王純剛

[摘要]中央空調(diào)系統(tǒng)的使用已日趨廣泛，但是其在為人們生活環(huán)境和工作環(huán)境提供服務(wù)時所消耗的電力能源是非常巨大的。現(xiàn)今，變頻節(jié)能技術(shù)已越來越受到人們的重視，將其應(yīng)用到中央空調(diào)上能夠有效的降低功率的損耗，起到良好的節(jié)能作用。采用變頻調(diào)速后，水泵的工作壽命也將大大延長。

[關(guān)鍵詞]中央空調(diào)；節(jié)能改造；變頻節(jié)能技術(shù)；循環(huán)水泵；溫差變化

0引言

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，近年來人們對生活品質(zhì)的追求越來越高，特別是中央空調(diào)系統(tǒng)的使用也已日趨廣泛。但當(dāng)空調(diào)在為人們生活環(huán)境和工作環(huán)境提供服務(wù)時，所消耗的電力能源是非常巨大的。據(jù)不完全統(tǒng)計，一棟現(xiàn)代化辦公樓的總耗電量當(dāng)中，中央空調(diào)的耗電量可達到48%，而目前醫(yī)院綜合大樓內(nèi)，中央空調(diào)系統(tǒng)耗電量也是最大的，因此對其實行節(jié)能改造是醫(yī)院持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。

1現(xiàn)今中央空調(diào)的不足之處

中央空調(diào)負載要求的不均勻性。每臺空調(diào)出廠所設(shè)置的最大負載量都是要比額定功率高出近20%，以保證無論外界氣溫是否高出預(yù)定值都能夠正常的運行，但在日常使用中，中央空調(diào)的實際功率根本達不到額定功率，所以存在一定裕量，其中冷凍系統(tǒng)能夠根據(jù)功率值來進行變化自動調(diào)節(jié)制冷效果：而中央空調(diào)中泵體的連續(xù)泵水量卻是不會改變的，這就形成了一定的浪費，同時相同的季節(jié)在每年的氣溫條件是不同的，在變化中也存在一定的浪費，為了達到節(jié)能的目的，我們通常希望在確保中央空調(diào)正常工作的同時降低泵水量，從而降低能耗。由于電動機的轉(zhuǎn)速是由生產(chǎn)廠家設(shè)定的，是恒定不可調(diào)節(jié)的，而水流量的計算又由電動機的轉(zhuǎn)速決定。所以這就增加了消耗，造成能源的浪費。水泵拖動電動機的容量選擇要滿足夏季、高溫天氣、白天最大制冷量時的供水量要求，但一年中不同季節(jié)和晝夜溫差變化極大，且醫(yī)院內(nèi)每天門急診人數(shù)是變數(shù)，醫(yī)院病房問使用量每天也存在一定變動，加之設(shè)計時往往還要考慮輸水管路阻力特性不確定等安全系數(shù)，使水泵大部分時間處于流量過大的工況下運行，浪費的電能是比較多的。

2節(jié)能改造方案

目前所有種類的中央空調(diào)的組成主要包括制冷劑回路，外部熱交換系統(tǒng)和冷卻風(fēng)機，制冷劑回路可以算得上是中央空調(diào)的核心部分，在蒸發(fā)室實現(xiàn)冷凍水與制冷劑之間的熱交換，使冷凍水的溫度降低：在冷凝室實現(xiàn)制冷劑與冷卻水問的熱量交換，制冷劑溫度降低。外部熱交換系統(tǒng)由冷凍水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)兩個循環(huán)水系統(tǒng)組成，因此節(jié)能改造主要從兩個循環(huán)水系統(tǒng)人手。

