中央空调水系统变频节能改造分析与实践

　　0 引言

　　中央空调系统通常由制冷主机、循环水系统和风机盘管三大部分组成。在公用和民用建筑物中，其能耗巨大，约占建筑总能耗的 55%。大型中央空调系统中，循环水系统的耗电量占整个系统耗电量的 18% 左右。因此，如何降低循环水系统的能耗便成了空调系统节能降耗的关键。在假定空调水系统流量不变的情况下，空调系统根据空调最大负荷加以设计。而空调系统在绝大部分时间内以部分负荷状态运行，据有关资料调查表明，空调系统在一天中高负荷运行的时间约为 4 ～5 h，其他时间在中、低负荷下运行。近年来，随着对中央空调系统节能的研究，出现了多种节能控制方法。水系统变频节能是运用较多的一种。为此，本文详细介绍了空调水系统变频的节能要点，并结合实际改造项目，对其节能效果进行分析。

　　1 空调水系统变频节能原理

　　中央空调水系统变频是指对冷却水泵和冷冻水泵进行改造。通过对水泵变频，将水系统改造为变流量运行，使空调系统的负荷与实际相匹配。

　　通常冷水机组是在定流量设计下运行的，冷水机组要保持定流量的主要原因是: ① 蒸发器( 或冷凝器)内水流速的改变会改变水侧放热系数，影响传热; ②管内流速太低，若水中含有机物或盐，在流速小于 1 m/s时，会造成管壁腐蚀; ③避免由于冷水流量突然减小，引起蒸发器的冻结[1 -2]。实际空调系统水泵变频改造工程表明，对空调水系统水泵进行变频节能改造，对冷水机组的功率几乎没有影响[3]。因此，合理利用变频节能控制方法，对整个中央空调控制系统会起到更好的保护作用。

　　空调系统变频节能的依据是空调系统在部分负荷的运行状态下，通过减小水流量来维持空调系统冷负荷的不变，从而节省循环水系统中水泵的能耗。根据水泵的工作原理可知，水泵的流量、扬程、转速与功率之间的关系为:

　　式中:Q1、Q2为水泵的流量，m3/ h; n1、n2为水泵的转速，r/s;H1、H2为水泵的扬程，m;P1、P2为水泵的功率，kW。

　　由式( 1) 可知，水泵的流量与转速成正比关系，而水泵的输入功率与转速的立方成正比关系。由该关系可知，当水泵的转速降低后，流量按照某比例减小，相应泵的功率按照该比例的三次方下降[5]。

　　一次泵水系统是实现空调水系统节能的最佳配置。传统的空调水系统在末端设置电动两通阀或电动三通阀，通过阀门开度来调节水流量。这种方法虽然能减小空调系统的流量，但却大大增加了系统的压力，即增加系统的管路阻力，使大部分的能量消耗在阀门上[6]。