浅议变频节能在中央空调系统中的广泛应用解读

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1、1 非国有建筑企业工程专业技术资格评审非国有建筑企业工程专业技术资格评审 论论 文文 题 目：浅议变频节能在中央空调系统中的广泛应用 姓 名：凌云志 所在省市：安徽省巢湖市 所在单位：巢湖天基科技有限责任公司 2 浅议变频节能在中央空调系统中的广泛应用浅议变频节能在中央空调系统中的广泛应用 作者：凌云志作者：凌云志 单位单位: : 巢湖天基科技有限责任公司巢湖天基科技有限责任公司 摘要：摘要： 随着我国国民经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，中央空调已进入宾馆、饭随着我国国民经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，中央空调已进入宾馆、饭 店、工矿企业、办公室等各项领域。常规中央空调系统是按

2、照最大冷热负荷进行选型设计。店、工矿企业、办公室等各项领域。常规中央空调系统是按照最大冷热负荷进行选型设计。 而全年最热及最冷的天气只有几天或（数月）而全年最热及最冷的天气只有几天或（数月） ，因而中央空调大多数时间是在低于机组额定，因而中央空调大多数时间是在低于机组额定 负荷即部分负荷状态下运行，造成了电能极大的浪费，随着科技的发展，变频器已广泛应负荷即部分负荷状态下运行，造成了电能极大的浪费，随着科技的发展，变频器已广泛应 用于各行各业，其价格便宜，技术成熟，特别是对风机、水泵的节能改造目前已在工业领用于各行各业，其价格便宜，技术成熟，特别是对风机、水泵的节能改造目前已在工业领 域中广泛推

3、广，其平均节电在域中广泛推广，其平均节电在 45%45%以上。由于中央空调的主要设备是风机水泵，所以节能以上。由于中央空调的主要设备是风机水泵，所以节能 最佳的方法就是采用变频器。目前大多数中央空调还采用以往旧的控制方式，即：通过改最佳的方法就是采用变频器。目前大多数中央空调还采用以往旧的控制方式，即：通过改 变压缩机机组、水泵、风机启停台数，以达到调节温度的目的。变压缩机机组、水泵、风机启停台数，以达到调节温度的目的。 正文： 一、前言 随着我国国民经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，中 央空调已进入宾馆、饭店、工矿企业、办公室等各项领域。常规中 央空调系统是按照最大冷热负荷进行选型设计

4、。而全年最热及最冷 的天气只有几天，因而中央空调大多数时间是在低于机组额定负荷 即部分负荷状态下运行，造成了电能极大的浪费，随着科技的发展， 变频器已广泛应用于各行各业，其价格便宜，技术成熟，特别是对 风机、水泵的节能改造目前已在工业领域中广泛推广，其平均节电 在 45%以上。由于中央空调的主要设备是风机水泵，所以节能最佳 的方法就是采用变频器。目前大多数中央空调还采用以往旧的控制 方式，即：通过改变压缩机机组、水泵、风机启停台数，以达到调 3 节温度的目的。 二、节能原理 中央空调的水泵和风机的特性虽然多种多样，多是以离心泵和 离心风机为主。这两种设备的工作特性基本相同，所以下面分析以 水泵

5、为例。 离心式水泵是一种平方转矩负载，其转速 n 与流量 Q、扬程 H 及泵的轴功率 N 的关系如下表示： Q1=Q2(n1/n2) H1=H2(n1/n2)2 N1=N2(n1/n2)3 上式表明，泵的流量与其转速成正比，泵的扬程与其转速的平 方成正比，泵的轴功率与其转速的立方成正比。当电动机驱动泵时， 电动机的轴功率 P（KW）可按下式计算： P=(QH)/(cp)10-2KW 式中: Q-流量（m3/s） H-全扬程（m） -液体密度 （kg/m3） c-动装置功率 p-泵的效率。下图是泵的流量 Q 于 扬程 H 的关系曲线，图中曲线 1 为泵在转速 n1下扬程-流量（H-Q） 的特性；

6、 曲 线 3、 B 2 H3 1 n1 A 34 n2 H1H1 H2 0Q2Q1 C1 5 1 4 4 为管组特性。假设泵在标准工作点 A 点效率最高，输出流量 Q 为 100%，此时轴功率 P1与 Q1、H1的乘积面积 AH2OQ1成正比。根据 生产工艺要求，当流量需从 Q1减少到 Q2时，如果用调节阀门方法 （相当于增加爱管网阻力） ，使管阻特性从曲线 3 变到曲线 4，系统 由原来的标准工作点 A 变到新的工作点 B 运行。此时，泵扬程增加， 轴功率 P2与面积 BH2OP2成正比。如果采用变频控制及调节水泵的 转速，泵的转速由 n1下降到 n2，在满足同样流量 P2的情况下，工作 点

