商业大厦中央空调系统节能改造探讨

2012-05-12王江华

中国新技术新产品 2012年10期

王江华

（中山市科发节能科技发展有限公司，广东中山 5284000）

随着国民经济的迅猛发展和人们生活水平的不断提高，中央空调系统已经进入了各类建筑当中，特别是商业大厦，中央空调的能耗也是十分惊人的，一般宾馆、写字楼中央空调能耗约占总能耗的30%～40%，商业大厦的空调能耗占总能耗的50%以上。常规中央空调系统是按照最大冷热负荷进行选型设计的，但全年最热的天气就只有那一段时间，因而，中央空调大多时间是低于机组额定负荷状态下运行的，造成了电能的极大浪费，因此，如何对中央空调系统进行节能改造，以提高运行效率，减少能耗，这是一个急需解决的问题。

1 原有空调系统概况

某商业大厦共13层，总建筑面积约13000m2，空调面积约7461m2。有制冷及采暖系统。为了达到节能降耗效果，对原有空调系统进行了节能改造。

1.1 制冷系统

图1 中央空调制冷水系统结构图

（1）制冷源：包括2台单螺杆冷水机组，总制冷量为1231kW，夏天供冷。

（2）水系统：供冷采用一次泵定流量水系统，每层水平管及空调立管采用同程设计。冷冻水供回水温度7℃～12℃；在屋顶设置膨胀水箱，进行补水定压；冷冻水循环泵30kW，2台；冷却水循环泵30kW，2台；冷却塔风机7.5kW。

1.2 水系统

水系统采用二次泵定流量，采暖一次泵提供热水到采暖板换热器，采暖二次泵提供采暖热水。空调热水供回水温度50℃～60℃。热水一次泵2.2kW，2台热水二次泵15kW，2台；在屋顶设置膨胀水箱，进行补水定压。

1.3 空调系统自动控制

冷水机组能量调节和进出水温度，由主机控制器自动控制。冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等设备，由主机房空调电控柜进行控制。冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机及进水电动阀进行联锁。冷水机组，由冷量或温度进行台数控制；冷却塔由回水温度控制其风机的运行。

2 中央空调系统节能改造

2.1 改造目的

中央空调系统中，各种风机和水泵的容量，是根据建筑物最大冷热负荷设计选定的，并留有一定的设计余量。中央空调系统负荷，主要跟建筑物的围壁与环境的热交换及其外界环境相关的；对于固定的建筑物，其负荷主要是随室外环境条件而变化的。中央空调的冷热负荷，在绝大部分时间内远低于设计负荷；即实际上大部分时间运行在低负荷状态；中央空调大部分时间运行在设计负荷的60%以下。系统末端设备所需冷冻水量一般小于设计流量，而水系统是用定流量运行；故在部分负荷时，将浪费能源。空调水系统的耗电量约占空调总耗电量的15%～20%，根据负荷变化对水系统采用变流量运行，可带来可观的节能效果。

2.2 改造原理

对冷冻水系统、冷却水系统、热水系统，利用变频无级调速技术，解决了其供冷量不随末端负荷需求变化而造成的电能浪费问题。在各种水泵电机拖动系统中接入变频系统，改变电机转速来调节流量、压力以及温度等变化，以取代阀门控制流量，达到节能效果。

(1)调节电机速度与节省水泵功率

由流体力学知：P=Q×H.

式中：P为水泵功率；Q为水泵流量；H为水泵的压头（扬程）。

由于流量Q与转速N的一次方成正比，压头H与转速N的平方成正比，所以功率P与转速N的立方成正比。如果水泵效率一定，当要调节流量下降时，转速N可成比例地下降，水泵电机的耗电功率与转速近似成立方关系下降。

例如：一台水泵电机功率30kW，当转速下降到原转速的4/5时（运行频率为40Hz，额定频率为50Hz），其耗电量为15.36kW，省电48.8%；当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为3.75kW，省电87.5%。

(2)变频调速原理

交流电动机的同步转速：n＝60f(1－s)/p.式中：n为异步电动机的转速；f为异步电动机的频率；s为电动机转差率；p为电动机极对数。转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

3 改造成果

3.1 节能

通过加负荷及无负荷实验，观察分析结果，空调节能效果达到24.8%以上，如表1。

表1 节能实验状况及效果

3.2 提高功率因数

交流设备的容量以视在功率S表示：

式中：S为视在功率；P为有功功率；Q为无功功率。

其中：P=S×cosθ Q=S×sinθ

功率因数cosθ越小，有功功率P越小，无功功率Q越大。无功功率不但增加线损和设备发热，更主要的是功率因数的降低会导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重。普通水泵电机的功率因数在0.6～0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，可使cosθ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。通过加负荷及无负荷实验，观察分析结果，提高了其功率因数，见表2。