国家“十一五”规划纲要提出，“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20% 左右，主要污染物排放总量减少10%，因此节能减排是一项重大举措。例如变频器在风机水泵类负载上的应用往往可以避免1/3 ～ 1/2 的无谓电能消耗。

按照设计标准的要求，对于中央空调，系统的最大负载能力要按照气温最高、负荷最大时的工作环境来设计，因此就系统设计来说，存在着很大的设计裕量，实际上系统很少工作在这种极限条件下。中央空调设备95%以上的时间在额定负荷的70% 以下波动运行，所以实际负荷远低于满负荷状态，特别是在环境温度较低的情况下，冷冻机的负荷量更低。在当前电力供求矛盾非常突出以及国家提倡节能降耗的前提情况下，为了保证制冷系统运行在一个较为理想的状态和提高制冷系统的运行效率，提高冷却水、冷冻水系统以及末端设备等的运行效率，降低它们的能耗有重要意义。

近年来变频器的应用逐渐普及，价格大幅度下降，采用可靠性强、容量大的变频器对风机、水泵类设备进行调速来调节室内风量、系统水流量已成为可能，采用变频调速技术对降低能源消耗、提高经济效益具有实际意义。

本文针对智能楼宇中央空调系统的特点，通过调整水泵的转速控制水泵流量，使用变频器对水泵实现无级调速，由于改变水泵供电频率的同时，输入端的电压随之改变，从而节约了能源同时，采用变频器控制水泵电动机软起动和平稳调速，还可以减少系统起动时对电网造成的冲击。另一方面降低水泵负荷，减少了水泵养护的工作量，延长了水泵的使用寿命。在中央空调水系统中，针对大功率的水泵，根据负荷的需要自动调节流量，可以实现冷水机组进出水温差、压差在最佳的工作范围内。实际数据表明此控制技术不但能有效地改善主机高压力、低流量的情况，而且能大幅提高主机和空调系统的工作效率，改善整个空调系统的工作状况。

变频节能控制技术分析

水泵是中央空调系统中的重要组成部分，也是重要的用电设备。将变频调速装置用于水泵控制系统中，通过改变水泵电动机的转速，可以获得较好的节能效果。同时，应用变频调速技术还可以改进自动控制系统的控制效果，提高被控环境的质量和生产工艺过程对温/湿度的精度要求。

冷冻水泵电动机容量是按照空调设备安装地区历史气温数据最大，即换热量最大时的工作情况设计的，由于季节和昼夜温差的变化、环境气候的变动以及使用中实际工况的差异，具体应用时机组在大部分时间里处在轻负荷运转的状态下，由此造成大量能源的浪费。由于空调水系统与室内空气的热量交换的多少由冷冻水的流量决定，冷冻水的流量又取决于冷冻水水泵电动机的转速。

对于电动机，其耗电量由其输出功率决定，输出功率P2与电动机转速n 的立方是成正比的，电动机转速n 与供电频率f 是成正比的，即水泵输出功率P2与其转速n 以及频率f 的数学关系式为：

P ₂ = k ₁ n ³ = k ₂ f ³   (1)

由式(1)可知稍微降低电动机供电频率使转速稍有下降即可达到输出功率大幅度下降的目的。由此可知根据实际所需的空气调节冷冻水量调整电动机转速，将极大地降低电动机的输出功率，从而节约大量的电能。水泵电动机的功率与转速及水量的关系如表1 所示。

表1 水泵电动机的功率与转速及水量的关系

同时，对于中央空调系统的工程设计，需要考虑到其他因素的影响，因此设计中一般会在设计值的基础上再增加10%～15%的裕量，从而造成制冷系统更多地消耗电能。采用变频调速技术改造后，即可节约此部分无谓能耗。另外，当大功率电动机起动时，为避免对电网产生较大压降造成其他用电设备的损坏，一般会采用减压起动手段，但该方式起动电流依然较大。采用变频器后，电动机可实现软起动，既降低起动能耗，又可避免对电网产生冲击；同时，水泵实现软起动和停止，使水泵的机械使用寿命得以延长，降低水泵维护率及工人的劳动强度，从而获得更多的经济效益。通常情况下，采用变频节能控制技术以后，每台电动机的节电率可达到20%～30%。