現(xiàn)今，變頻節(jié)能技術(shù)越來越受到人們的重視，將其應(yīng)用到中央空調(diào)上能夠有效的降低功率的損耗，起到良好的節(jié)能作用，因此采用變頻節(jié)能控制水泵是非常行之有效的。中央空調(diào)的變頻節(jié)能技術(shù)主要是體現(xiàn)在對中央空調(diào)循環(huán)水泵電動機轉(zhuǎn)速的控制上，由于電動機的轉(zhuǎn)速在出廠時已經(jīng)固定，所以變頻的根本就是對通過電動機的交變電流的控制，通過對交變電流的有效控制，就可實現(xiàn)中央空調(diào)的節(jié)能效果，其超載能力也會得到提升：要使電動機能夠輸出與外界環(huán)境溫度相匹配的轉(zhuǎn)矩就調(diào)節(jié)變頻器的實際輸出頻值，該輸出頻值是由電源的供電頻值降低所得到的，變頻節(jié)能技術(shù)的使用就能夠使電動機的工作轉(zhuǎn)速在一個可控范圍內(nèi)，根據(jù)外界環(huán)境的變換而進行隨動變化。

一般來說，水泵屬于二次方律負載，工作過程中消耗的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，因為此時水泵主要用途是供水，但中央空調(diào)的循環(huán)水系統(tǒng)中工作的水泵，所用的水是不消耗的，從水泵流出的水又將流回水泵的進口處，而且醫(yī)院的綜合大樓多為高層大樓，回水管道本身具有一定的動能和位能，將反饋到水泵的進水口，在循環(huán)水系統(tǒng)中，水在封閉的管路中具有連續(xù)性，即使水泵的轉(zhuǎn)速很低，循環(huán)水也能在管路中流動，水泵轉(zhuǎn)速只是改變水的流量，且成正比關(guān)系，所以循環(huán)水系統(tǒng)里，水泵的功率與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，

由此可知，通過調(diào)節(jié)電源供電電流的頻率對調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速效果較好，冷凍水冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的變頻控制的實現(xiàn)，是根據(jù)冷凍水冷卻水溫差的變化來對水流量進行調(diào)節(jié)的，也是對電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，為此在出水和回水管道上分別安裝溫度傳感器，出水和回水的溫差變化決定了電動機轉(zhuǎn)速的變化，當(dāng)冷凍水溫差較大時，說明病房內(nèi)溫度較高，或者說病房間數(shù)量此時使用較多，則泵水量應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑黾?，即通過變頻器控制使電動機轉(zhuǎn)速應(yīng)該得到提高，當(dāng)溫差小時，則變頻器控制電動機的轉(zhuǎn)速就需要適當(dāng)?shù)慕档?，變頻技術(shù)對電動機轉(zhuǎn)速的適時調(diào)節(jié)要比閥體對流量的調(diào)節(jié)更加節(jié)能，中央空調(diào)的故障率也能降低不少進而使中央空調(diào)的運轉(zhuǎn)工況得到極大改善。

3節(jié)能計算分析及優(yōu)點

采用變頻調(diào)速控制后，當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速下降10%，也就是水泵頻率從50Hz降為45Hz，循環(huán)水泵功率P₄₅=0.9²P₂₀=0.81P₅₀，當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速下降20%，也就是水泵頻率從50Hz降為40Hz，循環(huán)水泵功率P₄₀=0.8²P₅₀=0.64P₅₀，醫(yī)院中央空調(diào)冷凍及冷卻循環(huán)水泵，正常工作時采用30kW離心水泵各2臺，總功率是120kW，采用變頻調(diào)速后，如頻率為40Hz供電，耗電功率將降為76.8kW，節(jié)能效果是相當(dāng)可觀的。

另外定速控制水泵啟動及停機時，我們經(jīng)常會碰到壓力沖擊較大將使管壁受力而產(chǎn)生振動及噪聲，這就是由于水錘效應(yīng)緣故，它可能會破壞管道上閥門和其他固定件：因變頻器是軟啟動方式，采用變頻調(diào)速后，可以通過預(yù)置水泵升速時間來延長啟動時間，使動態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減少，在停機過程中，同樣可以通過對降速時間來延長水泵停機的過程，也使動態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減少，從而徹底消除水錘效應(yīng)。水泵整個工作過程中平均轉(zhuǎn)速下降、平均轉(zhuǎn)矩的減小等原因，使水泵葉輪承受應(yīng)力大也為減小：軸承的磨損也大為減小，所以采用變頻調(diào)速后，水泵的工作壽命將大大延長。

[責(zé)任編輯：王偉平]