中央空调 节能技术分析

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1、中央空调节能技术分析中央空调节能技术分析摘要:通过对现阶段几种中央空调节能技术的原理介绍，对比它们各自特点及节能效果， 并对其中表现优秀的负荷随动跟踪技术做了单独分析，同时也分享了一些应用案例。 关键词:中央空调节能；负荷随动跟踪技术；泰信三环 当 2008 年已过半程，大家期盼中国实现奥运梦想 的同时， “天将降大任于斯国”的历练也 在考验中华，年 初始料未及的雪灾，2008 年 5 月突如其来的震灾，当前 南部从天而降的 洪灾这个时候，我们耳边总会不断 的响起“抢运电煤、确保通电、保障民生”的字眼。 能源总 是和民生息息相关，天灾故不可躲，民族自有脊梁，我们 也不得不重提能源节约 的话题。

2、 我国虽然是个自然资源大国，但是长期的开发和浪 费造成资源在一步一步地减少甚至枯竭。 尤其是煤炭和 石油。而发电在我国还主要靠火力，煤炭使用量高居不 下，电力资源一度 紧张，在不同的城市，拉闸限电的情况 时有发生，能源供需矛盾日益突出。另一方面，煤 炭燃烧 产生的二氧化碳的排放量过高，导致臭氧层变薄，全球 气候日趋变暖。 要解决这些问题，无非就是从 2 个大方面去探索： （1）寻找新的能源替代品；（2）减少当前的能源损耗，提 高利用效率。第一个方法的难度和成本可想而知，而且 在这方面始终没有明显的突破，所以当前能源解决方案 的号角，还是主要响在第二个领域。 在传统的建筑结构能源耗损中，中央空调

3、无疑占有最大比例，它在写字楼、饭店、医院、 商场总耗能中的比 例分别高达 48%、46%、30%、40%；能耗占据之高，使得 大家都把 着手点放在了解决中央空调节能的攻关上。 面对这个攻关题目，各科研机构、企业各出奇谋，形成了市场上各种各样的中央空调节能 方案，其优势劣势 各有说法，究其原理主要都是通过以下几个来方面实现 节能减耗的， 如表 1 所示。 表表 1现阶段中央空调主要节能技术对比表现阶段中央空调主要节能技术对比表技术名称节能原理实现节能部分专家看法水泵改造技术改造原有水泵，在 扬程不变的情况下 改变水泵叶片面积、 角度等机械部件， 从而降低电机功率。冷冻（温）水系统 水泵，冷 却水

4、系统水泵节能效果不明显， 属于机械改造，改 良制造工艺，只影 响单个 冷冻（温）水系统 或冷却水系统，没 有考虑相互关联。 但它相 对价格低廉。水泵变频技术用变频器控制水泵电 机冷冻（温）水系统水 泵，冷却水系统水泵水泵能耗降低，但会 加大主机能耗，总体 节能相对较低PLC 控制技术通过单温度的采集，冷冻（温）水系统相对水泵变频技术，由 PLC 运算控制变 频器，调解水泵电机 运行。水泵，冷 却水系统水泵PLC 对变频控制更 加精确，能明显降 低水泵能耗，但加 大了主机能耗，所 以总体节能率较低模糊控制技术依靠经验数据库，进 行阶梯状控制调整， 控制水泵电机运行。冷冻（温）水系统 水泵，冷 却

5、水系统水泵，同 时降低 主机能耗节能效果明显，对 中央空调运行状况 判断，与经验数据 库对比，被动的模 拟数据库数据，由 于数据库数据的局 限性，不能完全符 合中央空调系统运 行特性，未能将节 能效果最大化。负荷随动跟踪 技术通过检测中央空调 负荷，经过计 算机计算控制水泵 电机运行冷冻（温）水系统 水泵，冷却水系统 水泵，同时降低 主机能耗节能效果显著，采 用实时主动跟踪负 荷手段，综合考虑 中央 主机、冷冻（温） 水系统、冷却水系 统运行状况，计算 机利用负荷随动跟 踪程序进行工作参 数计算，进行优化 控制。精度高， 性 价比较高。图 1 各项中央空调节能技术的节能幅度对照表 注:(1)以

6、上节能率是节能部分占空调系统总耗能的比例,总能耗包括中央空 调主机部分、 冷冻(温)水系统、冷却水系统等。 下面我们就重点分析一下采用负荷随动跟踪技术节能的代表，泰信三环数字节能系统。该系统根据中央空调主机和辅机系统运行工况和末端负荷的变化，采集多组变化参数，以独特的负荷随动算法，自动对冷冻 （温）水泵、冷却水泵、冷却塔风机等设备进行实时优化 控制，使中央空调系统运行于最优化的环境之中。 现有的大多数中央空调系统，往往在设计的时候都会高于建筑需求的负荷量，所以很多情况下虽然主机可以在末端负荷偏低的情况下阶梯状地降低自己的功率，但是冷冻水系统及冷却水系统还是处在恒流量工作之 下，这就造成了很大的

