第一篇：中央空調系統節能改造方案

中央空調系統水泵變頻節能改造方案

一、概述

中央空調系統在現代企業及生活環境改善方面極為普遍，而且某此生活環境或生產工序中是屬必須的，即所謂人造環境，不僅是溫度的要求，還有濕度、潔凈度等。至所以要中央空調系統，目的是提高產品質量，提高人的舒適度，集中供冷供熱效率高，便管理，節省投資等原因，為此幾乎企業、高層商廈、商務大樓、會場、劇場、辦公室、圖書館、賓館、商場、超市、酒店、娛樂場、體育館等中大型建筑上都采用中央空調的，它是現代大型建筑物不可缺少的配套設施之一，電能的消耗非常之大，是用電大戶，幾乎占了用電量50%以上，日常開支費用很大。

由于中央空調系統都是按最大負載并增加一定余量設計，而實際上在一年中，滿負載下運行最多只有十多天，甚至十多個小時，幾乎絕大部分時間負載都在70%以下運行。通常中央空調系統中冷凍主機的負荷能隨季節氣溫變化自動調節負載，而與冷凍主機相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動調節負載，幾乎長期在100%負載下運行，造成了能量的極大浪費，也惡化了中央空調的運行環境和運行質量。

隨著變頻技術的日益成熟，利用變頻器、PLC、數模轉換模塊、溫度傳感器、溫度模塊等器件的有機結合，構成溫差閉環自動控制系統，自動調節水泵的輸出流量；采用變頻調速技術不僅能使商場室溫維持在所期望的狀態，讓人感到舒適滿意，可使整個系統工作狀態平緩穩定，更重要的是其節能效果高達30%以上，能帶來很好的經濟效益。

二、水泵節能改造的必要性

中央空調是大廈里的耗電大戶，每年的電費中空調耗電占60% 左右，因此中央空調的節能改造顯得尤為重要。

由于設計時，中央空調系統必須按天氣最熱、負荷最大時設計，并且留10-20% 設計余量，然而實際上絕大部分時間空調是不會運行在滿負荷狀態下，存在較大的富余，所以節能的潛力就較大，其中，冷凍主機可以根據負載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應調節，存在很大的浪費。

水泵系統的流量與壓差是靠閥門和旁通調節來完成，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現象，不僅大量浪費電能，而且還造成中央空調最末端達不到合理效果的情況。為了解決這些問題需使水泵隨著負載的變化調節水流量并關閉旁通。

再因水泵采用的是Y-△起動方式，電機的起動電流均為其額定電流的3 ～ 4倍，一臺90KW的電動機其起動電流將達到500A，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機的使用壽命大大下降，同時，起動時的機械沖擊和停泵時水垂現象，容易對機械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費用。

采用變頻器控制能根據冷凍水泵和冷卻水泵負載變化隨之調整水泵電機的轉速，在滿足中央空調系統正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵作出相應調節，以達到節能目的。水泵電機轉速下降，電機從電網吸收的電能就會大大減少。

其減少的功耗 △ P=P0 〔 1-(N1/N0)3 〕（1）式

減少的流量 △ Q=Q0 〔 1-(N1/N0)〕（2）式

其中N1為改變后的轉速，N0為電機原來的轉速，P0為原電機轉速下的電機消耗功率，Q0為原電機轉速下所產生的水泵流量。由上式可以看出流量的減少與轉速減少的一次方成正比，但功耗的減少卻與轉速減少的三次方成正比。如：假設原流量為100個單位，耗能也為100個單位，如果轉速降低10個單位，由（2）式△ Q=Q0 〔 1-(N1/N0)〕 =100 ＊〔 1-(90/100)〕 =10可得出流量改變了10個單位，但功耗由（1）式△ P=P0[1-(N1/N0)3]=100 ＊〔 1-(90/100)3 〕 =27.1可以得出，功率將減少27.1個單位，即比原來減少27.1%。

再因變頻器是軟啟動方式，采用變頻器控制電機后，電機在起動時及運轉過程中均無沖擊電流，而沖擊電流是影響接觸器、電機使用壽命最主要、最直接的因素，同時采用變頻器控制電機后還可避免水垂現象，因此可大大延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。

三、中央空調系統構成及工作原理 圖一所示：

1、冷凍機組：通往各個房間的循環水由冷凍機組進行“內部熱交換”作用，使冷凍水降溫為5~7℃。并通過循環水系統向各個空調點提供外部熱交換源。內部熱交換產生的熱量，通過冷卻水系統在冷卻塔中向空氣中排放。內部熱交換系統是中央空調的“制冷源”。

2、冷凍水塔：用于為冷凍機組提供“冷卻水”。

3、“外部熱交換”系統：由兩個循環水系統組成： ⑴、冷凍水循環系統由冷凍泵及冷凍管道組成。從冷凍機組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，在各個房間內進行熱交換，帶走房間內的熱量，使房間內的溫度下降。⑵、冷卻水循環系統由冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍機組進行熱交換，使水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量，該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高，冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入水塔，使之在冷卻塔中與大氣進行熱交換，然后再將降了溫的冷卻水，送回到冷凍機組，如此不斷循環，帶走冷凍機組成釋放的熱量。

4、冷卻風機

⑴、室內風機：安裝于所有需要降溫的房間內，用于將由冷凍水冷卻了的冷空氣吹入房間，加速房間內的熱交換； ⑵、冷卻塔風機用于降低冷卻塔中的水溫，加速將“回水”帶回的熱量散發到大氣中去。

中央空調系統的四個部分都可以實施節電改造。但冷凍水機組和冷卻水機組的改造改造后節電效果最為理想，文章中我們將重點闡述對冷凍機組和冷卻機組的變頻調速技術改造。

四、中央空調變頻系統改造方案

現將內蒙古某飯店的中央空調系統的變頻節能改造方案做一具體介紹。1．中央空調原系統簡介：

1.1該集飯店中央空調系統改造前的主要設備和控制方式：450冷噸冷氣主機2臺，型號為特靈二極式離心機，兩臺并聯運行；冷凍水泵2臺，揚程28米配有功率45KW，冷卻水泵有2臺，揚程35米，配用功率75KW。均采用兩用一備的方式運行。冷卻塔2臺，風扇電機11KW，并聯運行。室內風機4臺，5.5KW，并聯運行。

1.2原系統的運行及存在問題：該飯店是一家五星飯店，為了給客入營造一個良好的居住環境，飯店大部空間采用全封密的，且飯店大部分空間自然通風效果不好，所以對夏季冷氣質量的要求較高。由于中央空調系統設計時必須按天氣最熱、負荷最大時設計，且留有10%-20%左右的設計余量。其中冷凍主機可以根據負載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應的調節。這樣，冷凍水、冷卻水系統幾乎長期在大流量、小溫差的狀態下運行，造成了能量的極大浪費。而且冷凍、冷卻水泵采用的均是Y—△起動方式，電機的起動電流均為其額定電流的3—4倍，在如此大的電流沖擊下，接觸器的使用壽命大大下降；同時，啟動時的機械沖擊和停泵時的水錘現象，容易對機械器件、軸承、閥門和管道等造成破壞，從而增加維修工作量、維修費用、設備也容易老化。另外由于冷凍泵軸輸送的冷量不能跟隨系統實際負荷的變化，其熱力工況的平衡只能由人工調整冷凍主機出水溫度，以及大流量小溫差來掩蓋。這樣，不僅浪費能量，也惡化了系統的運行環境、運行質量。特別是在環境溫度偏低、某些末端設備溫控稍有失靈或靈敏度不高時，將會導致大面積空調室溫偏冷，感覺不適，嚴重干擾中央空調系統的運行質量。因為空調偏冷的問題經常接到客人的投訴，處理這些投訴造成不少人力資源的浪費。

根據實際情況，我們向該飯店負責人提出：利用變頻器、人機界面、PLC、數模轉換模塊、溫度模塊、溫度傳感器等構成的溫差閉環自動調速系統。對冷凍、冷卻水泵進行改造，以節約電能、穩定系統、延長設備壽命。2．中央空調系統節能改造的具體方案

中央空調系統通常分為冷凍（媒）水和冷卻水兩個系統（如下圖，左半部分為冷凍（媒）水系統，右半部分為冷卻水系統）。根據國內外最新資料介紹，并多處通過對在中央空調水泵系統進行閉環控制改造的成功范例進行考察，現在水泵系統節能改造的方案大都采用變頻器來實現。

