中央空调系统变频节能改造方案

中央空调系统变频节能改造方案（共10篇）

中央空调系统变频节能改造方案 篇1

中央空调系统变频节能改造方案

点击数： 465

刘佳畅

摘要 在我国经济快速发展的大背景下，能源（水、电、油）的消耗在企业中所占的比重越来越高，也受到愈来愈大的重视。同时由于房地产的快速发展需求，中央空调的市场需求呈现强劲的增长趋势。在市场容量不断增大的吸引下，越来越多的厂家加入到商用中央空调的领域。变频技术应用于中央空调系统，对提升中央空调自动化水平、降低能耗、减少对电网的冲击、延长机械及管网的使用寿命，都具有重要的意义。

关键字 中央空调系统；水泵；风机；变频器

Abstract

Keywords 概述

中央空调系统在现代企业及生活环境改善方面极为普遍，而且是某些生活环境或生产工序中所必须配备的，即所谓人造环境，不仅是温度的要求，还有湿度、洁净度等。之所以要求配置中央空调系统，目的在于提高产品质量，提高人的舒适度，而且集中供冷供热效率高，便于管理，节省投资等。为此，几乎所有企业、高层商厦、商务大楼、会场、剧场、办公室、图书馆、宾馆、商场、超市、酒店、娱乐场、体育馆等中大型建筑上都采用中央空调，它是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，但由于它的电能消耗非常之大，是用电大户，几乎占了用电量的50%以上，因此其日常开支费用很大。

中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计的，而实际上在一年中，满负载下运行最多只有十多天，甚至十多个小时，绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常，中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在100%负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。

随着变频技术的日益成熟，利用变频器、PLC、D/A转换模块、温度传感器、温度模块等部件的有机结合，可构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量。采用变频调速技术不仅能使商场室温维持在所期望的状态，让人感到舒适满意，使整个系统工作状态平缓稳定，更重要的是其节能效果高达30%以上，能带来很好的经济效益。中央空调系统构成及工作原理

如图1所示，中央空调系统主要由以下几个部分组成。2.1 冷冻机组

通往各个房间的循环水经由冷冻机组进行“内部热交换”作用，使冷冻水降温为5~7℃。并通过循环水系统向各个空调点提供外部热交换源。内部热交换产生的热量，通过冷却水系统在冷却塔中向空气中排放。内部热交换系统是中央空调的“制冷源”。2.2 冷冻水塔

用于为冷冻机组提供“冷却水”。2.3 “外部热交换”系统

此系统由两个循环水系统组成：

1）冷冻水循环系统由冷冻泵及冷冻管道组成。

从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各个房间内进行热交换，带走房间内的热量，使房间内的温度下降；

2）冷却水循环系统由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换，使水温冷却的同时，必将释放大量的热量，该热量被冷却水吸收，促使冷却水温度升高，冷却泵将升了温的冷却水压入水塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降了温的冷却水，送回到冷冻机组，如此不断循环，带走冷冻机组所释放的热量。

2.4 冷却风机

1）室内风机安装于所有需要降温的房间内，用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内的热交换。2）冷却塔风机用于降低冷却塔中的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。

中央空调系统的四个部分都可以实施节电改造，但冷冻水机组和冷却水机组改造后的节电效果最为理想。因此我们将重点阐述对冷冻机组和冷却机组的变频调速技术改造，次要说明冷却风机的变频调速技术改造。3 中央空调系统变频改造的具体方案

现将淅江省嘉兴市某集团公司办公楼的中央空调系统的变频节能改造方案做一具体介绍。3.1 中央空调原系统存在的问题

该集团中央空调系统改造前的主要设备和控制方式：

1）450 t冷气主机2台，型号为特灵二极式离心机，两台并联运行； 2）冷冻水泵2台，扬程28 m，配用功率45 kW；

3）冷却水泵有2台，扬程35m，配用功率75 kW，冷冻水泵与冷却水泵均采用一用一备的方式运行； 4）冷却塔2台，风扇电机11 kW，并联运行，室内风机4台，5.5 kW，并联运行。

该集团是一家合资企业，为了给员工营造一个良好的工作环境，办公楼大部分空间采用全封密的模式，因此公司大部分空间自然通风效果不好，所以对夏季冷气质量的要求较高。除了一些节假日外，其它时间中央空调都是全开的。由于中央空调系统设计时按天气最热、负荷最大时设计，且留有10%~20%的设计余量。其中冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调节。这样，冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行，造成了能量的极大浪费。原系统中冷冻、冷却水泵采用的均是Y-△起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3~4 倍，在如此大的电流冲击下，接触器的使用寿命大大下降；同时，启动时的机械冲击和停泵时的水锤现象，容易对机械部件、轴承、阀门和管道等造成破坏，从而增加维修工作量、维修费用，设备也容易老化。

另外，由于冷冻泵轴输送的冷量不能跟随系统实际负荷的变化，其热力工况的平衡只能由人工调整冷冻主机出水温度，结果只能是用大流量获得小温差。这样，不仅浪费能量，也恶化了系统的运行环

境与运行质量。特别是在环境温度偏低、某些末端设备温控稍有失灵或灵敏度不高时，将会导致大面积空调室温偏冷，感觉不适，严重干扰中央空调系统的运行质量。

针对上述实际情况，对该集团的中央空调系统实施了利用变频器、人机界面、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等构成的温差闭环自动调速系统的方案。主要对冷冻、冷却水泵进行了变频调速技术改造，达到节约电能、稳定系统、延长设备寿命，提高环境舒适度的目的。3.2 中央空调系统节能改造的具体方案

