【正文】 中央空調(diào)系統(tǒng)變頻節(jié)能改造控制技術(shù)的分析與實(shí)現(xiàn) 20070125來(lái)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(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平日益提高，中央空調(diào)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域，賓館、酒店、寫字樓、商場(chǎng)、住院部大樓、工業(yè)廠房中央空調(diào)系統(tǒng)，其制冷壓縮機(jī)組、冷媒循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、盤管風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等容量大多是建筑物最大制冷、制熱負(fù)荷或新風(fēng)交換量需求選定，且留有充足余量。沒(méi)有使用具備負(fù)載隨動(dòng)調(diào)節(jié)特性控制系統(tǒng)中，季節(jié)、晝夜和用戶負(fù)荷怎樣變化，各電機(jī)都長(zhǎng)期固定工頻狀態(tài)下全速運(yùn)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(fèi)仍是顯而易見。近年來(lái)電價(jià)不斷上漲，造成中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用急劇上升，致使它整個(gè)大廈營(yíng)運(yùn)電費(fèi)成本中占據(jù)越來(lái)越大比例，電能費(fèi)用控制顯然已經(jīng)成為經(jīng)營(yíng)管理者所關(guān)注問(wèn)題所。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中央空調(diào)用電量占各類大廈總用電量60%以上，其中，中央空調(diào)水泵耗電量約占總空調(diào)系統(tǒng)耗電量20~40%，故節(jié)約低負(fù)荷時(shí)主壓縮機(jī)系統(tǒng)和水泵、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)電能消耗，具有極其重要經(jīng)濟(jì)意義。，負(fù)荷變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)變化變流量變頻中央空調(diào)水泵、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和自適應(yīng)智能負(fù)荷調(diào)節(jié)主壓縮機(jī)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸顯示其巨大性能優(yōu)越性和經(jīng)濟(jì)性，到了廣泛推廣與應(yīng)用。采用變頻調(diào)速技術(shù)能提高系統(tǒng)自動(dòng)化控制水平，使中央空調(diào)系統(tǒng)達(dá)到更加理想工作狀態(tài)，更重要是能給用戶帶來(lái)良好投資回報(bào)。作者曾先后成功完成了聯(lián)合國(guó)工業(yè)發(fā)展組織全額投資上海新亞制藥廠中央空調(diào)機(jī)組冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、上海東方航空賓館中央空調(diào)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(diào)系統(tǒng)冷卻循環(huán)水和冷媒循環(huán)水系統(tǒng)等多項(xiàng)中央空調(diào)系統(tǒng)變頻節(jié)能改造項(xiàng)目，并曾為眾多用戶進(jìn)行中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造做前期工況調(diào)研、可行性方案論證及系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)。業(yè)已實(shí)施項(xiàng)目中，各項(xiàng)目節(jié)電率均高達(dá)30%以上，有系統(tǒng)節(jié)電率高達(dá)60%。下面就以具有典型結(jié)構(gòu)特征中央空調(diào)系統(tǒng)為例，來(lái)表述變頻節(jié)能改造控制技術(shù)中央空調(diào)系統(tǒng)中節(jié)能指標(biāo)預(yù)測(cè)方法與自動(dòng)化控制過(guò)程實(shí)現(xiàn)方法，以期供用戶實(shí)施中央空調(diào)變頻節(jié)能改造時(shí)作為對(duì)比參考?！　? 中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理與一般組成結(jié)構(gòu)　　中央空調(diào)技術(shù)實(shí)際上是人工制冷技術(shù)一種典型系統(tǒng)性應(yīng)用，當(dāng)前，人工制冷技術(shù)按其補(bǔ)償過(guò)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(yīng)用中央空調(diào)系統(tǒng)制冷方法主要有兩種：　?。?）蒸汽壓縮式制冷循環(huán)　　對(duì)制冷劑壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)、吸收等過(guò)程來(lái)利用制冷劑液相與氣相之間相變所產(chǎn)生熱交換實(shí)現(xiàn)制冷目，如上海合眾開利空調(diào)設(shè)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(jī)組、約克國(guó)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(jī)組；　?。?）吸收式制冷循環(huán) 　　使用兩種沸騰點(diǎn)差距較大物質(zhì)組成二元溶液（也稱工質(zhì)對(duì)，其低沸騰點(diǎn)組份為制冷劑，高沸騰點(diǎn)組份為吸收劑），利用溶液一定條件下能析出低沸點(diǎn)組份蒸汽，而另一條件下又能吸收低沸點(diǎn)組份蒸汽這一特性由制冷機(jī)系統(tǒng)采用熱能驅(qū)動(dòng)，發(fā)生、冷凝、蒸發(fā)、吸收4個(gè)過(guò)程來(lái)完成制冷循環(huán)，如江蘇雙良空調(diào)設(shè)備有限公司SLAA060AS/SLAA060AT溴化鋰水溶液吸收式制冷機(jī)組、重慶通用工業(yè)公司KF140X—10 氨水溶液吸收式制冷機(jī)組。　　目前，中央空調(diào)系統(tǒng)中制冷壓縮機(jī)以速度型離心式壓縮機(jī)和以容積型螺桿式或活塞式壓縮機(jī)應(yīng)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(diào)制冷系統(tǒng)其制冷循環(huán)過(guò)程如圖1所示?！　　　　　