2．1、冷凍（媒）水泵系統的閉環控制

制冷模式下冷凍水泵系統的閉環控制

該方案在保證最末端設備冷凍水流量供給的情況下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調節是通過安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經由溫度控制器設定的溫度來控制變頻器的頻率增減，控制方式是：冷凍回水溫度大于設定溫度時頻率無極上調。

該模式是在中中央空調中熱泵運行（即制熱）時冷凍水泵系統的控制方案。同制冷模式控制方案一樣，在保證最末端設備冷凍水流量供給的情況下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調節是通過安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經由溫度控制器設定的溫度來控制變頻器的頻率增減。不同的是：冷凍回水溫度小于設定溫度時頻率無極上調，當溫度傳感檢測到的冷凍水回水溫越高，變頻器的輸出頻率越低。

2.2、冷卻水系統的閉環控制

目前，在冷卻水系統進行改造的方案最為常見，節電效果也較為顯著。該方案同樣在保證冷卻塔有一定的冷卻水流出的情況下，通過控制變頻器的輸出頻率來調節冷卻水流量，當中中央空調冷卻水出水溫度低時，減少冷卻水流量；當中中央空調冷卻水出水溫度高時，加大冷卻水流量，從而達到在保證中中央空調機組正常工作的前提下達到節能增效的目的。

現有的控制方式大都先確定一個冷卻泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設定為：

下限頻率并鎖定，變頻冷卻水泵的頻率是取冷卻管進、出水溫度差和出水溫度信號來調節，當進、出水溫差大于設定值時，頻率無極上調，當進、出水溫差小于設定值時，頻率無極下調，同時當冷卻水出水溫度高于設定值時，頻率優先無極上調，當冷卻水出水溫度低于設定值時，按溫差變化來調節頻率，進、出水溫差越大，變頻器的輸出頻率越高；進、出水溫差越小，變頻器的輸出頻率越低。

2.3該中央空調節能系統具體裝機清單如表二：

機組名稱 機型 品牌 數量

冷凍水泵 45KW變頻柜 ABB ACS800 兩套

冷卻水泵 75KW變頻柜 ABB ACS800 兩套

風機組 11KW變頻柜 ABB ACS800 兩套

室內風機 5.5KW變頻柜 ABB ACS800 四套

配件 PLC 西門子S7300 一臺

人機界面 西門子 一臺

溫度傳感器 丹佛斯 兩個

溫度模塊 歐姆龍 兩個

數字轉換模塊 歐姆龍 兩個

2．4介紹變頻節電原理：

變頻節能原理：由流體傳輸設備（水泵、風機）的工作原理可知：水泵、風機的流量（風量）與其轉速成正比；水泵、風機的壓力（揚程）與其轉速的平方成正比，而水泵、風機的軸功率等于流量與壓力的乘積，故水泵、風機的軸功率與其轉速的三次方成正比（即與電源頻率的三次方成正比）。變頻器節能的效果是十分顯著的，這種節能回報是看到見的。特別是調節范圍大、啟動電流大的系統及設備，通過圖三可以直觀的看出在流量變化時只要對轉速（頻率）稍作改變就會使水泵軸功率有更大程度上的改變，就因此特點使得變頻調速裝置成為一種趨勢，而且不斷深入并應用于各行各業的調速領域。

根據上述原理可知：改變水泵、風機的轉速就可改變水泵、風機的輸出功率。

圖中陰影部分為同一臺水泵的工頻運行狀態與變頻運行狀態在隨著流量變化所耗功率差。

2．5介紹系統電路設計和控制方式

根據中央空調系統冷卻水系統的一般裝機，建議在冷卻水系統和冷凍水系統各裝兩套ABB ACS800一體化變頻調速控制柜，其中冷卻變頻調速控制柜供兩臺冷卻水泵切換（循環）使用，冷凍變頻調速控制柜供兩臺冷凍水泵切換（循環）使用。變頻節能調速系統是在保留原工頻系統的基礎上加裝改裝的，變頻節能系統的聯動控制功能與原工頻系統的聯動控制功能相同，變頻節能系統與原工頻系統之間設置了聯鎖保護，以確保系統工作安全。利用變頻器、人機界面、PLC、數模轉換模塊、溫度傳感器、溫度模塊等器件的有機結合，構成溫差閉環自動控制系統，自動調節水泵的輸出流量，為了達到節能目的提供了可靠的技術條件。如圖四所示：

2．6系統主電路的控制設計

根據具體情況，同時考慮到成本控制，原有的電器設備盡可能的利用。冷凍水泵及冷卻水泵均采用一用一備的方式運行，因備用泵轉換時間與空調主機轉換時間一致，均為一個月轉換一次，切換頻率不高，決定將冷凍水泵和冷卻水泵電機的主備切換控制利用原有電器設備，通過接觸器、啟停按鈕、轉換開關進行電氣和機械互鎖。確保每臺水泵只能由一臺變頻器拖動，避免兩臺變頻器同時拖動同一臺水泵造成交流短路事故；并且每臺變頻器任何時間只能拖動一臺水泵，以免一臺變頻器同時拖動兩臺水泵而過載。

2．7系統功能控制方式

上位機監控系統主要通過人機界面完成對工藝參數的檢測、各機組的協調控制以及數據的處理、分析等任務，下位機PLC主要完成數據采集，現場設備的控制及連鎖等功能。具體工作流程：開機：開啟冷水及冷卻水泵，由PLC控制冷水及冷卻水泵的啟停，由冷水及冷卻水泵的接觸器向制冷機發出聯鎖信號，開啟制冷機，由變頻器、溫度傳感器、溫度模塊組成的溫差閉環控制電路對水泵進行調速以控制工作流量，同時PLC控制冷卻塔根據溫度傳感器信號自動選擇開啟臺數。當過濾網前后壓差超出設定值時，PLC發出過濾堵塞報警信號。送風機轉速的快慢是由回風溫度與系統設定值相比較后，用PID方式控制變頻器，從而調節風機的轉速，達到調節回風溫度的目的。停機：關閉制冷機，冷水及冷卻水泵以及冷卻塔延時十五分鐘后自動關閉。保護：由壓力傳感器控制冷水及冷卻水的缺水保護，壓力偏低時自動開啟補水泵補水。

2．8介紹系統節能改造原理

1、對冷凍泵進行變頻改造控制原理說明如下：PLC控制器通過溫度模塊及溫度傳感器將冷凍機的回水溫度和出水溫度讀入控制器內存，并計算出溫差值；然后根據冷凍機的回水與出水的溫差值來控制變頻器的轉速，調節出水的流量，控制熱交換的速度；溫差大，說明室內溫度高系統負荷大，應提高冷凍泵的轉速，加快冷凍水的循環速度和流量，加快熱交換的速度；反之溫差小，則說明室內溫度低，系統負荷小，可降低冷凍泵的轉速，減緩冷凍水的循環速度和流量，減緩熱交換的速度以節約電能；

2、對冷卻泵進行變頻改造由于冷凍機組運行時，其冷凝器的熱交換量是由冷卻水帶到冷卻塔散熱降溫，再由冷卻泵送到冷凝器進行不斷循環的。

冷卻水進水出水溫差大，說明冷凍機負荷大，需冷卻水帶走的熱量大，應提高冷卻泵的轉速，加大冷卻水的循環量；溫差小，則說明，冷凍機負荷小，需帶走的熱量小，可降低冷卻泵的轉速，減小冷卻水的循環量，以節約電能。

3、冷卻塔風機變頻控制通過檢測冷卻塔水溫度對冷卻塔風機進行變頻調速閉環控制，使冷卻塔水溫度恒定在設定溫度，可以有效地節省風機的電能額外損耗，能達到最佳節電效果。

4、室內風機組變頻控制通過檢測冷房溫度對變風機組的風機進行變頻調速閉環控制，實現冷房溫度恒定在設定溫度。室內風機組變頻控制后可達到理想的節電效果，并且空調效果較佳。2．5系統流量、壓力保障