对该中央空调节能系统进行变频节能改造的具体装机清单如表1所列。

3.2.1 变频节电原理

由流体传输设备（水泵、风机）的工作原理可知：水泵、风机的流量（风量）与其转速成正比；水泵、风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比；而水泵、风机的轴功率等于流量与压力的乘积，故水泵、风机的轴功率与其转速的三次方成正比（即与电源频率的

三次方成正比）。变频器节能的效果是十分显著的，这种节能回报是看得见的。特别是调节范围大、启动电流大的系统及设备，通过图2 可以直观地看出在流量变化时只要对转速（频率）稍作改变就会使水泵轴功率有更大程度上的改变，此特点使得使用变频器进行调速成为一种趋势，而且不断深入并应用于各行各业的调速领域。根据上述原理可知：改变水泵、风机的转速就可改变水泵、风机的输出功率。

图中阴影部分为同一台水泵的工频运行状态与变频运行状态在随着流量变化所消耗的功率差。3.2.2 系统电路设计和控制方式

根据中央空调系统冷却水系统的一般装机形式，建议在冷却水系统和冷冻水系统各装两套传动之星SD-YP 系列一体化变频调速控制柜，其中冷却变频调速控制柜供两台冷却水泵切换（循环）使用，冷冻变频调速控制柜供两台冷冻水泵切换（循环）使用。变频节能调速系统是在保留原工频系统的基础上改装的，变频节能系统的联动控制功能与原工频系统的联动控制功能相同，变频节能系统与原工频系统之间设置了联锁保护，以确保系统工作安全。利用变频器、人机界面、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，为达到节能的目的提供了可靠的技术条件。如图3所示，给出了主电路具体的改造方案。

3.2.3 系统主电路的控制设计

根据具体情况，同时考虑到成本控制，尽可能地利用原有的电器设备。冷冻水泵及冷却水泵均采用一用一备的运行方式，因备用泵转换时间与空调主机转换时间一致，切换频率不高，所以冷冻水泵和冷却水泵电机的主备切换控制利用原有电器设备，通过接触器、启停按钮、转换开关进行电气和机械互锁。确保每台水泵只能由一台变频器拖动，避免两台变频器同时拖动同一台水泵造成交流短路事故；并且每台变频器任何时间只能拖动一台水泵，以免一台变频器同时拖动两台水泵而过载。3.2.4 系统功能控制方式

上位机监控系统主要通过人机界面完成对工艺参数的检测，各机组的协调控制以及数据的处理、分析等任务；下位机PLC主要完成数据采集，现场设备的控制及联锁等功能。具体工作过程中，开机时，开启冷水及冷却水泵，由PLC控制冷水及冷却水泵的启停，由控制冷水及冷却水泵的接触器向制冷机发出联锁信号，开启制冷机，由变频器、温度传感器、温度模块组成的温差闭环控制电路对水泵进行调速以控制工作流量，同时PLC控制冷却塔根据温度传感

器信号自动选择开启台数；当过滤网前后压差超出设定值时，PLC发出过滤堵塞报警信号；送风机转速的快慢是由回风温度与系统设定值相比较后，用PID方式控制变频器，从而调节风机的转速，达到调节回风温度的目的。停机时，关闭制冷机，冷水及冷却水泵以及冷却塔延时15 min 后自动关闭。保护时，由压力传感器控制冷水及冷却水的缺水保护，压力偏低时自动开启补水泵补水。

3.3 系统节能改造原理

变频节能系统示意图如图4所示。

1）对冷冻泵进行变频改造PLC控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；然后根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的转速，调

节出水的流量，控制热交换的速度。温差大，说明室内温度高系统负荷大，应提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度，加大流量，加快热交换的速度；反之温差小，则说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度，减小流量，降低热交换的速度以节约电能。

2）对冷却泵进行变频改造由于冷冻机组运行时，其冷凝器的热交换量是由冷却水带到冷却塔散热降温，再由冷却泵送到冷凝器进行不断循环的。冷却水进水出水温差大，说明冷冻机负荷大，需冷却水带走的热量大，应提高冷却泵的转速，加大冷却水的循环量；温差小，则说明，冷冻机负荷小，需带走的热量小，可降低冷却泵的转速，减小冷却水的循环量，以节约电能。

3）冷却塔风机变频控制通过检测冷却塔水的温度对冷却塔风机进行变频调速闭环控制，使冷却塔水温恒定在设定温度，可以有效地节省风机的电能额外损耗，能达到最佳节电效果。

4）室内风机组变频控制通过检测冷房温度对变风机组的风机进行变频调速闭环控制，实现冷房温度恒定在设定温度。室内风机组变频控制后可达到理想的节电效果，并且使空调效果更佳。

3.4 系统流量、压力保障

本方案的调节方式采用闭环自动调节控制，冷却水泵系统和冷冻水泵系统的调节方式基本相同，用温度传感器对冷却（冷冻）水在主机上的出口水温进行采样，转换成电量信号后送至温控器将该信号

与设定值进行比较运算后输出一模拟信号（一般为4~20 mA、0~10 V等）给PLC，由PLC、D/A转换模块、温度传感器、温度模块进行温差闭环控制，手动/自动切换和手动频率上升、下降由PLC控制，最后把数据传送到上位机人机界面实行监视控制。变频器根据PLC 发出的模拟信号决定其输出频率，以达到改变水泵转速并调节流量的目的。

