中央空调水系统变频节能改造的探讨黄宇

中央空调水系统变频节能改造的探讨黄宇

黄宇

（广西建设职业技术学院广西南宁530007）

摘要：由于全球资源紧张，节能减排已经成为全球的重要课题。当前，大型的建筑物越来越多，空调的能耗约占建筑总能耗的55%，其中，中央空调水系统是耗能最大的部分。所以，降低循环水系统的能耗便成为空调系统节能降耗的关键。鉴于此，本文就中央空调水系统变频节能改造进行探讨，希望对中央空调水系统的节能改造有一定的帮助。

关键词：中央空调；水系统；变频；节能；改造

引言

当前，中央空调使用率越来越广泛，传统的空调水系统耗能大，所以，人们开始将变频节能理念应用到中央空调的水系统控制中去，不断根据空调类型设计出适合中央空调水系统节能的方案。但目前我国在中央空调水系统变频节能改造方面还存在一定的不足。因此，本文探讨了如何根据室内外的温差的变化，即时快速的自动调节中央空调系统中水系统的各种参数：如温度、湿度、压力、流量等,使系统从制造到输出的制冷额度和室内的需求相符,解决中央空调水系统的节能问题。

一、空调水系统变频节能原理

中央空调系统的制冷的介质是水。所以，水循环系统（这里指冷冻水循环系统）主要是把制出的冷量通过冷冻水的运动，到达空调的风机盘管系统中，再通过和过滤后的空气进行热交换。在过滤后的空气变冷的同时，与空气热交换的冷冻水温度在升高，并在冷冻水泵的压力下流回到冷水机组，在蒸发器中又通过热传递，把热量传递回给其中气化的制冷剂。

在目前中央空调里使用的定流量系统当中，冷冻水的流量大小，是由其中的阀门控制的，由于阀门的特点，注定冷冻水流量的变化是突变的。所以，用阀门控制冷冻水流量的结果是，控制冷冻水流量的精确度不准确。不但实效性达不到要求,而且容易出现“流量大,温差小”这么一个情况，从而造成冷水泵电动机浪费了大量的电能来推动多余的冷冻水，造成能源的浪费。

这种控制的不精准，就会出现问题：总的水流量变大了，那么回水的温度就低，导致在非满负荷时，制冷效果不同，同时冷水机组的运行效率也降低了。因此，为了达到节能的目的，改进该定流量系统势在必行。

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，把水系统从定流量运行改造为变流量运行，使空调水系统的负荷根据实际的情况进行改变。

在一般的情况下，冷水机组都是设计为定流量的情况下运行的，那么，冷水机组为什么要保证定流量呢？有以下三点：1.水的流速回影响蒸发器（或者冷凝器）的传热。因为水流速的改变会改变水侧放热系数；2.如果水中含有机物或盐，管内水流速太低，会腐蚀管壁；3.如果冷水流量突然减小，有可能引起蒸发器冻结。在实际空调系统水泵变频改造工程中，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。因此，合理利用变频节能控制方法，可以更好地保护整个中央空调控制系统。

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不变，从而节省循环水系统中水泵的能耗。

二、变频节能控制原理

中央空调系统运行的时候：冷水主机可以根据负荷的变化而改变工作时的功率，即可以根据其运行功率改变冷水机组主机的冷冻水流量。虽然冷水机组的主机的流量大小可以改变，但在其另一端，与蒸发器进行热交换这边却是定流量运行。再加上冷冻泵全力运行，造成运送的水流量要大过正常冷量传递所需要的水流量，由于水流量大了，冷量没变，那么水流的温度变化不大，从而造成“流量大、温差小”的情况。导致了冷冻水系统中大量的水在被无意义的搬运，导致电动机能耗实际利用率很低，也就是说有大量的电能白白做功。所以，在保证蒸发器不会被损坏的条件下，对冷冻泵改进为自动控制，既让冷冻泵电动机的转速能按需改变，从而达到自动控制冷冻水流量的目的。

冷冻水的回水与制冷剂在蒸发器中进行的热传递，实际就是冷量的传递。因此，当空调系统部分负荷时，变频器降低频率，水泵就可以减慢运行速度，得到冷冻水变流量节能。所以，使用变频技术来改变冷冻水的流量,依然能保证到冷冻水泵具有高效的工作效率。

目前,通常是采用压力传感器或温度传感器，来感应压力差或温度差两种不同信号，从而通过变频器，来控制冷冻水流量的方法。

变频器输出的电源的频率高低，直接关系到水泵的工作时候的功率，输出的电源频率高，则水泵转速快，功率高，同一时间内所消耗的能量就大；反之，则消耗的能量就小。例如,在处理器中，压力差是有一个预先的设定值，如果，收集模块在压力传感器传来的压力差信号与处理器中的预先设定的值有所不同，则处理器将会自动计算相差多少，然后再相应的给出信号到变频器中，以此来调节水泵的转速，控制其能耗。其中,供水和回水间的压力差之所以会发生变化，是由于用电动二通调节阀系统管道来调节回水流量，这样一来，供水和回水的流量就不一样了，流量不一样的时候，在供水部分和回水部分，就会产生压力差。

利用水压差来进行变频控制水泵的电动机，好处是水压差变化明显反应速度快，可以在最短时间内将信号反馈回处理器。

另外一个精确控制流量的技术是利用冷冻水的出水和回水的温度差，通过处理器处理后，调整变频器输出的电压频率，从而控制冷水泵，达到精确控制流量的效果。这一技术，要求在冷冻水的出水和回水的管路上放置传感器，用以监测两者水温。由于该放置技术相较于上述压力差的传感器放置技术更为简单方便，而且，还能直接反应出空调系统的负荷大小，将自动控制冷冻水流量之与进行结合调整，即可达到减少冷水泵的用电消耗的目的。因此，该技术在中央空调冷冻水循环系统中的使用还是较为广泛的。

三、结语

由此看来，中央空调水系统变频节能改造工作的开展具有重要意义，我们应该意识到水系统变频对节约能源的重要性，不断围绕水系统的能耗改造问题进行创新和改革，为城市建筑设计以及生活、生产提供便利，从而实现环保节能的目标，促进能源的可持续发展。

参考文献

[1]谢琼慧.中央空调水系统变频节能改造的探讨[J].科技与创新，2014(13).

[2]王宪,李夔.深圳地铁车站中央空调系统变频节能改造方案分析[J].制冷，2011(12).

[3]赵辛.变频控制技术在中央空调水系统中的应用[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2013(04).

作者简介

黄宇，女，1982-，讲师，工程师，研究方向：控制工程领域。

基金项目

2018年度广西高校中青年教师基础能力提升项目，夏热冬暖地区某活动中心中央空调节能改造控制系统的研究（2018KY1047）。