本方案的調節方式采用閉環自動調節控制，冷卻水泵系統和冷凍水泵系統的調節方式基本相同，用溫度傳感器對冷卻（冷凍）水在主機上的出口水溫進行采樣，轉換成電量信號后送至溫控器將該信號與設定值進行比較運算后輸出一類比信號（一般為4—20MA、0—10V等）給PLC，由PLC、數模轉換模塊、溫度傳感器、溫度模塊進行溫差閉環控制，手動/自動切換和手動頻率上升、下降由PLC控制，最后把數據傳關到上位機人機界面實行監視控制。變頻器根據PLC發出的類比信號決定其輸出頻率，以達到改變水泵轉速并調節流量的目的。冷卻（冷凍）水系統的變頻節能系統在實際使用中要考慮水泵的轉速與揚程的平方成正比的關系，以及水泵的轉速與管損平方成正比的關系；在水泵的揚程隨轉速的降低而降低的同時管道損失也在降低，因此，系統對水泵揚程的實際需求一樣要降低；而通過設定變頻器下限頻率的方法又可保證系統對水泵揚程的最低需求。供水壓力的穩定和調節量可以通過PID參數的調整。當供水需求量減少時，管道壓力逐漸升高，內部PID調節器輸出頻率降低，當變頻器輸出頻率低至0HZ時，而管道在一設定時間內還高于設定壓力，變頻器切斷當前變頻控制泵，轉而控制下一個原工頻控制泵，變頻器在水泵控制轉換過程中，逐漸輪換使用水泵，使每個水泵的利用率均等，增加系統、管道壓力的穩定性和可靠性。

五、中央空調系統進行變頻改造的優點

變頻節能改造后除了可以節省大量的電能外還具有以下優點：、只需在中中央空調冷卻管出水端安裝一個溫度傳感器（如圖，安裝在冷卻水系統中中央空調冷卻水出水主管上的B處），簡單可靠。、當冷卻水出水溫度高于溫度上限設定值時，頻率直接優先上調至上限頻率。3、當冷卻水出水溫度低于溫度下限設定值時，頻率直接優先下調至下限頻率。而采用冷卻管進、出水溫度差來調節很難達到這點。4、當冷卻水出水溫度介于溫度下限設定值與溫度上限設定值時，通過對冷卻水出水溫度及溫度上、下限設定值進行PID計算，從而達到對頻率進行無極調速，閉環控制迅速準確。、節能效果更為明顯。當冷卻水出水溫度低于溫度上限設定值時，采用冷卻管進、出水溫度差來調節方式沒有將出水溫度低這一因素加入節能考慮范圍，而僅僅由溫度差來對頻率進行無極調速，而采用上、下限溫度來調節方式充分考慮這一因素，因而節能效果更為明顯，通過對多家用戶市場調查，平均節電率要提高5 ％以上，節電率達到20 ％以上。

額定電流變化，減小了大電流對電機的沖擊；

六、ABB ACS800系列一體化變頻器的優點 1.采用獨特的空間矢量（SVPWM）調制方式； 2.操作簡單，具有鍵盤鎖定功能，防止誤操作； 3.內置PID功能，可接受多種給定、反遺信號；

4.具有節電、市電和停止三位鎖定開關，便于轉換及管理； 5.保護功能完善，可遠程控制；

6.超靜音優化設計，降低電機噪聲；

7.安裝比較方便，不用破壞原有的配電設施及環境； 8.穩定整個系統的正常運行，抗干擾能力強；

9.具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能及聲光報警功能。

七、結束語

在科技日新月異的今天，積極推廣變頻調速節能技術的應用，使其轉化為社會生產力，是我們工程技術人員應盡的社會責任。對落后的設備生產工藝進行技術革新，不僅可以提高生產質量、生產效率，創造可觀的經濟效益。對節能、環保等社會效益同樣有著重要的意義。隨著變頻器應用普及時代的來臨，我公司已將變頻器的應用擴展到傳統中央空調改造的領域，不僅擴大了變頻器的應用市場，而且為中央空調應用也提出了新的課題。預計在不久的將來，由于變頻調速技術的介入，中央空調系統將真正地進入經濟運行時代，希望上述工作對于同仁們在傳統的電氣傳動設備技術改造和推進高新技術產品的普及應用工作中能有所啟示和借鑒。

第二篇：中央空調系統變頻節能改造方案

中央空調系統變頻節能改造方案

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劉佳暢

摘要 在我國經濟快速發展的大背景下，能源（水、電、油）的消耗在企業中所占的比重越來越高，也受到愈來愈大的重視。同時由于房地產的快速發展需求，中央空調的市場需求呈現強勁的增長趨勢。在市場容量不斷增大的吸引下，越來越多的廠家加入到商用中央空調的領域。變頻技術應用于中央空調系統，對提升中央空調自動化水平、降低能耗、減少對電網的沖擊、延長機械及管網的使用壽命，都具有重要的意義。

關鍵字 中央空調系統；水泵；風機；變頻器

Abstract

Keywords 概述

中央空調系統在現代企業及生活環境改善方面極為普遍，而且是某些生活環境或生產工序中所必須配備的，即所謂人造環境，不僅是溫度的要求，還有濕度、潔凈度等。之所以要求配置中央空調系統，目的在于提高產品質量，提高人的舒適度，而且集中供冷供熱效率高，便于管理，節省投資等。為此，幾乎所有企業、高層商廈、商務大樓、會場、劇場、辦公室、圖書館、賓館、商場、超市、酒店、娛樂場、體育館等中大型建筑上都采用中央空調，它是現代大型建筑物不可缺少的配套設施之一，但由于它的電能消耗非常之大，是用電大戶，幾乎占了用電量的50%以上，因此其日常開支費用很大。

中央空調系統都是按最大負載并增加一定余量設計的，而實際上在一年中，滿負載下運行最多只有十多天，甚至十多個小時，絕大部分時間負載都在70%以下運行。通常，中央空調系統中冷凍主機的負荷能隨季節氣溫變化自動調節負載，而與冷凍主機相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動調節負載，幾乎長期在100%負載下運行，造成了能量的極大浪費，也惡化了中央空調的運行環境和運行質量。

隨著變頻技術的日益成熟，利用變頻器、PLC、D/A轉換模塊、溫度傳感器、溫度模塊等部件的有機結合，可構成溫差閉環自動控制系統，自動調節水泵的輸出流量。采用變頻調速技術不僅能使商場室溫維持在所期望的狀態，讓人感到舒適滿意，使整個系統工作狀態平緩穩定，更重要的是其節能效果高達30%以上，能帶來很好的經濟效益。中央空調系統構成及工作原理

如圖1所示，中央空調系統主要由以下幾個部分組成。2.1 冷凍機組

通往各個房間的循環水經由冷凍機組進行“內部熱交換”作用，使冷凍水降溫為5~7℃。并通過循環水系統向各個空調點提供外部熱交換源。內部熱交換產生的熱量，通過冷卻水系統在冷卻塔中向空氣中排放。內部熱交換系統是中央空調的“制冷源”。2.2 冷凍水塔

用于為冷凍機組提供“冷卻水”。2.3 “外部熱交換”系統

此系統由兩個循環水系統組成：

1）冷凍水循環系統由冷凍泵及冷凍管道組成。

從冷凍機組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，在各個房間內進行熱交換，帶走房間內的熱量，使房間內的溫度下降；

2）冷卻水循環系統由冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍機組進行熱交換，使水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量，該熱量被冷卻水吸收，促使冷卻水溫度升高，冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入水塔，使之在冷卻塔中與大氣進行熱交換，然后再將降了溫的冷卻水，送回到冷凍機組，如此不斷循環，帶走冷凍機組所釋放的熱量。

2.4 冷卻風機

1）室內風機安裝于所有需要降溫的房間內，用于將由冷凍水冷卻了的冷空氣吹入房間，加速房間內的熱交換。2）冷卻塔風機用于降低冷卻塔中的水溫，加速將“回水”帶回的熱量散發到大氣中去。

中央空調系統的四個部分都可以實施節電改造，但冷凍水機組和冷卻水機組改造后的節電效果最為理想。因此我們將重點闡述對冷凍機組和冷卻機組的變頻調速技術改造，次要說明冷卻風機的變頻調速技術改造。3 中央空調系統變頻改造的具體方案

現將淅江省嘉興市某集團公司辦公樓的中央空調系統的變頻節能改造方案做一具體介紹。3.1 中央空調原系統存在的問題

該集團中央空調系統改造前的主要設備和控制方式：

1）450 t冷氣主機2臺，型號為特靈二極式離心機，兩臺并聯運行； 2）冷凍水泵2臺，揚程28 m，配用功率45 kW；

3）冷卻水泵有2臺，揚程35m，配用功率75 kW，冷凍水泵與冷卻水泵均采用一用一備的方式運行； 4）冷卻塔2臺，風扇電機11 kW，并聯運行，室內風機4臺，5.5 kW，并聯運行。

