近年來(lái)節(jié)能減排從中央到地方已成為較熱門(mén)的課題，全國(guó)各地都開(kāi)展了一些相關(guān)的活動(dòng)[1]-[3]。筆者所在的單位響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，進(jìn)行節(jié)能減排取得了比較好的效果。所在公司大樓被重慶市評(píng)比為重慶市綠色建筑。筆者由于參加了中央空調(diào)節(jié)能改造，感受較深。寫(xiě)出來(lái)與大家分享。

　　1 中央空調(diào)系統(tǒng)初步分析

　　由于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和管理模式，中央空調(diào)系統(tǒng)大多不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，運(yùn)行能耗較實(shí)際所需值偏大較多，這導(dǎo)致了很大的能源浪費(fèi)。因此，對(duì)傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，從而降低能耗水平，減少企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，已經(jīng)成為一種必要的選擇。一般情況，中央空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)必須按照天氣最熱，負(fù)荷量最大時(shí)設(shè)計(jì)，并且留有10%～20%的設(shè)計(jì)余量，然而實(shí)際上絕大部分時(shí)間空調(diào)是不會(huì)運(yùn)行在滿負(fù)荷狀態(tài)下的，存在較大的富余，所以節(jié)能的潛力很大。重慶地區(qū)空調(diào)設(shè)計(jì)溫度與全年每月累計(jì)平均溫度顯示，5-9月夏季室外空調(diào)設(shè)計(jì)溫度高于實(shí)際平均溫度在5度以上;而冬季11月至次年4月，空調(diào)室外設(shè)計(jì)溫度低于實(shí)際平均溫度在7度以上(以上溫度參數(shù)來(lái)源于國(guó)家氣象局網(wǎng)、空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[4])。我們不難得出這樣的結(jié)論：在相當(dāng)一部分時(shí)間內(nèi)，空調(diào)系統(tǒng)只是部分負(fù)荷運(yùn)行，例如： 每年過(guò)渡季節(jié)，每天早晚， 一般天氣情況等。美國(guó)制冷工程師協(xié)會(huì)給出的建筑物全年實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中指出：建筑物在全年90%的運(yùn)行時(shí)間里，實(shí)際負(fù)荷低于設(shè)計(jì)負(fù)荷的75%。合理的控制與調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)負(fù)荷，使之長(zhǎng)時(shí)間滿足負(fù)荷運(yùn)行，合理的調(diào)配空調(diào)設(shè)備工作狀態(tài)是我們必須解決的問(wèn)題。

　　一般情況下，中央空調(diào)系統(tǒng)中具有自動(dòng)控制的冷凍主機(jī)的負(fù)荷能隨室內(nèi)溫度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，而與冷凍主機(jī)相匹配的冷凍水泵、冷卻水泵卻不能自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載，幾乎長(zhǎng)期在100%負(fù)載下運(yùn)行，造成了電量的極大浪費(fèi)。中央空調(diào)水泵系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門(mén)和旁通調(diào)節(jié)來(lái)完成的，因此，不可避免地存在較大載流量損失和大流量 、高壓力、低溫差的現(xiàn)象，不僅大量浪費(fèi)電能，而且還造成中央空調(diào)最末端達(dá)不到合理效果的情況。另外由于冷凍泵軸輸送的冷量不能跟隨系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷的變化，其熱力工況的平衡只能由人工調(diào)整冷凍主機(jī)出水溫度，以及大流量小溫差來(lái)掩蓋。這樣，不僅浪費(fèi)能量，也惡化了系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行質(zhì)量。特別是在環(huán)境溫度偏低、某些末端設(shè)備溫控稍有失靈或靈敏度不高時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致大面積空調(diào)室溫偏冷，感覺(jué)不適，嚴(yán)重干擾中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。

　　2中央空調(diào)系統(tǒng)原設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

　　以我公司的中央空調(diào)為例，其主機(jī)為開(kāi)利直燃式機(jī)組，該機(jī)組冷暖兩用，夏天制冷，冬天采暖。經(jīng)本人在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘測(cè)和對(duì)收集的中央空調(diào)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行的詳細(xì)分析,發(fā)現(xiàn)該中央空調(diào)系統(tǒng)變頻系統(tǒng)存在著以下兩個(gè)方面的弊端:

