及壁導熱來完成傳熱過程。換熱量計算方程：　　Q=KAθm (1 )　　其中：Q為換熱量（W），K為換熱系數(shù)（W/），A為換熱體面積（m2），θm為冷熱流體間相對流向密切相關平均換熱溫差（℃）。由公式（1）可知，特定中央空調系統(tǒng)而言，其中參數(shù)K和A是固定，我們不改變其物理結構狀態(tài)和特征情況下，可有效控制冷熱流體間換熱溫差來達到獲取最大換熱量目，即按需求變化供應環(huán)境介質量，而過分滿足，這也就是我們對系統(tǒng)進行變頻控制基本可行性依據(jù)條件之一?！　∪斯ぶ评浼夹g和機械加工技術發(fā)展，目前，制冷壓縮機技術到了充分發(fā)展，大多數(shù)制冷壓縮機生產(chǎn)廠家均不同程度對壓縮機控制采用了負荷隨動功率輸出調節(jié)技術，如：上海合眾開利公司19XR系列離心式冷水機組所采用線性浮閥節(jié)流裝置，使制冷量與負荷變化動態(tài)匹配適合極低系統(tǒng)負荷下運行工況，避免了不必要熱氣旁通帶來能效比下降現(xiàn)象；有廠家還采用了變頻調速控制技術，如：約克國際北亞YT/YK系列離心式冷水機組所配置自適應容量控制變頻驅動裝置（VSD），年節(jié)能可達30%以上。，本文將主要研究重點放對中央空調系統(tǒng)水系統(tǒng)與風系統(tǒng)節(jié)能空間，以期進一步獲最大化投入與產(chǎn)出比收益?！　∫哉羝麎嚎s式制冷循環(huán)機組為例，中央空調系統(tǒng)其組成結構一般主要由制冷主壓縮機系統(tǒng)、冷媒（冷凍和冷熱）循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、盤管風機系統(tǒng)、冷卻塔風機系統(tǒng)等部分組成，其工藝流程組成結構圖如圖2所示?！　　　?圖2 中央空調系統(tǒng)工藝結構流程圖　　其中，壓縮機系統(tǒng)通常至少包括主壓縮電機、蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流閥四個基本部分和為提高運行經(jīng)濟性、安全性而設立油分離器、氣液分離器、貯液器、中間冷卻器和浮子調節(jié)閥等輔助設備裝置。從控制角度看新風系統(tǒng)與中央空調系統(tǒng)其他部分具有相對獨立性，圖2未表示出新風系統(tǒng)工藝流程結構。圖2中低溫冷凍水被送到各樓層盤管風機系統(tǒng)盤管（冷或熱交換器）中吸收盤管周圍空氣熱量，產(chǎn)生低溫空氣由盤管風機吹送到各樓層冷/熱送風母管中，再由各房間風幕風機調速實現(xiàn)各房間控溫目。冷卻循環(huán)水系統(tǒng)將常溫水冷卻水泵泵入冷凝器熱交換盤管后，再將這已變熱冷卻水送到冷卻塔上，由冷卻塔對其進行自然冷卻或冷卻塔風機對其進行噴淋逆流式強迫風冷，與大氣之間進行充分熱交換，使冷卻水變回常溫，再循環(huán)使用?！　《拘枰茻釙r，中央空調系統(tǒng)僅需要冷熱水泵（夏季稱為冷凍水泵）將常溫水泵入蒸汽熱交換器盤管，與蒸汽充分熱交換后再將熱水送到各樓層風機盤管中，即可實現(xiàn)向用戶提供供暖熱風。熱水泵向各個房間供給熱水總流量是安裝熱水供水總管于回水總管上溫度差來決定。熱交換器PID溫控器電動調節(jié)閥VA1來控制進入熱交換器蒸汽流量來實現(xiàn)對熱交換器熱水出水溫度恒定控制達到供熱目?！　≌_理解中央空調系統(tǒng)各個部分作用與工藝流程結構，實現(xiàn)變頻節(jié)能改造至關重要，從因果關系角度上看，冷媒循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻塔風機系統(tǒng)、盤管風機系統(tǒng)均是制冷壓縮機系統(tǒng)從動系統(tǒng)。當制冷主壓縮機系統(tǒng)實際需求