該集團是一家合資企業，為了給員工營造一個良好的工作環境，辦公樓大部分空間采用全封密的模式，因此公司大部分空間自然通風效果不好，所以對夏季冷氣質量的要求較高。除了一些節假日外，其它時間中央空調都是全開的。由于中央空調系統設計時按天氣最熱、負荷最大時設計，且留有10%~20%的設計余量。其中冷凍主機可以根據負載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應的調節。這樣，冷凍水、冷卻水系統幾乎長期在大流量、小溫差的狀態下運行，造成了能量的極大浪費。原系統中冷凍、冷卻水泵采用的均是Y-△起動方式，電機的起動電流均為其額定電流的3~4 倍，在如此大的電流沖擊下，接觸器的使用壽命大大下降；同時，啟動時的機械沖擊和停泵時的水錘現象，容易對機械部件、軸承、閥門和管道等造成破壞，從而增加維修工作量、維修費用，設備也容易老化。

另外，由于冷凍泵軸輸送的冷量不能跟隨系統實際負荷的變化，其熱力工況的平衡只能由人工調整冷凍主機出水溫度，結果只能是用大流量獲得小溫差。這樣，不僅浪費能量，也惡化了系統的運行環

境與運行質量。特別是在環境溫度偏低、某些末端設備溫控稍有失靈或靈敏度不高時，將會導致大面積空調室溫偏冷，感覺不適，嚴重干擾中央空調系統的運行質量。

針對上述實際情況，對該集團的中央空調系統實施了利用變頻器、人機界面、PLC、數模轉換模塊、溫度模塊、溫度傳感器等構成的溫差閉環自動調速系統的方案。主要對冷凍、冷卻水泵進行了變頻調速技術改造，達到節約電能、穩定系統、延長設備壽命，提高環境舒適度的目的。3.2 中央空調系統節能改造的具體方案

對該中央空調節能系統進行變頻節能改造的具體裝機清單如表1所列。

3.2.1 變頻節電原理

由流體傳輸設備（水泵、風機）的工作原理可知：水泵、風機的流量（風量）與其轉速成正比；水泵、風機的壓力（揚程）與其轉速的平方成正比；而水泵、風機的軸功率等于流量與壓力的乘積，故水泵、風機的軸功率與其轉速的三次方成正比（即與電源頻率的

三次方成正比）。變頻器節能的效果是十分顯著的，這種節能回報是看得見的。特別是調節范圍大、啟動電流大的系統及設備，通過圖2 可以直觀地看出在流量變化時只要對轉速（頻率）稍作改變就會使水泵軸功率有更大程度上的改變，此特點使得使用變頻器進行調速成為一種趨勢，而且不斷深入并應用于各行各業的調速領域。根據上述原理可知：改變水泵、風機的轉速就可改變水泵、風機的輸出功率。

圖中陰影部分為同一臺水泵的工頻運行狀態與變頻運行狀態在隨著流量變化所消耗的功率差。3.2.2 系統電路設計和控制方式

根據中央空調系統冷卻水系統的一般裝機形式，建議在冷卻水系統和冷凍水系統各裝兩套傳動之星SD-YP 系列一體化變頻調速控制柜，其中冷卻變頻調速控制柜供兩臺冷卻水泵切換（循環）使用，冷凍變頻調速控制柜供兩臺冷凍水泵切換（循環）使用。變頻節能調速系統是在保留原工頻系統的基礎上改裝的，變頻節能系統的聯動控制功能與原工頻系統的聯動控制功能相同，變頻節能系統與原工頻系統之間設置了聯鎖保護，以確保系統工作安全。利用變頻器、人機界面、PLC、數模轉換模塊、溫度傳感器、溫度模塊等器件的有機結合，構成溫差閉環自動控制系統，自動調節水泵的輸出流量，為達到節能的目的提供了可靠的技術條件。如圖3所示，給出了主電路具體的改造方案。

3.2.3 系統主電路的控制設計

根據具體情況，同時考慮到成本控制，盡可能地利用原有的電器設備。冷凍水泵及冷卻水泵均采用一用一備的運行方式，因備用泵轉換時間與空調主機轉換時間一致，切換頻率不高，所以冷凍水泵和冷卻水泵電機的主備切換控制利用原有電器設備，通過接觸器、啟停按鈕、轉換開關進行電氣和機械互鎖。確保每臺水泵只能由一臺變頻器拖動，避免兩臺變頻器同時拖動同一臺水泵造成交流短路事故；并且每臺變頻器任何時間只能拖動一臺水泵，以免一臺變頻器同時拖動兩臺水泵而過載。3.2.4 系統功能控制方式

上位機監控系統主要通過人機界面完成對工藝參數的檢測，各機組的協調控制以及數據的處理、分析等任務；下位機PLC主要完成數據采集，現場設備的控制及聯鎖等功能。具體工作過程中，開機時，開啟冷水及冷卻水泵，由PLC控制冷水及冷卻水泵的啟停，由控制冷水及冷卻水泵的接觸器向制冷機發出聯鎖信號，開啟制冷機，由變頻器、溫度傳感器、溫度模塊組成的溫差閉環控制電路對水泵進行調速以控制工作流量，同時PLC控制冷卻塔根據溫度傳感

器信號自動選擇開啟臺數；當過濾網前后壓差超出設定值時，PLC發出過濾堵塞報警信號；送風機轉速的快慢是由回風溫度與系統設定值相比較后，用PID方式控制變頻器，從而調節風機的轉速，達到調節回風溫度的目的。停機時，關閉制冷機，冷水及冷卻水泵以及冷卻塔延時15 min 后自動關閉。保護時，由壓力傳感器控制冷水及冷卻水的缺水保護，壓力偏低時自動開啟補水泵補水。

3.3 系統節能改造原理

變頻節能系統示意圖如圖4所示。

1）對冷凍泵進行變頻改造PLC控制器通過溫度模塊及溫度傳感器將冷凍機的回水溫度和出水溫度讀入控制器內存，并計算出溫差值；然后根據冷凍機的回水與出水的溫差值來控制變頻器的轉速，調

節出水的流量，控制熱交換的速度。溫差大，說明室內溫度高系統負荷大，應提高冷凍泵的轉速，加快冷凍水的循環速度，加大流量，加快熱交換的速度；反之溫差小，則說明室內溫度低，系統負荷小，可降低冷凍泵的轉速，減緩冷凍水的循環速度，減小流量，降低熱交換的速度以節約電能。

2）對冷卻泵進行變頻改造由于冷凍機組運行時，其冷凝器的熱交換量是由冷卻水帶到冷卻塔散熱降溫，再由冷卻泵送到冷凝器進行不斷循環的。冷卻水進水出水溫差大，說明冷凍機負荷大，需冷卻水帶走的熱量大，應提高冷卻泵的轉速，加大冷卻水的循環量；溫差小，則說明，冷凍機負荷小，需帶走的熱量小，可降低冷卻泵的轉速，減小冷卻水的循環量，以節約電能。

3）冷卻塔風機變頻控制通過檢測冷卻塔水的溫度對冷卻塔風機進行變頻調速閉環控制，使冷卻塔水溫恒定在設定溫度，可以有效地節省風機的電能額外損耗，能達到最佳節電效果。

4）室內風機組變頻控制通過檢測冷房溫度對變風機組的風機進行變頻調速閉環控制，實現冷房溫度恒定在設定溫度。室內風機組變頻控制后可達到理想的節電效果，并且使空調效果更佳。

3.4 系統流量、壓力保障

本方案的調節方式采用閉環自動調節控制，冷卻水泵系統和冷凍水泵系統的調節方式基本相同，用溫度傳感器對冷卻（冷凍）水在主機上的出口水溫進行采樣，轉換成電量信號后送至溫控器將該信號

與設定值進行比較運算后輸出一模擬信號（一般為4~20 mA、0~10 V等）給PLC，由PLC、D/A轉換模塊、溫度傳感器、溫度模塊進行溫差閉環控制，手動/自動切換和手動頻率上升、下降由PLC控制，最后把數據傳送到上位機人機界面實行監視控制。變頻器根據PLC 發出的模擬信號決定其輸出頻率，以達到改變水泵轉速并調節流量的目的。