冷却（冷冻）水系统的变频节能系统在实际使用中要考虑水泵的转速与扬程的平方成正比的关系，以及水泵的转速与管损平方成正比的关系。在水泵的扬程随转速的降低而降低的同时管道损失也在降 低，因此，系统对水泵扬程的实际需求一样要降低； 而通过设定变频器下限频率的方法又可保证系统对水泵扬程的最低需求。供水压力的稳定和调节量可以通过PID参数的调整。当供水需求量减少时，管道压力逐渐升高，内部PID调节器输出频率降低，当变频器输出频率低至0 Hz时，而管道在一设定时间内还高于设定压力，变频器切断当前变频控制泵，转而控制下一个原工频控制泵，变频器在水泵控制转换过程中，逐渐轮换使用水泵，使每个水泵的利用率均等，增加系统、管道压力的稳定性和可靠性。中央空调系统进行变频改造的优点

变频节能改造后除了可以节省大量的电能外还具有以下优点：

1）电机起动是软起动，电流从0 A到额定电流变化，减小了大电流对电机的冲击； 2）电机软起动转速从0 开始缓慢升速，可以有效减少水泵或风机的机械磨损；

3）变频器是高性能的电力电子设备，具有较强的电机保护功能，能延长系统各部件的使用寿命； 4）使室温维持恒定，让人感到舒适；

5）经过改造后，可以使系统具有较高的可靠性，减少了环境噪音，减少了维修维护工作量。5 传动之星SD-YP系列一体化变频器的优点 1）采用独特的空间矢量（SVPWM）调制方式； 2）操作简单，具有键盘锁定功能，防止误操作； 3）内置PID功能，可接受多种给定、反馈信号；

4）具有节电、市电和停止三位锁定开关，便于转换及管理； 5）保护功能完善，可远程控制； 6）超静音优化设计，降低电机噪声；

7）安装比较方便，不用改变原有的配电设施及环境； 8）稳定整个系统的正常运行，抗干扰能力强；

9）具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能及声光报警功能。6 结语

在科技日新月异的今天，积极推广变频调速节能技术的应用，使其转化为社会生产力，是我们工程技术人员应尽的社会责任。对落后的设备生产工艺进行技术革新，不仅可以提高生产质量、生产效率，创造可观的经济效益，对节能、环保等社会效益同样有着重要的意义。随着变频器应用普及时代的来临，不仅扩大了变频器的应用市场，而且为中央空调应用也提出了新的课题。预计在不久的将来，由于变频调速技术的介入，中央空调系统将真正地进入经济

运行时代，希望上述工作对于同仁们在传统的电气传动设备技术改造和推进高新技术产品的普及应用工作中能有所启示和借鉴。

中央空调系统变频节能改造方案 篇2

中央空调系统一般由五部分组成, 分别是制冷压缩机系统、冷冻循环水系统、盘管风机系统、冷却塔风机系统、自动补水系统等。制冷压缩机系统是在压缩机的作用下, 把冷媒进行压缩, 使其成为液态后, 再将其送到蒸发器中。冷冻循环水系统在冷冻水泵的作用下, 在蒸发器盘管中放入常温水泵, 然后, 让其和冷媒间接发生一系列热交换, 使常温状态下的水最终变成低温冷冻水, 再将低温冷冻水送到风机盘管中的各个位置, 使其大量吸收盘管附近的空气热量, 以产生低温空气, 再借助盘管风机的辅助, 将低温空气吹向各个区域, 从而达到降温的效果。当冷冻水系统的压力降低时, 可以由自动补水设备来实现对压力不足的供给, 从而保障系统末端能较好地进行循环。在蒸发器中, 将冷媒进行压缩, 同时吸收热量, 然后将冷媒送到冷凝器中, 使其散热, 散热过程中散发的热量由冷却循环水系统中的冷却水运走, 等到低温水冷却后, 再由冷却水泵进入到冷凝器盘管中, 然后再进行热量交换, 接着, 把这些冷却水运至冷却塔, 借助冷却塔风机, 与大气发生有效热交换, 再将冷却水变成原来的低温态, 在冷却水泵的作用下进行反复使用。中央空调系统由冷却水、冷冻水两套水循环和一套冷却水塔设施组成, 这些系统在工作的过程中, 都借助了一些水泵及风机的辅助。一般情况下, 中央空调循环水的流速基本不变, 即中央空调系统始终在一个满负荷运转的状态中。这样不仅不利于空调系统充分发挥效率, 而且浪费了极大的能源。此外, 很多中央空调现在仍通过人工控制来达到节约能源的目的。

通过运用智能单元, 对循环水的流速进行有效控制, 控制水泵风机工作时的状态, 达到循环水冷热量能有效利用的目的, 保证空调主机能达到运行时的理想状态, 对空调机组的最佳能耗比进行有效利用, 提高主机运行效率, 从而实现节能。

2 空调系统的变频节能控制

实现变频调速是风机、电机及水泵进行节能的最好途径。从流体理论中得知, 如果减小转速, 从而也会降低消耗的功率, 因此, 可以通过调节水泵的转速, 实现对水泵功率的改变。如果变频调速器效率较高, 也会使效率因数提高, 且几乎不发生变化。因此, 在所有调速方案中, 变频调速取得的节能效果最优, 应将其考虑为首选。如果冷却水泵的进、出水温差降低时, 为降低电动机的转速, 可以使用变频调速技术, 减小其运行功率, 从而达到有效节能的目的。

