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1、中央空调节能基本原理 在中央空调系统中，水泵和风机流量Q、压力P、转速n和功率N满足如下关系： 流量Q与转速n成正比的关系; Q=an 压力P与转速n2成正比的关系; P=bn2 功率N与转速n3成正比的关系：N=gn3 由此可见，如果采用变频器，在改变输出频率的同时，改变输出电压就能保障电动机稳定运行。在降低电源频率时，即可降低水泵和风机转速，减少水泵和风机的流量（风量），从而按立方关系大幅度降低水泵电机和风机的功率消耗，实现有效节能。 见表1。表1.变频调速的节电比率如下表： 冷量2.52.52.52.52.52.5温差2.52.753.133.584.185.0水流量Q1.00.90.8
2、0.70.60.5泵转速n1.00.90.80.70.60.5水压力P1.00.810.640.490.360.25电机轴功率N1.00.730.510.340.220.13节电率00.270.490.660.780.87中央空调节能技术路线 水系统节能的技术途径是将定流量运行改变为变流量运行。 调节旁通阀开度的变流量方法，其目的仅在于实现空调主机的定流量运行，保护主机安全,并不能节省能量。 增减运转水泵数量的变流量方法，调节粗放，节电效果不好。 能够有效的节能的变流量方法，是改变拖动水泵、风机转动的交流电动机的工作频率，即改变水泵、风机的转速。应用变频调速技术，使水泵电机和冷却塔风机按照实际
3、的需要，降低工作频率运行，实现变流量工作，这就是水系统节能的基本原理。 由于水泵、风机消耗的电功率与其工作频率的三次方成正比，即, 变频运行的节能效果是十分显著的。 寻求并建立水系统运行参数与主机制冷/制热效率之间的耦合关系，也就是通过优化空调主机的工况，及时调节水系统的温度、流量，提高主机的效率，这就是主机节能的基本原理。 中央空调系统潜在的节能空间为什么与工频运行时的温差大小有关？ 中央空调水系统节能的基本原理是：在保持流量与温差之乘积即转移的热量不变的前提下，用大温差、小流量代替工频时小温差、大流量工况，以大幅度地减少转移等量热量时的水系统运输耗能（当然，这里的大温差、小流量是有约束条件
4、的）。 若工频时，流量为1，温差为1，转移的热量=11=1。变频调速后，流量减小为0.5，温差扩大为2，则转移的热量=0.52=1不变；但水泵消耗的电功率则锐减至 (0.5)3=0.125，节能效果是非常明显的 GB500192003采暖通风与空气调节设计规范6.4.1条（2）空气调节冷水供回水温差：510，一般为5（其他国家的地区也常用较大设计温差，并在国内一些工程中使用例如建筑物取69，区域供冷为810。 考虑到我国目前制冷设备常用冷热量的名义工况，推荐为5)。7.7.2条（3）冷却水进出口温差应按冷水机组的要求确定：电动压缩式冷水机组宜取5，溴化锂吸收式冷水机组宜为57（当考虑室外气候条
5、件可采用较大温差时，应与设备生产厂配合选用非标准工况冷却水量的设备）。 如某系统工频运行时冷却水温差均值为3.5，则其潜在节能空间按(3.5/5)3=0.343计，约65.7%。 中央空调及其节能1 空调 空调，即空气调节，指使房间或封闭空间的空气温度、湿度、洁净度、气流速度等参数，达到给定要求的技术。 空调可分为舒适性空调和工艺性空调。 舒适性空调满足人的居住，工作和活动时对环境舒适性的要求。一般把冬季1824,夏季2228作为舒适性空调的标准。 工艺性空调满足生产、科研过程对环境空气参数的要求。 工艺性空调对温度变化范围、湿度、空气洁净度和气流速度等有特殊要求。1.1 空调作温度调节时的主
6、要物理过程空调作温度调节时的物理过程的主线是热量转移。有时说冷量转移，实际上，冷量转移与热量转移是等价的。（1） 中央空调热季制冷时，热量转移的过程可示意如下。 室内空气中的热量，通过风机盘管传热作用转移到冷水中；冷水升温，室内空气降温。 制冷机消耗外部能量做功：把冷水中的热量搬移到冷却水中；冷却水升温，冷水降温。 冷却水中的热量，经冷却塔喷淋气化、风机吹风蒸发作用，转移到室外环境大气中；室外空气升温、湿度加大，冷却水降温。需要说明的是： 空调运行时转移的是热量，不是携带热量的水和空气。室内空气并没有流到室外去；冷水和冷却水是相互隔离的。 冷却水带出的热量大于从空调室内移出的热量，其差额部分就
7、是制冷机耗能做功产生的热量。 上述热量转移过程必须连续不断地进行，通道中任何一个地方都不能中断或消弱热量转移；否则，该处就会因为热量堆积而引发故障。热量转移的最终归属应该是一个可以无限吸纳热量的“无底洞”，通常就是环境大气和地下水。（2） 中央空调冷季制热时，热量转移有两种方式。一种是先把煤、油、燃气的化学能转化为热能，再通过携带热量的热水，把热量经风机盘管转移到空调室内。另一种是热泵方式。热泵是通过四通换向阀实现蒸发器与冷凝器功能互换的高效制热机。热泵消耗一部分外界能量做功，把室外大气、地下水等较低温度的低位热能，提升温度使之成为可以直接利用的高位热能，然后通过携带热量的水或空气，把热量转移