冷卻（冷凍）水系統的變頻節能系統在實際使用中要考慮水泵的轉速與揚程的平方成正比的關系，以及水泵的轉速與管損平方成正比的關系。在水泵的揚程隨轉速的降低而降低的同時管道損失也在降 低，因此，系統對水泵揚程的實際需求一樣要降低； 而通過設定變頻器下限頻率的方法又可保證系統對水泵揚程的最低需求。供水壓力的穩定和調節量可以通過PID參數的調整。當供水需求量減少時，管道壓力逐漸升高，內部PID調節器輸出頻率降低，當變頻器輸出頻率低至0 Hz時，而管道在一設定時間內還高于設定壓力，變頻器切斷當前變頻控制泵，轉而控制下一個原工頻控制泵，變頻器在水泵控制轉換過程中，逐漸輪換使用水泵，使每個水泵的利用率均等，增加系統、管道壓力的穩定性和可靠性。中央空調系統進行變頻改造的優點

變頻節能改造后除了可以節省大量的電能外還具有以下優點：

1）電機起動是軟起動，電流從0 A到額定電流變化，減小了大電流對電機的沖擊； 2）電機軟起動轉速從0 開始緩慢升速，可以有效減少水泵或風機的機械磨損；

3）變頻器是高性能的電力電子設備，具有較強的電機保護功能，能延長系統各部件的使用壽命； 4）使室溫維持恒定，讓人感到舒適；

5）經過改造后，可以使系統具有較高的可靠性，減少了環境噪音，減少了維修維護工作量。5 傳動之星SD-YP系列一體化變頻器的優點 1）采用獨特的空間矢量（SVPWM）調制方式； 2）操作簡單，具有鍵盤鎖定功能，防止誤操作； 3）內置PID功能，可接受多種給定、反饋信號；

4）具有節電、市電和停止三位鎖定開關，便于轉換及管理； 5）保護功能完善，可遠程控制； 6）超靜音優化設計，降低電機噪聲；

7）安裝比較方便，不用改變原有的配電設施及環境； 8）穩定整個系統的正常運行，抗干擾能力強；

9）具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能及聲光報警功能。6 結語

在科技日新月異的今天，積極推廣變頻調速節能技術的應用，使其轉化為社會生產力，是我們工程技術人員應盡的社會責任。對落后的設備生產工藝進行技術革新，不僅可以提高生產質量、生產效率，創造可觀的經濟效益，對節能、環保等社會效益同樣有著重要的意義。隨著變頻器應用普及時代的來臨，不僅擴大了變頻器的應用市場，而且為中央空調應用也提出了新的課題。預計在不久的將來，由于變頻調速技術的介入，中央空調系統將真正地進入經濟

運行時代，希望上述工作對于同仁們在傳統的電氣傳動設備技術改造和推進高新技術產品的普及應用工作中能有所啟示和借鑒。

第三篇：中央空調節能方案

中央空調節能方案

在建筑能耗中，中央空調能耗一般占到了40%——60%的比例，因此如何有效降低空調能耗就成為建筑節能的重中之重。

中央空調的節能可通過以下兩種方法進行：

（1）管理節能：在保障建筑物舒適的前提下，通過對行為的約束管理或通過調整設備的不合理運行狀態來達到節能的目的。

（2）技術節能：技術節能是通過先進的科學技術，通過對建筑物內用能設備的改進來達到節能的目的，技術節能有兩種方法，一種是提高用能設備的效率，另一種是通過技術手段設備的調整運行狀態，從而避免不必要的能源浪費。

總之，要想真正是實現建筑物的節能不僅要利用技術有段進行節能改造，而且還必須配合有效的管理節能手段，只有兩者有效的配合才能達到節能的最大化。

一、管理節能

目前我國建筑內的中央空調系統大部分設計都趨于保守，存在配置過大，管理不便的現象，空調設計很少從節能的角度來進行考慮，這種狀況無疑增加了中央空調的能耗。為了達到節能的效果，需要做到“功能適當，運行合理”，在保持舒適度的前提下，盡可能地降低能耗，同時應該有切實可行的管理手段，使得系統運行科學、合理，操作簡單、方便。

要實現對重要空調的管理節能我們必須首先能夠找到空調系統存在哪些能耗浪費的地方，設備存在怎樣的不合理運行狀態等，只有找到了原因，我們才能夠找到相應的解決途徑，因此，要想實現中央空調系統的節能，就必須對中央空調的系統進行節能診斷。

1、主機

空調主機是空調系統中裝機容量最大的設備，物業部門一般對其維修保養都很重視，基本能做到運行狀況的連續記錄，但是記錄數據往往沒有用于指導設備的高效運行，為了有效地對中央空調進行診斷，我們可以根據運行記錄的數據對系統存在的問題做出診斷。

在一般的電制冷主機運行記錄表中，都會記錄主機的蒸發溫度和冷水出水溫度，一般對于水冷方式的主機來說，蒸發溫度要比出水溫度低3——4℃，實際值若超出這個數值，則說明蒸發器或制冷劑有問題，應注意檢修。同時，一般冷凝溫度要比冷卻水出水溫度高2——4℃，若實際運行情況超出此值，大多是主機的冷凝器有問題，應注意及時清洗。

在實際的運行中往往出現這樣的情況：冷水的供回水溫差在2——3℃之間，說明空調末端符合不大，但是冷卻水出水溫度很高，且冷凝壓力很高，導致主機的負荷在90%以上。這種情況基本是冷凝器出了問題，在進行及時清理后，主機的負荷會大幅度下降，節約大量的能耗。

另外，通過記錄主機的冷凍水流量、供回水溫度，及壓縮機電流等參數的監測，我們就可以計算出主機的性能系數cop，并可以對主機的運行效率有一個大致的判斷。如果主機的運行效率過低，將會導致能源的浪費，對此應該找出原因并加以改善。

對主機的節能診斷，還要觀察不運行的冷凍機的水閥是否關閉，若閥門不關將會導致回水箱的部分熱水經過該主機旁通到了供水箱，在供水箱內發生了冷水跟熱水混合的現象，這樣將會導致大量的能源浪費。

同理，冷凍水分水箱和集水箱之間的旁通閥若處于未關狀態，或者存在一臺冷機對開兩臺冷凍泵的現象時，也會出現冷熱水混合的現象，導致能源的浪費，這個問題應引起我們的注意。

2、冷卻水

在實際的冷卻水運行中往往存在著不運行冷卻塔的閥門不關的情況，這樣造成的后果是熱水經過該冷塔后與其他正常運行的冷卻塔的冷水混合，進入了主機，導致主機冷凝器的進水溫度偏高，主機的cop減小，主機的能耗增加，浪費大量能源。解決該問題的辦法是將不運行的冷塔的進出水閥門關掉。

另外，通常吸收式空調主機因真空度降低或制冷劑污染造成制冷劑效率降低；冷卻塔常因失修（如布水輪不轉動）導致散熱效率下降，主機或冷卻塔的效率是否降低可按下述方法大致鑒別：

（1）主機輸出制冷量減少（冷凍水運行供水溫度大于設置溫度）；

（2）冷卻水進水溫度高，主機曾報警，冷卻水進出口溫差小于5℃；

（3）冷凍水供水溫度高，末端用戶曾報熱投訴，冷凍水供回水溫差小于5℃。

如果主機或冷卻塔出現了效率降低的情況，就應及時維修，以免造成能源浪費。

3、冷凍水

目前的冷凍水系統中，往往存在著水泵選型過大的問題，造成的結果是，一方面功率偏大造成能耗的浪費，另一方面是水泵偏離標準工況運行，導致水泵長期工作在低效區，水泵效率偏低導致能源的浪費，此種情況解決的辦法是更換水泵或者采用變頻調速的手段來實現節能。

冷凍水管路如果存在水力不平衡問題將會使整個系統的能耗增加。一般空調運行中存在一個誤區，認為空調末端效果差是由于總水量偏小，所以往往會通過增加水泵開啟臺數或者換大流量水泵來解決。但實際的原因大多是由于工程竣工后空調水系統從未做過水力平衡，導致部分末端數量不足，而部分末端水量過剩，而工作人員往往為了滿足水量不足這部分末端的換熱要求，只能增大總水量，從而使得其他末端的水量變大，白白浪費了一些能源。

因此，冷凍水流量分配診斷內容應該為測量系統各分支的冷凍水量和進回水溫度，從而判斷各分支冷量的提供情況，一次判斷系統是否存在水力不平衡現象。

對水力不平衡的解決方法是：找出水力不平衡的原因，如果是因為個別風機盤管支路堵塞，可對此修復；若因局部末端負荷水壓不足，應考慮采用調整水力平衡調節閥或增加小型管道泵的可能性。

