中央空調(diào)水系統(tǒng)變頻節(jié)能技術(shù)的工程應(yīng)用

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摘要：中央空調(diào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)當(dāng)中能耗最大的一個(gè)部分就是空調(diào)水系統(tǒng)，因此為從整體上提升空調(diào)系統(tǒng)的耗能效率，就需要充分結(jié)合當(dāng)前空調(diào)水系統(tǒng)的實(shí)際工程技術(shù)應(yīng)用情況，在原有的中央空調(diào)水系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)之上進(jìn)行完善和優(yōu)化，優(yōu)化和創(chuàng)新空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，控制中央空調(diào)系統(tǒng)的耗能水平，從總體上提高中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào);空調(diào)水系統(tǒng);變頻節(jié)能技術(shù);節(jié)能減排

引言

通過對(duì)當(dāng)前我國以及世界范圍內(nèi)的能源利用情況以及環(huán)境進(jìn)行調(diào)查和分析，可以了解到環(huán)境污染和能源緊缺已經(jīng)成為了影響各國乃至全世界可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)主要難題，因此，為了有效緩解能源緊張和環(huán)境污染等問題，國家和社會(huì)加大了對(duì)于節(jié)能減排的關(guān)注度。建筑中央空調(diào)系統(tǒng)作為一項(xiàng)耗能較大的工程，在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中需要在建筑能耗上進(jìn)行控制，而在建筑中央空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中耗能最大的系統(tǒng)就是空調(diào)水系統(tǒng)，與風(fēng)道系統(tǒng)和控制系統(tǒng)相比較來看，中央空調(diào)水系統(tǒng)的整體耗能較大，因?yàn)榻ㄖ照{(diào)系統(tǒng)通常在負(fù)荷條件下運(yùn)作，但是并不會(huì)達(dá)到滿負(fù)荷條件，因此在設(shè)計(jì)中央空調(diào)系統(tǒng)方案的過程當(dāng)中，需要全面地考慮到該建筑系統(tǒng)的負(fù)荷特性，從而設(shè)計(jì)具有針對(duì)性和可行性的方案，從而提升中央空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)，這樣才能夠確保能夠進(jìn)一步優(yōu)化和控制建筑中央空調(diào)系統(tǒng)，有效的提升建筑中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗效率。

1中央空調(diào)水系統(tǒng)組成及工作原理

中央空調(diào)水系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分所構(gòu)成：即供/ 回水管路、冷凍/ 冷卻水泵、冷卻塔、制冷機(jī)組以及末端裝置等。通過制冷機(jī)組可以對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過程當(dāng)中進(jìn)入中央空調(diào)水系統(tǒng)當(dāng)中的蒸汽通過噴射式系統(tǒng)、蒸汽壓縮式系統(tǒng)、吸收/ 吸附式系統(tǒng)等內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行處理，最后將處理后的冷卻水排出。制冷機(jī)當(dāng)中的蒸發(fā)器會(huì)通過低壓液態(tài)冷媒降低水的溫度，從而使進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)的水溫急劇降低成為冷凍水，隨后，冷凍水將會(huì)進(jìn)入室內(nèi)末端，風(fēng)機(jī)盤管末端利用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥裝置對(duì)冷凍水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)盤管末端在對(duì)內(nèi)部通過的冷凍水進(jìn)行處理時(shí)通常會(huì)控制保持7～12℃的空氣-水側(cè)的換熱溫差，以此來滿足房間銳宇空氣溫度和舒適度的基本需求。

2中央空調(diào)水系統(tǒng)變頻節(jié)能技術(shù)原理

水泵是中央空調(diào)水系統(tǒng)當(dāng)中耗能最大的一個(gè)組成部分，因此，要加強(qiáng)對(duì)于中央空調(diào)水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制，就需要將冷卻水與冷卻水水泵變頻節(jié)能這一方面作為控制的重點(diǎn)，以此來實(shí)現(xiàn)空調(diào)水系統(tǒng)的變頻節(jié)能功能。對(duì)比傳統(tǒng)的空調(diào)水系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及運(yùn)作情況可以了解到，在傳統(tǒng)上對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，通常是采用定頻式水泵設(shè)計(jì)，即確保水泵在運(yùn)作過程當(dāng)中始終保持單一轉(zhuǎn)速，利用這一設(shè)計(jì)能夠有效的避免空調(diào)水系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)作過程當(dāng)中，內(nèi)部管壁出現(xiàn)腐蝕以及凍結(jié)等現(xiàn)象，同時(shí)也充分的考慮到了空調(diào)水系統(tǒng)內(nèi)部流速與換熱系數(shù)等影響因素。

由于中央空調(diào)整體系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程當(dāng)中是帶負(fù)荷運(yùn)行的，所以中央空調(diào)水系統(tǒng)變頻節(jié)能設(shè)計(jì)需要充分的結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)部分荷載運(yùn)行這一特征，根據(jù)負(fù)荷情況對(duì)電機(jī)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而有效地控制水泵頻率，對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能控制，在確?？照{(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)之上提升整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作效率，也能夠有效的降低水泵能耗能。結(jié)合水泵的實(shí)際工作原理，可以列出流量Q、揚(yáng)程H、轉(zhuǎn)速n 與耗功p 之間的平衡式：

通過對(duì)上述平衡是進(jìn)行分析，可以了解到水泵轉(zhuǎn)速和水泵耗功與其流量之間存在著相互作用的關(guān)系，水泵轉(zhuǎn)速降低對(duì)水泵耗功的影響程度較大，由此可知，通過變頻水泵調(diào)節(jié)技術(shù)，能夠通過降低水系統(tǒng)能耗來全面控制和調(diào)節(jié)中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