7、电力浪费。泰信三环数字节能系统利用负荷随动跟踪技术，先采集被控中央空调冷冻（温）水系统、冷却水系统出入水 温度、压力等众多参数，然后进入计算机分析判断末端 负荷，并与经验数据库进行对比分析和依据负荷随动跟 踪程序进行计算，生成冷冻（温）水泵、冷却水泵、冷却塔 风机运行功率的合理状态，然后把这些数据以数字信号 传入各自变频机柜，变频机柜收到命令后，即对冷冻 （温）水泵、冷却水泵、冷却塔风机作出变频处理，形成一个闭合环路，各泵组风机随负荷变化而变化，从而降低其功率，以达到节省电力的目的。在这中间我们同时也不能忽略一个问题，当末端负荷量变化时，主机经常会处于部分负荷运行状态。此时调 整冷冻水及冷却水

8、的流量，相应控制冷水机组蒸发器和 冷凝器工作温度，使机组处于优化工作状态，从而提高了 机组制冷效率。而且从表面现象也可以看到，由于冷冻水的流量减少，所以经过主机制冷时，同时带来了主机对水 系统的降温速度加快，缩短了制冷时间。采用负荷随动跟 踪技术可以降低主机的电力损耗，按照经验数据，这部分的节能可达冷水机组总能耗的 5%10%以上。图 2 就是一个以 4 台机组供冷为例的需求图。图 2 中蓝色线代表的是机组未使用节能设备实际 运行中产生的能耗，而理论需求的能耗为 红色线，我们 可以看出，理论需求能耗远比实际的运行能耗低很多， 也就意味着中间存 在着巨大的节能空间。模糊控制技术，是根据数据库经验

9、值，设定了每个温度区间内的水泵运行频率。而负荷随 动技术，是主动 追踪主机、辅机运行情况及末端负荷变化，进行优化控 制，使实际能耗 无限接近其理论需要能耗，实现最大化 的节能。 下面是利用负荷随动技术负荷随动技术进行节能的 2 个案例分析如下： 广州邮政总局信源大厦广州邮政总局信源大厦 背景&规模 信源大厦属甲级智能大厦，具备“5A”系统，包括消防安全自动化、监控自动化、楼宇自 动化系统、通信自动 化系统和办公自动化系统，适应新时代的高级办公需 要。有不少知 名企业进驻办公。 该项目空调面积为 75000m2。主要配置如表 2 所示。表 2 广州信源大厦中央空调配置表 主机一级冷冻泵二级冷冻泵

10、冷却泵制冷量/kW台数功率/kW台数功率/kW台数功率/kW台数211049047539048081452-552 节能诊断 原中央空调系统每天不间断工作 24h，最小供冷量为 500kW，水系统为恒流量工作方式。 末端使用负荷有水流 量调节功能，且日夜负荷变化量大（19：00次日 7：00 只 有 1700m2需要供冷） ，日间需要供冷量约为 5200 kW，夜间需要供冷量约为 150kW，但中央 空调主机 负荷调节能力有限，浪费大量能源。 泰信三环中央空调数字化节能控制系统根据该大楼的负荷变化情况（包括天气变化、人流 量变 化、使用面积变化等） ，调整中央空调系统供冷量，将冷 量供给范围扩

11、宽到 507400kW，在满足供冷需求的同 时有效的控制了能源的消耗。 节能效果 中央空调主机系统、冷冻水泵、冷却水泵等综合节能达 23%27%，节能十分效果显著。 获益分析 年平均节约空调电费人民币 1095000 元左广州宝洁(P&G）牙刷厂一期工程 项目配置 牙刷厂建筑使用空调面积为 8436m2，主要配置如表 3 所示。 表 3 广州宝洁牙刷厂一期工程中央空调配置表主机 一级冷冻泵 二级冷冻泵 冷却泵 制冷量/kW 台数 功率/kW 台数 功率/kW 台数 功率/kW 台数 1934 1 45 2 45 2 节能诊断 原中央空调系统为全天 24h 不间断恒流量供冷，供冷量为 1934kW，中央空调系统供冷调 节范围为 1160 1934kW，由于日间、夜间温度变化大，中央空调系统自 动调节范围不 能满足实际需要，造成夜间供冷量远远大于实际需求。泰信三环中央空调数字化节能控制系统根据厂房 空调使用区域的负荷变化情况（主要为日间、夜间天气 变化） ，调整中央空调系统供冷量，使用以负荷随动控制 为基础的变流量供冷控制方式，将中央空调系统的冷量 供给范围扩宽到 2001934kW，在满足供冷需求的同 时有效地控制了能源的消耗。 节能效果 中央空调主机系统、冷冻水泵、冷却水泵等综合节能达 25%30%，节能效果十分显著。 获益分析 年平均节约空调电费人民币 730000 元左右。