7、在 C 点运行，泵扬程 H3大幅度降低，轴功率 P3与面积 CH3OP2成 正比。轴功率 P3与 P2、P1相比较将显著减少，节能效果十分明显。 加之中央空调的一年中只有十几天是处于最大负荷、而设计院 设计时都是按全年中最大负荷设计且加 10%的裕量。实际运行时大 部分时间是在 50%60%内波动，这样造成能量及电量浪费。并且人 工调节阀门工作量大且不及时、准确。而本系统即通过变频且实行 转速调节，可大大减低电能、人工劳动强度、减少设备磨损、维护， 且具有软启动、软停止，减少对电网、设备电气及机械的冲击。 三、控制比较 、旧式机械或电动控制缺点 设备长时间全开或全闭，轮流运行，浪费电能惊人。

8、电机直接工频启动，冲击电流大，严重影响设备使用寿命。 温控效果不佳。当环境或冷热负荷发生变化时，只能通过增减 冷热水泵的数量或使用挡风板来调节室内温度，温度波动大，舒适 感差。特别是节能效果差，只能达到 50% 、变频控制优点 变频器可软启电机，大大减少冲击电流，降低电机轴承磨损， 延长轴承寿命。 调节水泵风机流量、压力可直接通过改变变频器的运行频率来 完成，可减少或取消挡板、阀门。 5 系统耗电大大下降，节能 45%，噪声减少。 若采用温度闭环控制方式，系统可通过检测环境温度，自动调 节，随着天气、热负荷的变化自动调节，且调节速度快。系统可通 过现场总线与中央控制室联网，实现集中远程监控。

9、四、供水系统变频节能改造 无论是溴化锂机组或电制冷（氟利昂）机组的中央空调系统， 主机自身的能量消耗有机组控制，机外的电力消耗机组不能控制， 而这部分是整个系统耗能最高的，却通常被人忽视了。尤其是溴化 锂机组，在额定状态制冷运行时，机外水泵、冷却塔的电机耗电量 约占总体能源消耗成本的 70%。无论从环境保护角度还是用户切身 利益角度，都应将中央空调系统设计成最节能的系统。采用变频器 来控制水泵电机、冷却塔电机是最简单、最有效的节能措施。一般 情况节电 25%35%，十分惊人。 先列泵类负载在应用变频后在不同流量 Q*,转速 N*,轴功率 P* 时的节电率如表所示 流量 Q*(%)1009080

10、 70605040 转速 N*(%)1009080 70605040 频率值（HZ）504540 35302520 轴功率 P*（%） 1007351 3422166.5 节电率 N02749 66788793 、冷却水泵变频控制 中央空调的冷却水泵功率是根据空调冷冻机组的压缩机满负荷 工作设计的，当环境温度及各种外界因素，冷冻机组不需要开启全 部负荷，此时，空调的冷凝系统所需要的冷量也相应地减少，这时 就可以通过变频调速器来调节冷却水泵的转速，降低冷却水的循环 速度及流量，使冷水的冷负荷被冷凝系统充分利用，从而达到节能 6 目的。其冷却水泵、冷冻水泵在低流量运行时，可以大幅度节省电 力。 、

11、冷媒水泵变频控制 中央空调的冷媒水泵的功率是根据空调满负荷工作设计的，当 宾馆、酒店、大厦需要的冷量或热量没有达到空调的满负荷，这时 就可以通过变频器来调节冷媒水泵的转速，减低冷媒水的循环速度， 使冷量和热量充分利用，从而达到节能的目的。如果制冷、采暖共 用一台水泵，则冬季水泵流量只需 50%，自然可大大节省电力：即 使是冬夏分泵运行，也可以在低负荷季节适当降低流量，如 90%流 量时，电耗约 75%。 、冷却塔风机变频控制 风机功率一般都较小，节电不如水泵明显。但风机采用变频控 制能有助于冷却水恒温，这对于机组制冷极为关键； 使机组溶液循 环稳定，获得最大限度的节省燃料。冷却塔风扇低转速运行