　　(1)該套變頻控制系統(tǒng)采用的是1臺(tái)45KW的SEIMENS-430變頻器控制3臺(tái)45KW冷凍水泵的運(yùn)行，而另一臺(tái)45KW的SEIMENS-430變頻器只是切換使用。1臺(tái)55KW的SEIMENS-430變頻器同時(shí)控制3臺(tái)55KW的冷卻水泵，而另外一臺(tái)55KW的變頻器只是切換使用。該套變頻控制系統(tǒng)采用PLC自動(dòng)控制，它的控制邏輯是:當(dāng)中央空調(diào)運(yùn)行時(shí),通過(guò)變頻器啟動(dòng)1臺(tái)冷凍水泵和冷卻水泵在變頻的方式下運(yùn)行.(比如4月份,中央空調(diào)的負(fù)荷量較小,運(yùn)行一臺(tái)冷凍水泵和冷卻水泵就能滿足負(fù)荷要求時(shí),冷凍水泵和冷卻水泵在變頻方式下運(yùn)行,這能達(dá)到節(jié)能的目的).而當(dāng)天氣變熱,空調(diào)負(fù)荷變大時(shí),就會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行1臺(tái)冷凍水泵和1臺(tái)冷卻水泵的時(shí)候,冷凍水和冷卻水的流量略顯不足,而同時(shí)運(yùn)行2臺(tái)冷凍水泵和2臺(tái)冷卻水泵時(shí)循環(huán)水流量明顯過(guò)多而造成電能大量浪費(fèi)的現(xiàn)象。這時(shí)節(jié)能控制系統(tǒng)中PLC的控制方式是把剛才變頻運(yùn)行的1#冷凍水泵和1#冷卻水泵轉(zhuǎn)換在工頻狀態(tài)下運(yùn)行,同時(shí)再變頻啟動(dòng)2#冷凍水泵和2#冷卻水泵,用變頻的方式調(diào)節(jié)2#冷凍水泵和2#冷卻水泵的循環(huán)水流量。通過(guò)中央空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷量的變化來(lái)合理調(diào)節(jié)冷凍水和冷卻水的實(shí)際需求量,以此達(dá)到最大限度的節(jié)約電能的目的.想法是好的,但嚴(yán)重違背了流體力學(xué)的一個(gè)基本理論常識(shí)。根據(jù)流體力學(xué)理論,水的流量與水泵的轉(zhuǎn)速一次方成正比,水的壓力與水泵轉(zhuǎn)速的平方成正比,水泵的揚(yáng)程也與水泵轉(zhuǎn)速的平方成正比。當(dāng)兩臺(tái)循環(huán)水泵并聯(lián)組成一個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)時(shí),如果一臺(tái)水泵工頻運(yùn)行,另外一臺(tái)水泵在變頻的方式下運(yùn)行,由于兩臺(tái)水泵轉(zhuǎn)速不同,那么兩臺(tái)水泵的流量、水的壓力、水泵的揚(yáng)程大小也會(huì)不同。這將導(dǎo)致變頻水泵和工頻水泵沒(méi)有相同的壓力和共同的揚(yáng)程點(diǎn),會(huì)出現(xiàn)流量大、壓力高的工頻水泵擠壓流量小、壓力低的變頻水泵的現(xiàn)象。如果變頻水泵的頻率過(guò)低,會(huì)出現(xiàn)變頻水泵不出水的情況。為了克服工頻水泵的壓力和揚(yáng)程,必須調(diào)高變頻水泵的運(yùn)行頻率,使之和工頻水泵的壓力和揚(yáng)程保持平衡，這樣變頻水泵幾乎也會(huì)在工頻狀態(tài)(50HZ)下運(yùn)行,變頻器并沒(méi)有達(dá)到節(jié)能的目的.

　　(2)由于該節(jié)能控制系統(tǒng)采用的是1臺(tái)變頻器控制3臺(tái)水泵，利用循環(huán)水壓差的變化來(lái)控制冷凍水和冷卻水的流量，而不是利用冷凍水和冷卻水進(jìn)出水溫差的方式來(lái)控制冷凍水和冷卻水的流量。一旦中央空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷增大，變頻器將迅速啟動(dòng)2#、3#循環(huán)水泵運(yùn)行，反之當(dāng)中央空調(diào)末端負(fù)荷減少時(shí)將按照順序停止相應(yīng)的水泵運(yùn)行。如果空調(diào)負(fù)荷變化較大時(shí),將造成水泵電機(jī)的頻繁起動(dòng),電機(jī)的頻繁起動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水壓差的頻繁變化,使PLC控制系統(tǒng)很難找到一個(gè)穩(wěn)定的工作點(diǎn),中央空調(diào)的循環(huán)水系統(tǒng)也很難在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的流量和壓力下運(yùn)行。同時(shí)過(guò)大變化的流量和壓差也會(huì)對(duì)管道和閥門(mén)造成沖擊，增加中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)的維修費(fèi)用和維修工作量.