3 空調(diào)水系統(tǒng)變頻節(jié)能

溫度變送器會(huì)對(duì)所經(jīng)過的冷卻水溫度進(jìn)行探測，冷卻水溫度達(dá)到相應(yīng)的溫度信號(hào)時(shí)，溫度傳感器就會(huì)將相應(yīng)的溫度信號(hào)傳送至變頻驅(qū)動(dòng)模塊，隨后變頻驅(qū)動(dòng)模塊將全面識(shí)別和判斷所接收到的溫度模擬信號(hào)，將該溫度模擬信號(hào)傳送至PLC模塊，模塊將會(huì)根據(jù)該流量值的大小設(shè)定相應(yīng)的流量系數(shù)，流量系數(shù)設(shè)置完成后，水泵會(huì)根據(jù)該流量系數(shù)調(diào)整和控制水泵的開啟數(shù)量。由于無法避免中央空調(diào)水系統(tǒng)在運(yùn)行過程當(dāng)中出現(xiàn)管道凍結(jié)或腐蝕等現(xiàn)象，所以在此前就需要在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的流量保護(hù)限制，當(dāng)空調(diào)水系統(tǒng)所檢測到的流量值低于流量保護(hù)現(xiàn)值時(shí)，立即啟動(dòng)強(qiáng)制升頻措施，確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

4 工程應(yīng)用

中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能方案設(shè)計(jì)需要充分考慮到系統(tǒng)運(yùn)行過程當(dāng)中外部安裝環(huán)境以及機(jī)組性能的影響，從而根據(jù)該中央空調(diào)水系統(tǒng)的實(shí)際情況做出具有針對(duì)性的節(jié)能優(yōu)化方案，這樣才能夠確?？照{(diào)水系統(tǒng)節(jié)能方案設(shè)計(jì)的合理性和可行性，也能夠有效地提升系統(tǒng)的綜合效益。

4.1 項(xiàng)目概況

本次所研究的工程項(xiàng)目對(duì)象為商用寫字樓建筑中央空調(diào)系統(tǒng)，該中央空調(diào)設(shè)備機(jī)房位于地下一樓，系統(tǒng)主要采用溴化鋰吸收式系統(tǒng)作為制冷主機(jī)，其中央空調(diào)水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳圖如下圖2所示。通過對(duì)下圖中央空調(diào)水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)該商業(yè)寫字樓一共配置了兩臺(tái)冷凍水水泵，并且在周圍設(shè)置4臺(tái)冷卻水泵，由于此前該商業(yè)寫字樓所使用的中央空調(diào)水系統(tǒng)為傳統(tǒng)水系統(tǒng)，因此水泵主要為定頻運(yùn)行，中央空調(diào)水系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程當(dāng)中存在著損耗較大、啟動(dòng)電流大以及振動(dòng)等現(xiàn)象，當(dāng)啟動(dòng)定頻水泵時(shí)，水泵頻率會(huì)直接升高以達(dá)到工作頻率，在這一過程當(dāng)中，會(huì)導(dǎo)致水泵啟動(dòng)電流過大，甚至?xí)^電機(jī)額定電流，導(dǎo)致很難對(duì)中央空調(diào)水系統(tǒng)能耗進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。

4.2 改造方案

在對(duì)商業(yè)寫字樓項(xiàng)目中央空調(diào)水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造的過程當(dāng)中，可以根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況設(shè)計(jì)不同的系統(tǒng)水泵和冷卻塔數(shù)量組合搭配，通常來說，每個(gè)水泵配置一臺(tái)變頻驅(qū)動(dòng)模塊就可以確?？照{(diào)水系統(tǒng)的控制效果達(dá)到最佳，但是這在一定程度上會(huì)增加系統(tǒng)的初始投資壓力，因此，在實(shí)際改造過程當(dāng)中，需要全面的結(jié)合該項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益、能耗情況以及實(shí)際運(yùn)行過程當(dāng)中的安全性等各項(xiàng)因素。通過對(duì)該商業(yè)寫字樓項(xiàng)目的各項(xiàng)因素進(jìn)行分析，從而確定出最終的系統(tǒng)節(jié)能改造方案如下：即每兩臺(tái)冷凍水水泵配置一臺(tái)變頻驅(qū)動(dòng)模塊，并且在配置變頻驅(qū)動(dòng)模塊的過程當(dāng)中，需要對(duì)整體的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，以確保改造方案的合理性和可行性。

4.3 效益評(píng)價(jià)

在對(duì)某商業(yè)寫字樓項(xiàng)目中央空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行改造后，收集中央空調(diào)水系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并與改造前的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析，從而可以得出結(jié)論：在對(duì)中央空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造之后，有效地提升了整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制效率，確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)也能夠有效降低運(yùn)行過程當(dāng)中的能耗，從總體上來看，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。在對(duì)改造前后空調(diào)系統(tǒng)的性能進(jìn)行對(duì)比時(shí)，主要是在確?？照{(diào)系統(tǒng)日平均負(fù)荷率和氣候條件相同的前提之下，對(duì)改造前后空調(diào)的運(yùn)行性能進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果顯示：在對(duì)中央空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行改造之后，系統(tǒng)所降低的耗能高達(dá)20%。

5 結(jié)語

建筑能耗是能源消耗的代表，而在建筑能耗當(dāng)中主要是通過空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行耗能，其中，空調(diào)水系統(tǒng)耗能最大。因此，為有效降低建筑系統(tǒng)的耗能，就需要加強(qiáng)對(duì)于空調(diào)水系統(tǒng)耗能的調(diào)節(jié)和控制，根據(jù)負(fù)荷情況對(duì)電機(jī)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而有效地控制水泵頻率，對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能控制，達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。

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