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1、* 2010年6月 洁净与空调技术 C C Fan; Frequency conversion; Velocity mcdulation; Energy saving; Economy 郝景涛，男，1981 年 12 月生，本科，工程师 325027 浙江省温州市学院中路 229 号 13968891360 E-mail：240219355 收稿日期：2010-3-22 0 引言 从空调系统能耗分配情况来看， 输送动力能耗 约占整个空调系统能耗的50%以上， 如何降低这部 分能耗是空调系统节能的重要环节之一1。从空调 系统全年运行情况来看，风机的运行时间最长。在 正常运行过程中，风机节能潜力巨
2、大，主要原因有 以下两点： （1）在进行风机设备选型时，通常留有一定 的设计余量（20%25%） ，实际极少在全负荷运 行，甚至从未在全负荷运行过。 （2）建筑物的热湿负荷会随着室外气候的变 化而波动， 每个房间需要的风量也在变化。 变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工 作电源输入频率成正比的关系：n = 60f (1-s) / p， （式中 n，f，s，p 分别表示转速、输入频率、电 机转差率、 电机磁极对数） ， 通过改变电动机工作电 源频率达到改变电机转速的目的。 变频器就是基于 上述原理采用交-直-交电源变换技术、电力电子、 微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品2。风 机采用变频
3、调速技术进行控制管理， 不但运行管理 方便，而且有利于节能。 1 风机变频调速节能原理 图1能说明变频调速节能原理，现在用改变转 速与调节风阀开度对比的方法来分析它们的节能效 果。 图1 风机的特性曲线 横纵坐标分别为风机的风量和风压，曲线 S1 为风机在恒速下的风压 -风量（H-Q）特性曲线； 曲线 S2 为恒速下的功率-风量（Ps-Q）特性曲线； 曲线 S3 为管网风阻特性（风门全开） 。 假设风机在A点工作时效率最高， 此时的风量 为全量，显然轴功率 Ps1 = Q1H1，大小为矩形 H1AQ1O 的面积。如果需要将风量减小一半，即风 量由 Q1减小到 Q2： （1）如果采用调节风门开度
4、 的办法，则风机的阻力曲线由 S4 变到 S3，风机工 作点由 A 移到 B，可以看出，风机的风量虽然减 少了，但风压却由H1增加到了H2，其轴功率Ps2为 矩形 H2BQ2O 的面积，与 H1AQ1O 的面积几乎差不 了多少； （2）如果采用调节转速来改变风量的办 法，风机转速由原来的N1降到N2，可以画出此时 的风机特性曲线 S5，可以看出风压大幅度的降到 H3，轴功率 Ps3为矩形 H3CQ2O 的面积。可以看出 其节能效果非常的显著。 2 变频风机的节能量计算 2 . 1 耗电量节省计算 风机的功率与频率有如下关系： （1） 式中：N 为设计工况时风机功率，kW；f 为设计 工况时运行
5、频率，等于50Hz；N为变频时风机功 率，kW；f为变频时运行频率，Hz。 变频后，风机功率减少值为： （2） 2 . 2 空调系统运行期间耗电量计算 计算空调运行期间的能耗有多种方法， 本文采 用当量峰值小时数法。 这种方法是把峰值与非峰值 条件下的全部能耗折算为相当峰值能耗出现 小时 的计算方法。 设夏季当量小时数为 ，冬季当量小时数为 ，过渡季运行小时数为 ，空调系统的全年 运行小时数为 t，那么在未采用变频技术的情况下 空调风系统全年用电量 Q1为： （3）Q1 = Nt （4） （5） 而采用变频技术后，全年用电量Q2为： 采用变频技术后，全年可省电： Q1，Q2， 的单位为 kWh