二、技術節能

以上介紹的是通過行為管理來達到節能的目的，事實證明這是一種最簡單有效的節能方式，在某種程度上可以達到一定的節能效果，但是管理節能的方式也有一定的局限性，因為它不能從根本上解決中央空調所存在的巨大能源浪費問題。

一般來說，中央空調系統的設計通常按建筑物所在地的極端氣候條件來計算其最大冷負荷（或最大熱負荷），并由此確定空調主機的裝機容量及空調水系統的供水流量。然而，實際上每年只有極短時間出現最大冷負荷（或最大熱負荷）的情況。因此，中央空調系統在絕大部分時間里，都是在部分負荷（遠小于其額定容量）條件下運行。據統計，實際空調負荷平均只有設備能力的50%左右，因而出現了“大馬拉小車”的現象，這無疑造成了大量的能源白白浪費。

另一方面，空調負荷又具有變動性。由于受季節交替、氣候變幻、晝夜輪回、使用變化及人流量增減等各種因素變化的影響，中央空調系統的負荷具有起伏變化和不恒定的特點。如果中央空調的運行方式不能根據負荷的變化而調節，始終在額定容量（即滿負荷狀態）下運行，勢必造成巨大的能源浪費。

隨著科技的發展，現在，不少空調主機已能夠根據負荷變化自動隨之減載或加載，但輸送空調水（冷凍水和冷卻水）的水泵如果不能跟隨負荷的變化做出相應的調節，始終在額定功率下運行，仍然會造成輸送能量的很大浪費。

目前，國內的中央空調系統，由于沒有先進的技術手段支持，基本上都采用傳統的定流量控制方式，即空調冷凍（溫）水流量、冷卻水流量和冷卻風風量都是恒定的。也就是說，只要啟動空調主機、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風機都在工頻狀態下運行。

定流量控制方式的特征是系統的循環水量保持定值不變，當負荷變化時，通過改變供水或回水溫度來匹配，定流量供水方式的優點是系統簡單，不需要復雜的控制設備。但這種控制方式存在以下問題：

（1）無論末端負荷大小如何變化，空調系統均在設計的額定狀態下運行，系統能耗始終處于設計的最大值，能源浪費很大。

（2）舒適型空調系統是一個多參量、非線性、時變性的復雜系統，由于末端負荷的頻繁波動，必然造成系統循環溶液（載冷劑、冷卻劑、制冷劑溶液）的運行參量偏離空調主機的最佳工作狀態，導致主機熱轉換效率（cop值）降低，系統長期在低效率狀態下運行，也會增加系統的能源消耗。

為了解決中央空調的能源浪費問題，社會各界都已開始研究中央空調系統的節能途徑，希望通過先進的技術手段來實現節能。目前主要的節能控制思想主要有以下幾種：

1、水泵變頻節電

直接在水泵電機前加裝變頻器通過人工調整頻率，去除水泵余量而節能。

2、簡單pID變頻控制

利用壓差或溫差作為控制參量，采用pID（比例、積分、微分）算法控制變頻器工作頻率，使水泵流量跟隨負荷變化，從而達到水泵節能的目標。

（1）恒壓差控制

中央空調冷凍水系統的恒壓差控制原理圖

在冷凍水系統供、回水總管間設置水力壓差傳感器，通過檢測壓差△p控制變頻器，為水泵提供變速調節。

其控制原理是以保持冷凍水供、回水壓差的恒定為依據，來調節用戶側冷凍水的供水流量，從而達到節能的目的，其控制過程如下：

當空調實際負荷減少時，隨著末端眾多二通閥的關閉，冷凍水供、回水壓差會增大（偏離了設定值），壓差傳感器檢測出壓差的變化后，將信息傳送到變頻器，變頻器的輸出頻率隨之降低。是冷凍水泵電機轉速降低，供水流量減少，使冷凍水供、回水壓差減少并回到設定值，系統用戶側進入低流量狀態。由于水泵電機轉速降低，從而達到節約電能的目的。

反之當空調實際負荷增加時，隨著末端眾多二通閥開啟，冷凍水供、回水壓差會變小（偏離了設定值），壓差傳感器檢測出壓差的變化后，將信息傳送到變頻器，變頻器的輸出頻率隨之升高，使冷凍水泵電機轉速提高，高水流量增加，是冷凍水供、回水壓差增大并重新趨于設定值，系統用戶側進入新的流量運行狀態。

（2）恒溫差控制

中央空調水系統的恒溫差控制原理圖

在水系統供、回水總管上分別設置溫度傳感器T出和T入，通過pLC檢測供、回水溫差△T的變化來控制變頻器，為水泵提供變速調節。

其控制原理是以保持供、回水溫差的恒定為依據，來調節用戶側水系統的供水流量，從而達到節能的目的。其控制過程如下：

采用恒溫差對空調系統的水泵電機進行控制，它根據需要設定水系統的正常工作溫差，并給出最高和最低的運行水溫差，在此范圍內，可人工調節所需的運行溫差。

當空調實際負荷減少時，隨著末端眾多二通閥的關閉，水系統供、回水溫差會變小（偏離了設定值），pLC檢測出溫差的變化后，經比例積分微分（pID）運算并控制變頻器的輸出頻率隨之降低，使水泵電機轉速降低，供水流量減少，使供、回水溫差增大并回到設定值，系統用戶側進入低流量運行狀態，由于水泵電機轉速的降低，從而達到節約電能的目的。

反之，當空調實際負荷增加時，隨著末端眾多二通閥的開啟，水系統供、回水溫差會增大（偏離了設定值），pLC檢測出溫差的變化后，經pID運算并控制變頻器的輸出頻率隨之升高，使水泵電機轉速提高，供水流量加大，使供、回水溫差減小并重新趨于設定值，系統用戶側進入新的流量運行狀態。

以上所述的恒壓差和恒溫差控制方式都是依據單參量數據采集對系統進行比例、積分、微分（pID）控制。pID歷史悠久、原理簡單、使用方便、投資較低，在工業控制領域獲得了極好的應用，具有較好的控制效果。但中央空調系統是一個十分復雜的系統，這種以壓差或溫差作為控制效果參量的pID調節，在中央空調控制中存在較大的局限性，主要在于：

沒有全面采集空調系統的運行參數，也沒有對空調系統各個環節進行全面控制，系統設計是有局限性的、不完整的，不可能實現系統綜合優化與最佳節能。

比例積分微分（pID）控制中最重要的工程參數比例系統K、積分時間常數TI和微分時間常數TD，一旦選定后，如果人不去調節，它是不定不變的，不可能跟隨受控參量的變化而自動調整。也就是說，工程參數整定之后，就用同一種參數去對付各種不同的運行工況。實際上，中央空調系統是一個時變性的動態系統，其運行工況受季節變化、氣候條件、環境溫度、人流量等諸多種因素的綜合影響，是隨時變化的，且始終處于波動之中。因此，靜態參數的pID控制方法不可能達到最佳的控制效果。

pID工程參數的整定在很大程度上依賴于精確的數學模型，而中央空調系統是一個多變量的、復雜的、時變的系統，其過程要素之間存在著嚴重的非線性，大滯后及強耦合關系，一般難以獲得精確的數學模型。對這樣的系統，傳統的pID控制很難實現較好的控制效果。實踐證明，恒壓差或恒溫差的單參量控制，很容易引起水系統參量振蕩，長時間都不能到達設定值的穩定狀態，即影響了系統的穩定性，又降低了空調效果的舒適性。

由于中央空調系統的被控對象是空調區域內各個房間的溫度場，它與空調系統進行熱交換的工況相當復雜，制約因素太多。中央空調系統是一個時滯、時變、非線性、多參量且參量之間耦合很強的復雜系統。其復雜性表現為：

結構的高度復雜性；

環境和符合特性的高度不確定性，導致控制參數不易在線調節；

大時滯，多個慣性環節；

大惰性；

高度非線性；

多變量，時變性，復雜的信息結構。

這些都是難以用精確的數學模型或方法來描述，因此，基于精確模型的傳統控制難以解決這種復雜系統的控制。

3、智能模糊控制方式

對于中央空調這種復雜系統，很難用精確的數學模型進行描述，或者所得數學模型不是過于復雜就是較為粗糙，以精確性為主要特點的經典數學，對于這類控制問題往往難以奏效。

如果把人（操作人員、管理人員或專家）的操作經驗、知識和技巧歸納成一系列的規則，存放在計算機中，使控制器模仿人的操作策略，就可以實現中央空調系統的人工智能模糊控制。其控制的基本思想就是按照中央空調主機所要求的最佳運行參數去控制中央空調系統的運行，根據系統的運行工況及制冷工質參數的變化，通過模糊控制器動態調整空調系統運行參數，確保空調主機施工處于優化的最佳工作點上，使主機始終保持具有高的熱轉換效率，有效地解決了傳統中央空調系統在低負荷狀態下熱轉換效率下降的難題，提高了系統的能源利用率。