12、还能大 幅度减小漂水，节省水源、延缓水质劣化、减少水雾对周围的影响。 、中央空调末端设备变风量机组变频控制 变风量机组也是中央空调系统重要的组成部分，其性能指标 （风量、冷量、噪音、用电量）的优劣，除了变风量机组本身的性 能外，重要的还取决于控制的模式、控制器的性能、品质。 随着中央空调的不断普及，变风量机组调节控制器已经经历了 三个发展阶段； 第一阶段：风阀调节。能起到调节风量的作用，当电能消耗大、 噪音大。 第二阶段：可控制调压速。能起到调节控制风量、冷量、节能 的作用，对变风量机组的噪音有一定的改良作用，其缺点是体积大、 可行性稳定性低、故障率高。 第三阶段：变频调节。能最大限度的满足变

13、风量机组对风量、 冷量、噪音的调节要求，节能效果明显，体积小，可靠性稳定性高。 7 目前，变频器以其特有的优势，正被中央空调业内人士所青睐。 、中央空调机组外变频的控制方式 根据冷却水出/入口的温度改变水泵转速，调整流量； 根据冷却水入口温度改变冷却塔风机转速，调整水温； 根据冷水出/入口的温度差改变水泵转速，调节流量。 根据冷媒水的回水温度改变水泵转速，调节流量。 8 、采用变频器的其他益处 由于变频器的启动、停止过程是渐强、渐弱式，能消除电机启 动对电网的冲击。并可避免电机因过载而引起的故障。另电机经常 处于低负荷运行，能延长电机及水泵、风机的寿命，因没有启动、 停止的冲击，管路受冲击减小

14、，故对管道、阀门、末端设备也起到 了保护作用。另一方面，设备噪音、震动均减小，保护了环境。 五、变频节能案例 南通海阳国际大酒店中央空调水泵系统变频节能改造方案 （上海中锐电气科技有限公司承建） 、现场资料 主机品牌型号： 双良 8X26-1450HMZ 主机制冷量： 1450KW 3 台 冷却水泵：贝得 沪东 Y225M-2 45KW 4 台 9 冷冻水泵：贝得 沪东 Y225M-2 55KW 4 台 采暖泵：采用夏季冷冻泵 中央空调运行周期：6 月至 10 月为制冷期，其 7 月至 9 月为制 冷高峰期，高峰期冷冻水泵，冷却水泵分别开 2 台，备 2 台，每天 运行 24 小时。其余月份为

15、制冷一般期，一般期冷冻水泵，冷却水泵 分别开 1 台，每天运行 24 小时。11 月至次年 4 月为供暖期，采用 夏季冷冻泵，开 1 台冷冻泵，每天运行 10 小时。 、改造方案 在每台主机的蒸发器及冷凝启动 进出口、管路集水箱、分水箱 和随空调系统有特殊要求的末端处，分别安装温度传感器，用以检 测系统的实际负荷。 根据需要设定系统的正常工作温度，并拟定最高和最低的运行 温差（在此范围内，可以随时在触摸屏调节）作为调节裕度。设定 值与实际运行值比较后即发出调节指令。当系统实际负荷增加后， 温差增大则提高电动机电源频率/电压，增加水泵转速；反之，温差 变小则降低频率/电压，降低水泵转速。 控制方

16、案方框图如下： 温度检测 控制器 流速 变频器水泵 水温 电信号温度设定 - 电信号V/F 10 、主要设备及控制方式 该案主要设备包括：变频器、可编程序控制器、温度传感器、 专用电源柜、触摸屏、以及软件系统等。选用的材料全部符合 IS9001 及 CE 标准。 该案控制方式：安装 1 套中央空调通用智能控制系统，2 台变 频器，1 台专用电源柜及温度传感器等。制冷期对 1 台 55KW 冷冻 泵电机进行变频调速控制，其余 3 台备用：1 台 45KW 冷却泵电机 进行变频调速控制，其余 3 台备用。备用泵能根据负荷的反馈信号 自动切换成变频或工频运行。 采暖期对 1 台 55KW 采暖泵电机进行变频调速控制，备用泵可 与变频泵切换。 二台变频器总功率为 110KW 为了确保系统的可靠性、远控制柜保持不变，避免在 PIC 发生 故障时不影响整个空调系统的运行。 、技术特点 控制思路先进，采用的参数合理，能够准确地反映中央空调系 统实际负荷需求，能够及时适应负荷变化。 本系统采用大温差，