8、到室内空气中。（3） 转移热量的计算 热量转移时，如果工质（水）的相态没有变化，经传热器转移的热量Q=kFt。式中，k=cp为常数。c为水的比热容，p为水的比密度，F为循环水的体积流量(m3/s)，t为流经传热器前、后水的温度差（）。 循环水系统经传热器转移的热量取决于流量F和温差t的乘积。这是以小流量、大温差代替大流量、小温差转移等量热量的依据。1.2 中央空调系统的耗能（1） 运输耗能热能从高温物体传到低温物体是无需耗能，可以自发完成的。但对中央空调来讲，这种自发的过程无法实用，必须对携带热量的冷水、冷却水施加推动力，使之作快速的长程运输，这是用水泵、风机完成的。水泵、风机的耗能，常称水系
9、统耗能或辅机耗能。以压缩式制冷机为主机的中央空调系统，水系统耗能占系统总耗能的份额（平均值）约27.5%。运输耗能的经济性指标是水输送系数，定义为提供给水系统的热（冷）量与输送水消耗电能量之比。（2） 补偿耗能热力学第二定律指出，热量不可能自发地从低温物体转移到高温物体。要想完成上述热量转移，必须消耗外界能量做功以作补偿。这种补偿耗能就是制冷机，热泵的耗能，也称主机耗能。制冷机补偿耗能的经济性指标是性能系数（COP）和能效比（EER），两者都定义为制冷量与净输入功率之比，且净输入功率都以W为单位。同一台制冷机，在制冷量和净输入功率相同的情况下，由于使用制冷量的单位不同，所得的经济性指标值不一样
10、。若以kcal/h为单位COP=1时，制冷量改用W为单位，则COP=1.16;制冷量以BTU/h为单位，则EER=3.97。 热效率为了100%的一台100KW电炉，产生的热量是100KW。一台效率为100%、净输入电功率也为100KW的制冷机，其制冷量也是100KW吗？回答是否定的。压缩式制冷机消耗电能做功，实现人工制冷的逆卡诺循环，将热量从低温端搬移到高温端。开利离心式制冷机，额定输入电功率为211KW，制冷量为了1055KW，COP=5。制冷机的制冷量总大于净输入功率，这并不违背能量守恒定律。制冷机耗能用于搬移热量，并不是用于制造热量。 各种功、功率、冷量、热量单位的换算关系如下。1Ca
11、l（卡）=4.1868J（焦）,1kcal=103cal=Cal（千卡，大卡）;1kW=860kcal/h=3412BTU/h,1BTU（英制热量）=1055J= 252cal;1HP（英制马力）=745.7W,1PS(公制马力)=735.5W;1USRT(美国冷吨)=3.5169kW=3024kcal/h,1JRT(日本冷吨)=3.86kW=3320kcal/h,1BRT(英国冷吨)=3.923kW=3373kcal/h.2 中央空调中央空调也称集中式空调，用一台或几台制冷/制热机组集中供冷/供热，是集中进行空气处理、输送和分配的空调技术。当空调房间数为40500间时，中央空调的耗能约为分散
12、式空调的63%74%。按空气处理设备的不同，中央空调可分为集中系统：用风管集中进行空气的处理、输送和分配。半集中系统：各空调房间内的空气处理由各自的风机盘管完成。混合系统：即有集中系统，又有半集中系统。2.1 中央空调系统2.1.1 大、中型中央空调系统，从布局上看，大致可分为三个部分。（1）空调机房 制冷制热机组及其控制、辅助设备，低压配电柜，水系统的阀门，水泵、旁通阀、分水箱、集水箱、各种传感器等等，通常被安装在一个机房内，也称制冷制热站。（2） 循环水管网其主体是分布在建筑物中的循环水管道，还有冷却塔，加压泵等。管网连通制冷制热机组与末端装置，制冷制热机组与环境大气，是热量转移的通道。（
13、3） 末端装置半集中系统的末端装置多为风机盘管，二（三）通阀，装在空调房间内，实现管网中冷/热水和室内空气间的热交换。末端装置还有新风机、排风机、空气过滤器、加湿机、去湿机等。2.1.2 中央空调系统，从功能上看，可分为另三个部分（1） 冷热源，即空调主机（2） 冷/热水循环系统冷/热水循环系统为闭式系统，在最高处设置膨胀水箱，在机房内设置定压补水装置。a 按冷/热水管道的设置不同，冷/热水管网可分为： 两管制：用同一套管网，热季循环冷水，冷季循环热水，不能同时供冷又供热。 三管制：供水管路为两套，分别供冷和供热，末端装置可选择用冷或用热；回水管路为同一套。四管制：用两套不同的供、回水管路，分
14、别供冷和供热。b 按水流在末端装置中的路程不同，冷/热水管网又可分为：异程系统：水流经过各末端装置的路程不相等。同程系统：水流经过各末端装置的路程相等。 c 按有无加压泵，冷/热水管网还可分为：一次泵系统：只用一次泵推动冷水在用户装置与主机蒸发器之间循环。一、二次泵系统：一次泵推动冷水通过主机蒸发器循环，二次泵（加压泵）向用户提供冷水。冷/热循环水，从主机流出的，称供水；流入主机的，称回水。（3）冷却水循环系统 冷却水系统，只在热季制冷工况下才需运行。 冷却水为开式系统，冷却塔与大气连通，需要经常补水。 冷却水，从主机流出的，称出水；流入主机的，称进水。2.2 中央空调系统示意图图中， 主机为双台直燃型溴化锂吸收式冷热水机组，热季工况运行，主机在供冷的同时供给生活热水；冷/热水循环系统为两管制，同程式，一、二次泵系统，一次泵二用一备，二次泵一用一备；冷却水泵二用一备；图中标注的参数为额定工况下的运行参数。3 中央空调系统节能3.1 空调耗能的宏观态势和政府的节能方针目前，我国中央空调耗能己占建筑耗能的60%以上，并有逐年上升的趋势。一些大、中城市空调用电占高峰时段用电量的35%