之前, 对冷却塔的控制通常使用直接启动方式下的工频全速进行, 这样不能对冷却效果进行检测, 也不能在自然状态下实现节能, 会使冷却塔风机始终在两种极端状况下, 特别是在春天和秋天, 因为人工操作会出现不及时的问题, 对冷却塔出水温度的变化不能及时做出反应, 从而产生风机的启停现象, 导致操作管理不当, 引发一系列问题, 造成能源浪费。在设计新的方案时, 对冷却塔风机选择变频、工频交替运行的控制方式。空调系统由五部分组成, 分别是制冷主机、冷冻水循环系统、冷却水循环系统和冷却塔风机系统等, 冷却塔风机系统与其他循环系统未在相同位置上, 为满足现空调监控系统对底层设备运行参数、数据通信集成的需要, 该方案要考虑将监控管理系统分为信息管理层和过程控制层, 通过DCS网络结构的辅助, 从而实现分散控制、集中管理, 避免使任意节点的故障对系统的正常运行和数据传输造成影响。在设计过程中, 通过冷冻循环控制系统、冷却循环控制系统、冷却塔风机控制系统等的控制, 通过运用变频设备, 在中央控制器的作用下, 对整套空调系统的运行监控及参数进行相应设置, 实现系统的安全运行, 从而实现节能的最终目标。

中央空调循环系统中的冷却水泵、冷冻水泵及水塔散热风机都是通过利用变频技术对电机转速流量及压力进行调节的, 替代了传统对流量的机械化控制, 对冷却塔散热风机进行自动切换, 从而实现节能。采用变频节能技术除可以实现节省电能外, 还有下列优点:第一, 电机起动是软起动, 电流从零向额定电流不断变化, 避免大电流对电机造成破坏;第二, 电机软起动转速由零不断升高, 可以降低水泵或风机产生的机械损伤;第三, 变频器作为高性能的电力电子设备, 其电机保护特性较好, 有利于增加各部件的使用寿命;第四, 实现节约电能, 有效减少设备运行的噪音, 增加设备使用寿命, 减少维护成本。

3 实际应用方案

某空调通风系统的节能方案是由一个冷冻站、末端空调箱一百多台以及两百多台风机盘组成的, 它的服务面积约两万多平米。开始时, 中央空调机组的多数运行时间都是非满负荷的情况, 冷冻水泵、冷却水泵和水塔风机却可以达到百分之百的满负荷情况, 从而引起“大流量小温差”的问题, 不仅没有充分利用资源, 而且大大增加了能耗。

自控系统的通信网络功能比较强大, 对冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机均运用变速控制的方式, 将冷冻站整个系统控制在最佳能耗状态下。在自动控制平台上, 可以实现对变频器、核心控制设备自动控制调节的目的, 再依据热负荷的具体需求, 确定水泵运行和水塔风机开启的台数, 自动监控系统运用回水温度进行监测, 对电机的转速进行自动控制, 对回水温度的具体变化进行监测, 可以有效使水温、水压维持在一个固定值, 而且可以达到能源的有效的利用。比如, 在运行过程中, 当热负荷比的值较高时, 开启一台空调机组, 也能保证两台冷冻水泵和两台冷却水泵的正常运行, 实现末端用户对制冷量的有效供给;也可以手动切换其中一台水泵, 使其轮流运行, 从而实现不同水泵能达到同样的磨损周期, 防止由于对一台水泵的长时间使用而出现严重损坏。由于交流电机转速不能自动调节, 因此, 经常会造成一台水泵不能完成工作, 两台水泵又造成能源消耗大, 出现浪费现象, 不利于达到节能的目的, 而通过运用变频调速技术, 可以实现对电机转速的连续调节。发生同样现象时, 我们可以根据所需的量对转速进行重新设定, 实现对能源的节约。所以, 只要随时随地能对一台水泵电机进行调节, 便能实现节能。此外, 通过这种方法, 可以降低投资成本, 从而实现节能。

智能监控系统是通过建立远程操控扩展平台, 建立相应数据库, 通过智能控制的方式, 运用工业自动化组态软件, 以Windows操作系统为基础, 实现空调系统界面比较直观的展现, 操作程序简单, 具有显示动态图形的特点, 对中央空调系统进行自动控制、联动、自动报警, 且对故障进行自动切换, 对设备的运行状况和统计负荷量进行有效了解, 可以大大减少维护人员的工作量。

4 结语

随着变频技术的不断发展, 通过变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的互相结合, 组成温差自动控制系统, 自动调节水泵的输出流量, 为实现节能提供可靠的技术支持。在实际操作过程中, 为了在平常维护中更加方便, 群补系统的采集程序都运用Windows后台的服务程序, 采用分散控制、集中管理、实时监控的模式, 实现独立运行, 信息互相影响, 彼此又不产生干扰, 从而为系统的安全稳定提供有力条件。

参考文献

[1]李晓宇.中央空调节能控制系统的设计与开发[J].浙江工业大学, 2013, (11) .

[2]黄海.中央空调系统变频节能的设计方案[J].广播电视信息, 2015, (2) .