中央空調系統是一個較復雜的系統工程，要實現中央空調系統的最佳運行和節能，從局部去解決問題（如采用通用變頻器pID控制）是不可能辦到的，必須針對空調系統的各個環節（包括主機、冷凍水系統、冷卻水系統等）統一考慮，全面控制，使整個系統協調運行，才能實現最佳綜合節能。

1）冷凍水系統蠶蛹最佳輸出能量控制

當環境溫度，空調末端負荷發生變化時，各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量亦隨之變化，流量計、壓差傳感器和溫度傳感器將檢測到的這些參數送至模糊控制器，模糊控制器依據所采集的實時數據及系統的歷史運行數據，實時計算出末端空調負荷所需的制冷量，以及各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量的最佳值，并以此調節各變頻器輸出頻率，控制冷凍水泵的轉速，改變其流量使冷凍水系統的供回水溫度、溫差、壓差和流量運行在模糊控制器給出的最優值。

（2）冷卻水系統采用系統效率最佳控制

當環境溫度，空調末端負荷發生變化時，中央空調主機的負荷率將隨之變化，主機的效率也隨之變化。

由于主機效率與冷卻水入口溫度有關，冷卻水入口溫度降低，有利于提高主機效率，降低主機能耗。但冷卻水溫度降低，將導致冷卻水泵和冷卻塔的能耗升高。因此，只有將主機能耗、冷卻水泵能耗、冷卻塔風機能耗三者統一考慮，才能找到一個系統最佳效率點，是整個制冷系統能效比最高。

要達到系統效率最佳控制，冷卻水入口溫度應隨室外氣溫變化進行動態調節。

（3）系統控制原理圖

當中央空調系統負荷變化造成空調主機及其水系統偏離最佳工況時，模糊控制器根據數據采集得到各種運行參數值，如系統供回水溫度等，經推理運算后輸出優化的控制參數值，對系統運行參數進行動態調整，確保主機在任何負荷條件下，都有一個優化的運行環境，始終處于最佳運行工況，從而保持效率（cop）最高，能耗最低，實現主機節能10%——30%，水泵系統節能60%以上，事實證明只能模糊控制方式是在空調控制領域最為先進的節能控制策略，該方式可以達到很好的節能效益和社會效益。

第四篇：宿舍生活熱水系統節能改造方案

宿舍生活熱水系統節能改造方案

一、項目概況

深圳市卓益節能設備有限公司利用自主研發的卓益中央熱水機及控制系統，推出中央熱水節能解決方案。方案可完全替代各類型熱水鍋爐。產品廣泛用于賓館、酒店、洗浴中心、學校、機關、住宅公寓、醫院等需要需要大量生活熱水的場所。可完全全替代噸以下的小型熱水鍋爐。也可作為太陽能、空氣能熱泵的輔助供熱，以彌補太陽能、空氣能熱泵難以在低溫下供熱的情況。具有出熱水速度快、節能環保、自動控制無需專人值守、山水量配置靈活、檢修方便等優點。經濟性和環保性能遠優于普通鍋爐（無須辦理繁雜的消防安檢手續和特許使用證件）可單機或聯機模塊組合使用，是替代鍋爐、電煤等傳統供熱設備節能改造的最佳產品。

二、公司簡介

深圳市卓益節能環保設備有限公司是業內技術領先的綜合節能解決方案提供商。公司通過為酒店、賓館、桑拿洗浴、餐飲、食品加工、機關、學校、醫院等企事業單位提供供熱、供暖、供蒸汽、供開水解決方案及相關產品，解決傳統煤電供熱設備環境污染嚴重和能源利用效率低下等問題。卓益節能擁有業界最完整的燃氣節能產品和節能綜合解決方案，通過全系列的節能蒸汽機、節能熱水機、節能開水機、節能湯桶、節能油炸機等產品和節能綜合解決方案及服務，靈活滿足不同行業、不同客戶的差異化需求。

卓益公司堅持以持續技術創新為客戶不斷創造價值，公司研發團隊由具有國內領先的熱交換技術專家、設計工程師組成，憑借研發成員多年的供暖、供熱、供蒸汽、鍋爐從業背景，結合最新的軟件技術、先進的企業管理理念，形成業內一流的研發和管理團隊。研發中心在引進國外尖端技術的同時，結合國內行業應用經驗，經過多年潛心實驗、摸索、研發改進，推出業內領先的六大系列燃氣節能產品。產品采用先進的計算計輔助設計和仿真軟件，整機一體化成型、模塊化設計。公司擁有激光切割、CNC機加中心、自動噴涂等先進生產設備，通過先進的工業化設計和生產方式，為客戶提供高質量的產品。

相對于傳統的煤電加熱設備，卓益公司節能產品的節能率達30%～60%，節能蒸汽機、節能熱水機、節能開水機、中央開水系統、節能湯桶等系列產品采用模塊化設計，具有一鍵式操作、自動化控制、安全可靠、易維護、長壽命、低運行成本等特點。設備常壓工作，無須辦理繁雜的高壓容器使用許可證，無需專人值守，無需專用機房。協助客戶從人力配置、場地要求、使用成本、設備成本、維護成本五大方面減少投入、增加效益。

經營范圍：節能熱水機、中央熱水機、商用熱水機、節能中央開水機、節能蒸汽設備、供暖熱水設備、節能燃氣具的研發、銷售、及上門安裝，國內貿易，合同能源管理，節能工程的設備，軟件系統集成。

主營產品或服務：炊事設備, 其他節能設備, 其他鍋爐及配件, 生活飲用水處理設備

三、中央熱水機系統原理

燃氣節能中央熱水機/爐系列，整機由燃氣電磁閥（可調節控制火力大小）、不銹鋼高效燃燒器、電子脈沖點火器、不銹鋼盤管換熱器、強排抽風機、智能控制總成、安全保護裝置等要件構成。使用液化石油氣、天然氣、人工煤氣等氣體燃料，運用最新燃燒熱交換技術設計制造，熱效率達95%以上，出水升溫速度快，流量大，具有節能環保、不易結水垢、24小時不間斷出水、自動控制無需專人值守、檢修方便等優點。經濟性和環保性能比遠優于普通鍋爐（無須辦理繁雜的消防安檢手續和特許使用證件）可單機或聯機模塊組合使用，單機每小時可供熱水5噸（溫升25度），是替代鍋爐、電煤等傳統供熱設備節能改造的最佳產品。

產品廣泛用于賓館、酒店、洗浴中心、學校、機關、住宅公寓、醫院、圖書館、商場、蔬菜大棚等需要大量生活熱水或需要集中供暖、供熱、生活分戶式供暖、供熱的各種場所。可完全替代2噸以下的小型鍋爐。也可作為太陽能、空氣能熱泵的輔助供熱，以彌補太陽能、空氣能熱泵難以在低溫下供熱的情況。

中央熱水機功能特點：

1、操作方便：一鍵式開關，電子自動點火，隨開隨關，自動進水，使用方便；

2、開水供應量大：可連續不間斷提供大量開水，單機最大可供應5噸熱水，可多機并聯使用，3、恒溫控制：連續恒溫開水輸出，溫度最高80度，任意可調；

4、噪音低：采用自然引風方式，比傳統鼓風式降低噪音60%以上，小于國家標準26倍；

5、環保、低排放：CO的排放量僅為國家標準的0.0029%，低于國家標準69倍；

四、生活熱水系統

根據公寓樓的布置情況，因地制宜將每棟公寓樓劃分為各自熱水系統，每棟樓單獨為一個系統，地源熱泵生活熱水系統圖如圖1所示。

圖1 每棟公寓樓有約300間宿舍，住宿學生1500人，設計熱水需求量為每人50升/天，學生使用熱水系數為0.6，4棟公寓樓總共熱水需求量為180噸左右。室內熱水供水管網設計。

熱水供水管網主要用于將熱水從機房保溫水箱輸送至每個宿舍供學生使用，宿舍內熱水供水管網如圖2所示。

圖2 每棟宿舍的熱水供水管網都設計采用上供下回的供回方式，供回水管采用同程連接,保證每個宿舍學生一打開熱水閥便有熱水。每個宿舍安裝一套預付費熱水計量系統，學生均需通過自己的校園一卡通按預設的單價購置熱水后方可使用，學生用水按流量計費，用多少水收多少費，避免糾紛，