中央空调设备改造实例

基于前面的理论分析和计算，对天津某智能楼宇的中央空调系统进行了节能改造。

(1) 自控系统

使用空调监控系统，简称ICS，包括软件和硬件设备。该系统广泛应用于空调系统、照明系统等设备的监控。可以通过该系统对空调系统内的设备进行实时监控，察看空调设备的运行数据，调整运行参数。该软件功能可简化用户的日常操作，可以根据自己的需要进行二次程序开发，以满足生产工艺的新要求。

空调自控系统最终的使用目的在于利用外部提供的冷/热源，通过对有关设备的精确控制，对空气系统进行处理，保证在供风区域内的空气温度、湿度等参数能够稳定在设计要求的范围内。

空调自控系统ICS 包括：①应用于中大型空调系统的Tracer Summit系统。②通用DDC 控制器。③特殊应用的DDC控制器。④各类传感器。⑤系统间互联的Lontalk /BACnet 通信协议。本项目的中央空调变频节能改造系统结构原理图如下图所示，粗实线为冷冻水循环回路，中间虚线部分为水循环系统的主要控制环节。项目节能改造主要设备如表2 所示。

图变频节能改造系统结构原理图

表2 变频控制设备明细

(2) 节能效果及投资回收期计算

空调冷水系统采用大温差、小流量的设计理念，冷水机组的供冷量与冷水系统供水、回水温差及冷水流量的关系按下式计算：

Q = MCpΔT (2)

式中，Q 为输出的冷量；M 为水的流量；Cp为水的比热；ΔT 为供回水温差。

通过计算可以得出，当保持Q、Cp二者参数不变的情况下，增大ΔT 时，M会成比例下降。(即增大温差而减少水泵耗功)。

当ΔT 由5℃增加至6℃时，冷冻水泵的流量降到原来的83.3%；根据水泵功率与水泵的流量的立方成正比的关系，可得出水泵的功率降为原来的57.8%，达到节省水泵42.2%功率的效果。

实际使用情况如下:使用时间为2010年5 月1日～ 2010 年10 月15 日，全天平均使用时间10 h。

得出每年使用时间: 165 d ×10 h /d =1650 h。

水泵三用二备，3 台功率为75 kW，2 台功率为37 kW，实际使用水泵台数3 台，2 台功率为75 kW，1 台功率为37 kW。

计算每年水泵节约电量

1650h× (75kW×2 + 37kW ×1)×30. 6%= 130207 kW·h

取平均电价0.71 元计算，即每年节省电费：

13 0207 kW·h × 0.71 元/ (kW·h) = 9.2 万元。

此项投资总额为18.40 万元。

通过以上计算可以看出，此项节能项目投资回报期为2 年(即两个制冷期)。

采用减压起动方式：自耦变压器或者星/三角变换起动，起动电流依然较大，采用变频器后，电动机可实现软起动，既降低起动能耗，又可避免对电网的冲击；同时，水泵实现软起动和停止，使水泵的机械使用寿命得以延长，降低水泵维护率和设备的维修费用，同时降低工人的劳动强度，尤其在过渡季节，可以减少水泵运行台数，避免因运行监控不当而出现额外的能源浪费。

结束语

针对智能楼宇的特点、发展现状及运行基础，分析了中央空调系统的特点，设计了中央空调系统节能方案，并对某智能楼宇的中央空调系统进行了节能改造，改造实例与技术经济分析数据表明，在中央空调水循环系统中，对冷冻水水泵和冷却水水泵采用变频调速方法能起到明显的节能作用，大幅提高主机及空调系统工作效率，改善整个空调系统的工作状况。

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