中央空调系统变频节能改造方案 篇3

【关键词】数据中心；空调系统；水泵变频；节能减排

前言

据工业和信息化部于2014年发布的《关于2011年以来我国数据中心规划建设情况的通报》：255个在规划建设的IDC的设计PUE平均为1.73，同时，据行业估计，美国的IDC行业耗费了其国内发电量的2%，中国的IDC行业耗费了本国发电量的1.5%，是典型的“电老虎”。因此，革新IDC设计模式、降低IDC能耗和运营成本，已经成为数据中心行业相当现实和迫切的课题，同时也是一个影响国家产业转型升级、实现国家可持续发展的关键课题。

中央空调系统作为数据中心的专用制冷设备，承担着调节机房环境温湿度，保障IT设备稳定运行的重任，同时也是主力耗电设备之一（约占总体能耗的30%-40%）。因此，开展中央空调节能改造，即确保机房供冷正常，又可减少能耗、压缩电费成本，创造双赢的局面。

一、中央空调水泵变频节能理论分析

由于空调系统设计多以夏季最大冷负荷设计且留有余量，数据中心IT负荷也存在业务逐步增加、波峰波谷等影响热负荷大小的因素，这造成不同时期、不同发展进程中，实际热负荷与空调系统输出冷量之间存在差值，在空调传统配置状态下形成电能浪费[1]。因此，中央空调系统均有一定的节能空间。

目前数据中心空调主机和末端精密空调大部分采用智能化设备，能实时根据负荷情况调整冷量输出，一定程度上实现节能控制，但水循环系统（水泵）按初期额定流量、压力配置下，当实际负荷低于设计预期时，绝大部分时间运行在低温差、大流量情况下，造成空调主机和水泵能耗的浪费。通过调节冷冻水泵的频率（转速），节约低负载时水系统的输送能量，可达到理想的节能效果。

水循环系统中重要的耗电设备为水泵，改变水系统的输送能量亦主要靠调节水泵的转速，由于水泵类负载的转速与转子的频率成正比[2]，因此对水泵系统进行变频控制即可达到节能效果，分析如下。

交流异步电动机的转速公式为：，其中n为转速，f为频率，s为转差率，p为极对数。水泵属于平方转矩负载，即转矩T与转速n的平方成正比，即，而电机轴的输出功率，由此可见，当电机的转速稍有下降时，电机功率损耗就会大幅度地下降，耗电量也就大为减少。

二、中央空调水泵变频改造设计思路

考虑到投资成本和实际运用效果，本次对南方某数据中心中央空调的冷冻水泵进行变频改造（图1、2、3），利用温度传感器、数模转换模块、控制模块、变频器等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，根据冷冻水的供回水温差、压力，以温控为主、压力流量为辅，利用变频技术在线调整水泵电机的转速，在满足机房制冷的需求下使冷冻水泵做出相应调节，以达到节能目的。

方案设计关键点如下：

1）综合考虑在不同空调冷负荷情况下空调主机和变（工）频冷冻水泵开启情况，控制策略应使冷冻水水泵具备自动和人工两种模式下启动、轮换和停止功能，确保空调系统供冷充足、节能高效。

2）本次使用变频节能装置的最低频率应满足每栋机楼最远端机房空调（或供水最不利端）扬程及流量要求，因此需有效地布放温度和压力传感器，制定控制策略以及设置相关阀值，确保整栋机楼供冷正常。

3）每台变频器控制的装置可以人工或自动选择在工频模式和变频模式下运行，即在变频模式故障时可自动转为工频运行。

4）变频器控制系统并联在现有启动控制系统上，两者间有电气连锁及机械连锁，当变频器启动某一台水泵工作的同时，相应的旧启动主电路将被切断，禁止其启动工作，反之亦然。

三、中央空调水泵变频改造效益分析

此数据中心空调系统配置中央空调主机4台（1300RT*3+800RT*1），冷冻水泵6台（75kw*4+55kw*2），实际运行1300RT主机1台、冷冻水泵1台，系统冗余量较大。变频改造前后节电情况如表1所示，测试时间为2015年4月2日。

根据本期变频改造完成后的实测数据，在当前机楼负荷下变频水泵较原水泵功耗下降约53%，并且机房末端供冷不受影响，节能效果理想。按全年将一半时间2台冷冻水泵变频运行，一半时间3台冷冻水泵变频运行，以每台冷冻水泵运行时平均频率可降至45Hz计算，本次变频改造每年节约电费约为35万元，预计一年收回投资成本，效益可观。

四、结束语

本次数据中心中央空调水泵变频改造在不影响空调系统正常供冷的前提下，通过对冷冻水泵进行有效控制，实现水泵的变频节能、高效运行。

参考文献

[1]陈建东.中央空调系统水泵变频节能技术的应用分析[J].制冷技术，2006，4：12-14.

[2]黄建恩.空调系统冷冻水循环水泵变频运行的节能机理[J].节能技术，2005，3（2）：139-142.