第五篇：山東大學主教學樓中央空調節能改造工程

山東大學主教學樓中央空調節能改造工程

摘要：針對重慶大學主教學樓中央空調系統的特點和要求，我們將分層能量計量和用電計量集成到EA系統。EA能源顧問系統能夠對重慶大學主教學樓的中央空調系統的運行信息的全面采集及綜合分析處理，實現冷水機組與冷凍水系統、冷卻水系統和冷卻塔系統的匹配和協調運行，實現變負荷工況下整個系統綜合性能優化，可保障冷機控制系統在任何負荷條件下，都高效率地運行，最大限度地降低整個系統的能耗。

關鍵詞：山東大學，主教學樓，中央空調，節能改造

Abstract: aiming at the main teaching chongqing university of the central air conditioning system characteristics and requirements, we will be layered energy measurement and electricity meters integrated to EA system.EA energy adviser to chongqing university system to the main teaching of the central air conditioning system operation of information collection and comprehensive analysis and processing of comprehensive, realize water chillers and chilled water system, cooling water system and cooling tower system matching and harmoniously, realize the variable load conditions the whole system comprehensive performance optimization, guaranteeing cold machine control system in any load conditions, high efficiency operation, maximize reduce the energy consumption of the whole system.Keywords: shandong university, the main teaching building, central air conditioning, energy saving transformation

中圖分類號：TE08文獻標識碼：A 文章編號：

主教學樓中央空調節能改造概況及分析

1、改造概況

山東大學主教學樓是集教學、科研、辦公、會議于一體的綜合性大樓，位于重慶大學A區心臟地帶，西鄰經營學院，北臨嘉陵江，南鄰民主湖，總建筑面積70032平方米，建筑高低99米，分裙樓

一、裙樓二和塔樓三部分，地下三層，總空調面積37032平方米。

學校為了提高主教樓中央空調計量監控和節能經濟運行，決定對相關系統進行節能改造，包括：

1、冷凍泵、冷卻泵和冷卻塔進行變頻改造；

2、對冷機及控制系統進行節能改造；

3、對中央空調分樓層計量及樓層分項用電進行計量改造；

根據我們對項目的了解和實地的現場考察，我們發現此項目之前有一套機房控制系統，且為江森自控的產品系列，所以這個項目無論從硬件還是軟件方面都非常適合應用我們的Energy Advisor能源管理系統，我們可以實現真正的無縫化通訊控制和能源計量。

從上述我們對該系統的了解可以得知：Energy Advisor能源管理系統是專門針對變頻改造和冷機控制而設計的能源管理系統，Energy Advisor不僅通過先進、可轉換的控制技術對控制系統進行優化，而且很重要的是它可以通過簡潔、方便的可視化界面，能對整個系統的能源狀態和節能情況有個直觀的數字化計量，此系統比其它產品的出眾之處也正是基于對整個能源系統的完整展示和計量分析。下面我們就具體方案進行詳細闡述。

2、需求分析

2.1冷凍泵、冷卻泵和冷卻塔進行變頻改造部分

我們根據系統的設計圖紙要求，冷凍泵為2用2備，對其中的2臺加裝變頻器，其功率為55KW, 冷卻水泵為2用2備，對其中的2臺加裝變頻器，其功率為75KW，循環泵為一用一備，對其中一臺加裝一臺功率為22KW的變頻器，水源熱泵機組的水泵為2臺，其中一臺加裝45KW的變頻器，屋頂冷卻塔風機共4臺，分別加裝3臺22KW（5.5kw×5）的變頻器，一臺11KW（5.5kw×2）變頻器，我們將變頻器控制柜就近安放在啟動柜附近，以方便安裝和管理。

2.2對冷機及控制系統的節能改造

重慶大學冷水機組共4臺，冷凍水循環泵6臺，冷卻水循環泵6臺，我們去現場對江森自控的冷機系統進行了檢測，發現原來安裝的設備全部完好并能正常使用，為了給用戶節約成本，不造成重復投資，將保留現場完好的現場設備；但我們如果進行節能監測和節能改造還需要加裝部分設備以對其能耗進行更好的監測，主要設備包括：在冷水機組和冷凍和冷卻出水側分別安裝流量計，以監測冷機的水流量情況，在每臺冷水機組加裝功率表，對其耗能情況進行實時監視，功率表的數據可以連入控制系統，通過通訊線傳輸到網絡，實時顯示在機房Energy Advisor系統的控制屏中。在屋頂安裝室外溫濕度傳感器，當室外溫度較低時，用以控制進入制冷機組冷凝器的冷卻水溫度不低于主機要求的最低啟動溫度。

2.3對中央空調分樓層計量及樓層分項用電進行計量改造

根據要求和圖紙所示，要求我們的系統對于中央空提提供能量進行分層統計，在每層的空調水系統的供回水管上需加裝水管溫度傳感器監測供回水溫差，同時在水管上加裝水流量傳感器，從而根據這兩個參數計算出相應的負荷和耗能。在每層的配電柜線路上安裝功率表，監測每層動力、插座和照明的用電量，功率表接入控制系統并傳輸到網絡，空調系統和功率使用情況會最終顯示在機房Energy Advisor系統的控制屏中，我們可以通過軟件平臺清楚明了的知道空調使用功率和耗電量的情況，并可以進行能耗分析、財務計費、趨勢模擬和報表打印。

4、冷機系統控制策略

由現場控制器及網絡控制引擎組成冷機控制網絡，操作站通過以太網與群控網絡連接，操作系統為微軟WINDOWS系統，完全圖形化操作，人機界面簡潔直觀，輕松實現系統數據顯示及控制功能，且操作站故障不影響自控系統的運行。冷機控制系統原理圖見附件。

系統機房監控內容一般包含以下幾部分：

? 在每臺冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔安裝功率表，以提取一定周期內的功率消耗情況，從而為能源使用狀態提供數據。

? 監控每臺冷水機組的冷凍水和冷卻水兩側水溫度、壓力、水流開關狀態、電動閥門狀態，監控設備狀態。

? 在每臺冷水機組的冷凍水側安裝水流量計，以監測冷凍水的水流量。

? 在冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔根據設備數量安裝相應負荷的變頻器，并安裝水壓力傳感器，監測前后端壓力。

? 監測冷凍水總供回水、冷卻水總供回水溫度傳。

? 監測冷凍水分集水器分的壓力，調控分集水器間的壓差調節閥，使分集水器間的壓力在規定范圍內。

? 監控主機、冷卻塔、水泵等設備運行情況；其中冷凍機組、冷卻塔相關的水泵和電動閥門、風扇的啟停、運轉臺數完全由程序根據系統設置及負荷需求進行自動控制，無須人工干預，操作管理便捷、節省能源。

? 系統內所有設備發生故障，在操作站即有報警信息及明顯表示，程序自動啟動備用設備，并不再試圖啟動故障設備，直至故障消除，報警復位。

連鎖控制：

A、起動：首先開冷卻塔碟閥→開冷卻塔風機→開冷卻水碟閥→開冷卻水泵→開冷凍水碟閥→冷卻水塔風機（延時60秒）→開冷凍水泵→最后開冷水機組

B、停止：首先停止冷水機組（延時5-10分鐘）→關冷凍泵→關冷凍水碟閥→關冷卻水泵→關冷卻水碟閥→最后關冷卻塔風機→關冷卻塔碟閥

系統將自動記錄單臺冷水機組的累計運行時間，根據機組的累計運行狀況來采取超前和滯后控制，盡量使冷水機組達到平均使用，便于用戶進行統一的維護和保養。

控制系統將對上述冷水機組參數和狀態全部進行監測，并及時的向用戶提供機組當前的最新狀況。當機組出現故障時，系統將顯示故障的具體位置和具體原因，幫助用戶盡快解決問題。

總結：

整個項目改造完畢，我們做到了整個系統做到了

1)實現了低頻低壓的軟啟動，軟停車，使運行更加平衡；

2)啟動及加速過程沖擊電流小，加速過程中最大啟動電流不超過1.5倍額定電流，大大減小了對電網的沖擊；

3)節能效果顯著，據實測，在低速段節能明顯，一般可達30%左右，降低運行成本；

4)延長水泵的使用壽命；

5)所有系統實時監控，能源使用率最大化。

注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。