6、； ， 可根据文 献3计算， 可根据文献3表 9.2 中查到。 2 . 3 动态投资回收期 为了评价和比较工程技术方案的经济效果， 通 常采用动态投资回收期进行分析。 动态投资回收期 是指在给定基准贴现率 i情况下，用项目方案的净 现金收入偿还全部投资的时间4,5， 具体到本文要探 讨的问题是，因采用变频技术增加的初投资，用节 省的能源费用予以全部偿还， 究竟需要多长的时间。 一般认为，投资回收期不应超过 5 年，以愈短愈 好。动态投资回收期的计算公式如下： 式中：t 为动态投资回收期，a （年） ；F 0 为因 采用变频技术增加的初投资，元；Fy为每年节省的 运行费用（主要是能源费用） ，元
7、；i 为贷款利 率。 2 . 4 工程计算实例 某地下工程空调系统风机额定功率为 5.5 kW， 运行时间为 16 h/d，全年以 365 天计，当地电价 0.8元/(kWh)，所配变频器投资为8600元/台，贷 款利率为4.5%。分析该工程空调系统风机变频的 节能量及经济性。 风机额定功率及运行时间：N = 5.5 kW，t = 16365 =5840 h。 根据文献3知： t夏 = 3097.32 102.16 ts = 1176.7 h t冬 = 567.37 + 36.43 ts = 1015.5 h t过 = 2317 h 式中，ts为夏冬季室内设计湿球温度；夏季 ts = 18.8
8、；冬季 ts = 12.3。 根据公式（5）可算出采用变频器后全年节能 量为： （6） 风机全年节能量折算成人民币为 5855.2 元。 动态投资回收期： . 48 . 洁净与空调技术CC&AC 2010年 可见风机采用变频技术后，其经济效益是明显 的。实际上，防护工程的空调系统无论是夏天、 冬天还是过渡季节， 其运行时间都要超过文献3所 查得的时间。因此该地下工程风机的节能量更大、 投资回收期更短。 3 结论 本文阐述了风机变频调速技术的节能原理；介 绍了风机节能量计算方法。对某地下工程空调系统 风机采用变频调速技术的节能效果及经济性进行了 分析。通过分析可知：空调系统风机采用变频调 速技术
9、运行管理方便、节约能耗及提高了系统经 济效益。因此在地下工程中空调系统风机采用变 频调速技术是可行的，值得进一步推广。 参考文献 1 李晓燕, 闫泽生. 制冷空调节能技术M.北京: 中国建筑 工业出版社, 2004 2 张永惠.高压变频器的选择J.变频器世界. 1999(6) 3 陈沛霖, 岳孝方.空调与制冷技术手册M. 上海:同济大学 出版社, 1991 4 财政部注册会计师考试委员会办公室. 财务成本管理 M. 大连:东北财经大学出版社, 1999 5 钱峰, 郑中磊. 变频技术在空调节能改造中的应用初探J. 建筑热能通风空调, 2002(5) （4）AC3 远程 PLC 站主要功能如下：
10、 控制、监测 P1-P5 排气风机的启停及运行 状 态 ； 通过 CP342-5 完成与主站的实时通信，将 重要的风机状态监测参数传递给主站并接受主站的 控制指令。 （5）AC4 远程 PLC 站主要功能如下： 控制、监测P6-P10排气风机的启停及运行 状 态 ； 通过 CP342-5 完成与主站的实时通信，将 重要的风机状态监测参数传递给主站并接受主站的 控制指令。 4.3.4 各现场电控柜 各现场电控柜具有两部分功能：一是进行现场 的手动操作，二是与各个远程站连接，将各设备 状态信号传送到PLC。 现场手动操作具有比分布控 制站和中央控制室更高的优先权， 只有将状态开关 5 结论 本项目
11、的厂房空调控制系统已经投入运行， 各 项指标均达到控制要求， 实践证明此控制系统设计 合理，层次清晰，可以为其它的洁净厂房空调系 统的设计提供借鉴和帮助。 参考文献 1 杨富强， 李锡冲， 李磊.大型厂房空调通风系统设计J. 工 程建设与设计, 2004(12) 2 马向真.智能楼宇自动化系统设计原则及讨论J. 建筑设 计, 2005(2) 3 SIEMENS.西门子工业网络通信指南（上、下册） M. 北京：机械工业出版社, 2005 打到自动状态，自动控制程序才起作用。所以在 接入自动监控系统前， 首先要完成对现场各控制柜 的调试。 （上接第46页） 第2期 变频调速技术在风机节能运行中的应用 . 49 .