作者简介

中央空调变频节能技术 篇4

由于中央空调主要设备是风机水泵，所以节能最佳方法就是采用变频器，目前大多数中间空调还采用以往旧的控制方式，即：通过改变压缩机机组、水泵、风机启停台数，以达到调节温度的目的。

该调节方式缺点集中表现为如下几点：

●设备长时间全开或全闭，轮流运行，浪费电能惊人。

●电机直接工频启动，冲击电流大，严重影响设备使用寿命。

●温控效果不佳。当环境或冷热负荷发生变化时，只能通过增减冷热水泵的数量或使用挡风板来调节室内温度，温度波动大，舒适感差。

中央空调采用变频器后有如下优点：

●变频器可软启动电机，大大减小冲击电流，降低电机轴承磨损，延长轴承寿命。

●调节水泵风机流量、压力可直接通过更改变频器的运行频率来完

成，可减少或取消挡板、阀门。

●系统耗电大大下降，噪声减小。

●若采用温度闭环控制方式，系统可通过检测环境温度，自动调节风量，随天气、热负荷的变化自动调节，温度变化小，调节迅速。

●系统可通过现场总线与中央控制室联网，实现集中远程监控。

二、供水系统变频节能改造

无论是溴化锂机组或电制冷(氟利昂)机组的中央空调系统，主机自身的能量消耗有机组控制，机外的电力消耗组不能控制，而这部分的成本是相当高的，却通常被人忽视了。尤其是溴化锂机组，在额定状态制冷运用行时，机外水泵、冷却塔的电机耗电量约占总体能源消耗成本的30%(以每公斤油2元、每度电1元计算)。无论从环境保护角度还是用户切身利益角度，都应将中央空调系统设计成最节能的系统。采用变频器来控制机外水泵电机、冷却塔电机是最简单、最有效的节能措施。一般情况节电20%~50%，每年可节省机组及系统总运行费用的12%~20%，十分惊人。

1、冷却水泵变频控制

中央空调的冷却水泵的功率是根据空调冷冻机组的压缩机满负荷工作设计的，当环境温度及各种外界因素，冷冻机组不需要开启全部压缩机组，此时空调的冷凝系统所需要的冷却量也相应地减小，这时就可以通过变频调速器来调节冷却水泵的转速，降低冷却水的循环速度及流量，使冷却水的冷负荷被冷凝系统充分利用，从而达到节能目的。从我公司对中央空调的变频节能改造得出以下的数据，其冷却水泵、冷温水泵在低流量运行时，可以大幅度节省电力，尤其针对直燃机冷却水流量曲线的特点，采用变频控制，意义更大，从远大BZ型直燃机中央空调系统采用海利普变频器控制水泵测试数据为例：

当制冷量75%时，机组所需冷却水流量34%，水泵电耗约20%;

当制冷量50%时，机组所需冷却水流量22%，水泵电耗约15%。

2、冷温水泵变频控制

中央空调的冷媒水泵的功率是根据空调满负荷工作设计的，当宾馆、酒店、大厦需要的冷量或热量没有达到空调的满负荷，这时就可以通过变频器调速器来调节冷媒水泵的转速，降低冷媒水的循环速度，使冷量和热量得到充分利用，从而达到节能目的。如果制冷、采暖共用一台水泵，则冬季水泵流量只需50%，自然可大大节省电力;即使是冬夏分泵运行，也可在低负荷季节适当降低流量，如90%流量时，电耗约75%。

3、冷却塔风机变频控制

风机功率一般都较小，节电不如水泵明显。但风机采取变频控制能极大地有助于冷却水恒温，这对于机组制冷恒温极为关键;且能使机组溶液循环稳定，获得最大限度的节省燃料。冷却塔风扇低转速运行还能大幅度减少漂水，节省水源、延缓水质劣化、减少水雾对周围的影响。

4、采用变频器的其他益处

由于变频器的启动、停止过程是渐强、渐弱式，能消除电机启动对电网的冲击。并可避免电机因过载而引起的故障。

由于电机经常处于低负荷运行，能大幅度延长电机及水泵、风机的寿命，同时因没有启动、停止的冲击，加上流量的减少，管路承压及所受冲击力减小，故对管道、阀门、末端设备也起到了保护作用。另一方面，设备噪音、震动均减小，保护了环境。

5、中央空调机组外变频器的控制方式

●根据冷却水出/入口的温度改变水泵转速，调整流量;

●根据冷却水入口温度改变冷却塔风机转速，调整水温;

●根据冷温水出/入口的温差改变水泵转速，调整流量;

●根据冷却水出水的温度改变水泵转速，调整流量;

●根据冷媒水的回水温度改变水泵转速，调节税流量;

三、中央空调末端设备—变风量机组变频控制

变风量机组也是中央空调系统重要的组成部分，其性能指标(风量、冷量、噪音、用电量)的优劣，除了变风量机组本身的性能外，更重要的还取决于控制的模式、控制器的性能、品质。

随着中央空调的不断普及，变风量机组调节控制器已经经历了三个发展阶段：

第一阶段：风阀调节。能起到调节风量的作用，但电能量消耗大、噪音大。

第二阶段：可控硅调压调速。能起到调节风量、冷量、节能的作用，对变风量机组的噪音有一定的改良作用，其缺点是体积大、可靠性稳定性低、故障率高。

第三阶段：变频调节。能最大限度的满足变风量机组对风量、冷量、噪音的调节要求，节能效果更明显，体积小，可靠性稳定性高。

目前，变频控制器以其特有的优势，正被中央空调业内人士所青睐。

中央空调调节冷冻/冷却泵转速的节电原理：

采用交流变频技术控制冷冻/冷却泵的运行，是目前中央空调系统节能改造的有效途经之一。

泵的负载功率与转速成3次方比例关系，即P∝N3，其中P为功率，N为转速;可见用变频调速的方法来减少水泵流量的经济效益是十分显著的，当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降。例如：

A. 当水泵流量下降10%(跟踪输出频率为45Hz)

则电动机轴功率P′=(0.9)3P=0.729P即节电率27.1%

B.当水泵流量下降30%(跟踪输出频率为35Hz)