D1 制冷循環(huán)過(guò)程原理圖　　圖1a中，制冷壓縮機(jī)將來(lái)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(jìn)行熱交換（冷卻循環(huán)水帶走介質(zhì)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(lái)實(shí)現(xiàn)高溫、高壓液體向低溫、低壓液體狀態(tài)轉(zhuǎn)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(lái)實(shí)現(xiàn)類絕熱膨脹過(guò)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(dá)到蒸發(fā)汽化目，此時(shí)制冷劑又回到低溫、低壓氣體狀態(tài)為制冷劑再循環(huán)過(guò)程做準(zhǔn)備。同時(shí)也應(yīng)看到當(dāng)壓縮機(jī)抽取制冷劑氣體同時(shí),也降低了蒸發(fā)器壓力,使蒸發(fā)器內(nèi)其余制冷劑相當(dāng)?shù)蜏囟认麓罅空舭l(fā)汽化。圖1b中，ABCD分別表示了無(wú)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(gè)理想過(guò)程，而實(shí)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(zhì)（如冷卻水、冷凍水等）進(jìn)行熱交換時(shí)所存溫差效應(yīng)現(xiàn)象。我們知道三種熱傳遞方式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射中，壓縮機(jī)采用哪種形式制冷循環(huán)技術(shù)，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(duì)流換熱及壁導(dǎo)熱來(lái)完成傳熱過(guò)程。換熱量計(jì)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(duì)流向密切相關(guān)平均換熱溫差（℃）。由公式（1）可知，特定中央空調(diào)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(jié)構(gòu)狀態(tài)和特征情況下，可有效控制冷熱流體間換熱溫差來(lái)達(dá)到獲取最大換熱量目，即按需求變化供應(yīng)環(huán)境介質(zhì)量，而過(guò)分滿足，這也就是我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行變頻控制基本可行性依據(jù)條件之一?！　∪斯ぶ评浼夹g(shù)和機(jī)械加工技術(shù)發(fā)展，目前，制冷壓縮機(jī)技術(shù)到了充分發(fā)展，大多數(shù)制冷壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家均不同程度對(duì)壓縮機(jī)控制采用了負(fù)荷隨動(dòng)功率輸出調(diào)節(jié)技術(shù)，如：上海合眾開利公司19XR系列離心式冷水機(jī)組所采用線性浮閥節(jié)流裝置，使制冷量與負(fù)荷變化動(dòng)態(tài)匹配適合極低系統(tǒng)負(fù)荷下運(yùn)行工況，避免了不必要熱氣旁通帶來(lái)能效比下降現(xiàn)象；有廠家還采用了變頻調(diào)速控制技術(shù)，如：約克國(guó)際北亞YT/YK系列離心式冷水機(jī)組所配置自適應(yīng)容量控制變頻驅(qū)動(dòng)裝置（VSD），年節(jié)能可達(dá)30%以上。，本文將主要研究重點(diǎn)放對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)水系統(tǒng)與風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能空間，以期進(jìn)一步獲最大化投入與產(chǎn)出比收益。　　以蒸汽壓縮式制冷循環(huán)機(jī)組為例，中央空調(diào)系統(tǒng)其組成結(jié)構(gòu)一般主要由制冷主壓縮機(jī)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(fēng)機(jī)系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等部分組成，其工藝流程組成結(jié)構(gòu)圖如圖2所示?！　　　?圖2 中央空調(diào)系統(tǒng)工藝結(jié)構(gòu)流程圖　　其中，壓縮機(jī)系統(tǒng)通常至少包括主壓縮電機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流閥四個(gè)基本部分和為提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、安全性而設(shè)立油分離器、氣液分離器、貯液器、中間冷卻器和浮子調(diào)節(jié)閥等輔助設(shè)備裝置。從控制角度看新風(fēng)系統(tǒng)與中央空調(diào)系統(tǒng)其他部分具有相對(duì)獨(dú)立性，圖2未表示出新風(fēng)系統(tǒng)工藝流程結(jié)構(gòu)。圖2中低溫冷凍水被送到各樓層盤管風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)吹送到各樓層冷/熱送風(fēng)母管中，再由各房間風(fēng)幕風(fēng)機(jī)調(diào)速實(shí)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(duì)其進(jìn)行自然冷卻或冷卻塔風(fēng)機(jī)對(duì)其進(jìn)行噴淋逆流式強(qiáng)迫風(fēng)冷，與大氣之間進(jìn)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(shí)，中央空調(diào)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(fēng)機(jī)盤管中，即可實(shí)現(xiàn)向用戶提供供暖熱風(fēng)。熱水泵向各個(gè)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(lái)決定。熱交換器PID溫控器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥VA1來(lái)控制進(jìn)入熱交換器蒸汽流量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)熱交換器熱水出水溫度恒定控制達(dá)到供熱目?！　≌_理解中央空調(diào)系統(tǒng)各個(gè)部分作用與工藝流程結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)變頻節(jié)能改造至關(guān)重要，從因果關(guān)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(fēng)機(jī)系統(tǒng)、盤管風(fēng)機(jī)系統(tǒng)均是制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)從動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)制冷主壓縮機(jī)系統(tǒng)實(shí)際需求