　　綜上所述，該中央空調(diào)系統(tǒng)只起到了電機(jī)軟啟動(dòng)的作用，除了在空調(diào)負(fù)荷量極低的情況下可以節(jié)約一部份電能以外，全年絕大部分運(yùn)行時(shí)間里不但達(dá)不到節(jié)能的目的，反而在消耗能量(因?yàn)樽冾l器運(yùn)行本身也要消耗能量)。

　　3 我司中央空調(diào)技改方案及節(jié)能經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

　　3.1我司中央空調(diào)技改方案

　　采用西門(mén)子公司的PLC技術(shù),充分利用它原來(lái)的變頻器設(shè)備和一些控制軟件，對(duì)該套控制系統(tǒng)重新編程，把原來(lái)的壓差控制方式改為溫度控制方式，對(duì)變頻器采取二控三的控制方式，使變頻器和循環(huán)水泵實(shí)行一一對(duì)應(yīng)，即啟動(dòng)1臺(tái)水泵運(yùn)行1臺(tái)變頻器，設(shè)定單臺(tái)循環(huán)水泵的運(yùn)行時(shí)間，輪流控制備用水泵的切換運(yùn)行，以此達(dá)到最科學(xué)，最節(jié)能的運(yùn)行方式。

　　根據(jù)我們從現(xiàn)場(chǎng)收集的設(shè)備運(yùn)行工況數(shù)據(jù)分析，我公司的中央空調(diào)系統(tǒng)在工頻下運(yùn)行時(shí)具有以下特點(diǎn)：一是空調(diào)設(shè)備絕大部分時(shí)間內(nèi)在遠(yuǎn)低于額定負(fù)荷的情況下運(yùn)轉(zhuǎn);二是空調(diào)水系統(tǒng)供回水溫差遠(yuǎn)低于空調(diào)系統(tǒng)的溫差，無(wú)法進(jìn)行有效的質(zhì)調(diào)節(jié);三是工程設(shè)計(jì)必須考慮富余量，以保證在實(shí)際情況發(fā)生各種變化時(shí)，系統(tǒng)仍可達(dá)到要求的參數(shù)，但在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，為了消除這些富余量又要靠閥門(mén)去調(diào)整，由此造成浪費(fèi)。該中央空調(diào)的年實(shí)際平均負(fù)荷率只有額定負(fù)荷的60%左右，負(fù)荷利用率很低，存在很大的節(jié)能空間，我公司的這套自動(dòng)化變頻器節(jié)能控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)技術(shù)改造，將有40%左右的節(jié)能空間，每年會(huì)給我司節(jié)約很大一筆電費(fèi)開(kāi)支。考慮到變頻器本身也要消耗很少一部分能量和設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際情況和一些不確定因數(shù)，我們就以最保守的計(jì)算方法來(lái)分析2臺(tái)冷凍水泵和2臺(tái)冷卻水泵采用變頻方式調(diào)速后，水泵流量為額定流量80%時(shí)所節(jié)約的能耗。

　　3.2我司中央空調(diào)技改方案節(jié)能經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

　　近幾個(gè)月電表的實(shí)際監(jiān)測(cè)，空調(diào)運(yùn)行期間實(shí)際每月節(jié)約電費(fèi)1.25萬(wàn)元，效果顯著。

　　4 總結(jié)

　　根據(jù)筆者對(duì)本市大部分已使用中央空調(diào)系統(tǒng)新建辦公大樓的考察，僅15%左右的大樓使用節(jié)能效果較好，30%的大樓處于未使用變頻器采用手工啟動(dòng)調(diào)節(jié)的方式，55%的大樓采用了變頻器使用方式基本和筆者單位改造前一致。本市中央空調(diào)節(jié)能減排的空間非常大。筆者分享以上經(jīng)驗(yàn)希望各單位中央空調(diào)技術(shù)人員能充分認(rèn)識(shí)到中央空調(diào)水系統(tǒng)能源的浪費(fèi)問(wèn)題，為國(guó)家的節(jié)能減排盡一份力。

　　參考文獻(xiàn)：

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