则电动机轴功率P′=(0.7)3P=0.343即节电率65.7%

当冷水机负荷下降时，所需的水流量减少，通过电动机的调速装置降低泵的转速来减少水的流量，泵的轴功率相应减少，电动机的输入功率也随之减少。当用冷量增加，冷机负荷量增大，冷凝器进出水温差增大，变频器运行频率增加，水泵转速加快，水流量增加，从而维持温差恒定。反之亦然。从而达到理想的节能效果。

三晶变频器在中央空调上的应用

在我国经济快速发展的大背景下，由于房地产的快速发展需求，中央空调的市场需求呈现强劲的增长趋势。在市场容量不断增大的吸引下，越来越多的厂家加入到商用中央空调的领域。节能技术应用于中央空调系统，对提升中央空调自动化水平、降低能耗、减少对电网的冲击、延长机械及管网的使用寿命，都具有重要的意义。

中央空调是现代大厦物业、宾馆、商场不可缺少的设施，它能带给人们四季如春，温馨舒适的每一天，由于中央空调功率大，耗能大，加上设计上存在“大马拉小车”的现象，支付中央空调所用电费是用户一项巨大的开支。因为季节的变化、昼夜的变化、宾馆酒楼客人入住率的变化、娱乐场所开放时间的变化等等，从而导致中央空调系统对室内热源吸收量的变化，再加之工艺设计上电机功率设计有相当的富裕量，因此，存在明显的节电空间。将变频技术引入中央空调系统，保持室内恒温，对其进行的节能改造是降本增效的一条捷径。

中央空调系统

图1所示为一典型中央空调机组系统图，主要由冷冻水循环系统、冷却水循环系统及主机三部分组成：

●冷冻水循环系统

该部分由冷冻泵、室内风机及冷冻水管道等组成，

从主机蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道(出水)，进入室内进行热交换，带走房间内的热量，最后回到主机蒸发器(回水)。室内风机用于将空气吹过冷冻水管道，降低空气温度，加速室内热交换。

●冷却水循环部分

该部分由冷却泵、冷却水管道、冷却水塔及冷凝器等组成。冷冻水循环系统进行室内热交换的同时，必将带走室内大量的热能。该热能通过主机内的冷媒传递给冷却水，使冷却水温度升高。冷却泵将升温后的冷却水压入冷却水塔(出水)，使之与大气进行热交换，降低温度后再送回主机冷凝器(回水)。

●主机

主机部分由压缩机、蒸发器、冷凝器及冷媒(制冷剂)等组成，其工作循环过程如下：

首先低压气态冷媒被压缩机加压进入冷凝器并逐渐冷凝成高压液体。在冷凝过程中冷媒会释放出大量热能，这部分热能被冷凝器中的冷却水吸收并送到室外的冷却塔上，最终释放到大气中去。随后冷凝器中的高压液态冷媒在流经蒸发器前的节流降压装置时，因为压力的突变而气化，形成气液混合物进入蒸发器。冷媒在蒸发器中不断气化，同时会吸收冷冻水中的热量使其达到较低温度。最后，蒸发器中气化后的冷媒又变成了低压气体，重新进入了压缩机，如此循环往复。

节能理论

●中央空调节能改造前的工况

在中央空调系统设计时，冷冻泵、冷却泵的电机容量是根据建筑物的最大设计热负荷选定的，都留有一定设计余量。由于四季气候及昼夜温差变化，中央空调工作时的热负荷总是不断变化。下图2为一民用建筑物的平均热负荷情况：

如上图所示，该中央空调一年中负荷率在50%以下的时间超过了全部运行时间的50%。通常冷却水管路的设计温差为5～6℃，而实际应用表明大部分时间里冷却水管路的温差仅为2～4℃，这说明制冷所需的冷冻水、冷却水流量通常都低于设计流量，这样就形成了中央空调低温差、低负荷、大工作流量的工况。

在没有使用节能系统前，工频供电下的水泵始终全速运行，管道中的供水流量只能通过阀门或回流方式调节，这必会产生大量的节流及回流损失，同时也增加了电机的负荷，白白消耗了许多电能。

中央空调水泵电机的耗电量约占中央空调系统总耗电量的30-40%，故对其进行节能改造具有很明显的节能效果。

●节能理论根据

由流体力学理论可知，离心式流体传输设备(如离心式水泵、风机等)的输出流量Q与其转速n成正比;输出压力P(扬程)与其转速n的平方成正比;输出功率N与其转速n的三次方成正比，用数学公式可表示为：

Q=K1 × nP=K2 × n2

N=Q × P=K3 × n3(K1、K2、K3为比例常数)

由上述原理可知，降低水泵的转速，水泵的输出功率就可以下降更多。如将电机的供电频率由50Hz降为40Hz，则理论上，低频40Hz与高频50Hz的输出功率之比为(40/50)3=0.512。

实践证明，在中央空调系统中接入变频节能系统，利用变频技术改变水泵转速来调节管道中的流量，以取代阀门调节及回流方式，能取得明显的节能效果，一般节电率都在30%以上。同时变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对中央空调的平稳调节，并可延长机组及管组的使用寿命。

节能方案分析

中央空调各循环水系统的回水与出水温度之差，反映了整个系统需要进行的热交换量。因此，根据回水与出水的温度差来控制循环水的流量，从而控制热交换的速度，是首选的节能控制方法。

●冷冻水循环系统

冷冻水的出水温度是由主机的制冷效果决定的，通常比较稳定，因此冷冻回水温度可以准确的反映室内的热负荷情况。由此，对于冷冻水循环系统的节能改造，可以取回水温度作为控制目标，通过变频器对冷冻泵流量的自动调节来实现对室内温度的控制。

●冷却水循环系统

冷却水循环系统同时受室外环境温度及室内热负荷两方面影响，循环水管道单侧的水温不能准确反映该系统的热交换量，因此以出水与回水之间的温差作为控制室内温度的依据是合理的节能方式。在外界环境温度不变的情况下，温差大，说明室内热负荷较大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水循环的速度;相应的，温差小则减小冷却泵转速。

●方案结构示意图根据上述分析，可得出整个节能工程结构示意图如图3所示：

由上图，该节能方案的基本思路为：

分别在主机蒸发器回水处、冷凝器出水及回水处安装温度传感器，实时检测管网的温度，以模拟信号(0~10V或者4~20mA)反馈给变频器，通过变频器内置的PID运算输出相应的频率指令后自动调节水泵转速，从而调节各循环水的热交换速度，最终实现对室内恒温度的控制。需要特别说明的是，变频器内部在设计上集成了温差反馈处理功能，系统无须另配专用控制模块。

●电路控制方案

某公司LG中央空调机组数据如下表：

机组

机型

常用数量

备用数量

总计数量

中央

空调

冷冻泵电机

45KW(380V)

2台

1台

3台

冷却泵电机

75KW(380V)

2台

1台

3台

三台水泵中，春秋季节只用一台，备用两台;夏季高峰时常用两台，一台备用。

要求：一台变频运行，且可以通过人工方式进行切换，其他可通过人工方式直接启动到工频运行。

设计：3台水泵电机选配1台变频器。工作时可选择任意一台水泵做主泵、由变频器直接拖动并且变频运行(由内置PID进行闭环控制);其余两台水泵做辅泵、由人工依据制冷特点相应进行启停控制，使电机工频运行。如下图所示：

该方案使用SAJ8000系列通用变频器，“市电”“节电”旁路需要另配电控柜及电气配件。

图为LG中央空调机组

●变频节能系统特点

1、变频器界面为LED显示，监控参数丰富;键盘布局简洁、操作方便;

2、变频器有过流、过载、过压、过热等多种电子保护装置，并具有丰富的故障报警输出功能，可有效保护供水系统的正常运作;

3、加装变频器后，电机具有软启动及无极调速功能，可使水泵和电机的机械磨损大为降低，延长管组寿命;

4、变频器内部装有大容量滤波电容，可有效提高用电设备的功率因数;

5、该系统实现了对温度的PID闭环调节，室内温度变化平稳，人体感觉舒适。

总结

中央空调系统变频节能改造方案 篇5

近日，2006特灵酒店空调系统及能源解决方案研讨会在沪举行。研讨会上，各界能源管理专家、酒店经营者、业主、地产开发商和建筑设计顾问齐聚一堂，共同探讨高效能、高品质的酒店中央空调系统解决方案。

特灵空调成立于1913年，作为美标集团下最大的子公司，迄今为止，已与香格里拉、万豪、威斯汀、丽兹-卡尔顿、希尔顿等数百家全球知名酒店保持逾十年的合作关系。在本次研讨会上，与会人员分别围绕酒店节能和舒适、绿色建筑、应用ICS集成舒适系统提升楼宇能效以及机房整体能源管理发表演讲。特灵管理人员认为，对酒店客户的服务不仅仅是提供高效的空调系统和及时完善的维护服务，更重要的是如何能够利用技术和经验应对室内温湿度、噪音和新风、运行费用、系统控制等酒店业最为关注的问题。

对此，特灵研发出CDQTM（节能除湿转轮装置）、VariTraneTM（变风量V*********系统）等专门设备和技术提高室内空气品质；推出成熟的EarthWiseTM（大温差小流量）、Ice-Storage（冰蓄冷）等节能系统节省中央空调系统的运行费用；采用TracerSummitTM系统，监控全部空调设备，提高系统稳定性和能效，确保室内的空气品质。

控制中央空调系统的运行维护费用。

整个特灵的酒店空调系统是一个包括主机、末端、机组、部件的综合系统，它是针对客户的不同要求而设计的。对于可能出现的故障，系统采用远程监控技术。系统会依据阳光、室内人数等因素来调节室内温湿度，并且利用冷媒酶的新风设计系统解决空调室内空气不流通的问题CO2监测系统监测室内新风量,确保室市内空气品质。此外，一旦出现异常情况，比如温度、压力问题，监控系统会马上发出故障信号，以便及时修复。

中央空调系统变频节能改造方案 篇6

由于传统的制冷系统采用定速压缩机，因此人们对制冷系统及压缩机的研究重点一直是在名义工况和额定转速下稳态工作时的效率和其它工作特性上。传统的制冷系统采用定转速压缩机，实行开关控制，利用压缩机上附带的鼠笼式电动机驱动压缩机，从而调节蒸发温度。这种控制方式使蒸发温度波动较大，容易影响被冷却环境的温度。压缩机电机在工作过程中要不断克服转子从静止到额定转速变化过程中所产生的巨大转动惯量，尤其是带着负荷启动时，启动力矩要高出运行力矩许多倍，其结果不仅要额外耗费电能，而且会加剧压缩机运动部件的磨损。另外这种运行方式在启动过程中还会产生较大的振动、噪声以及冲击电流，引起电源电压的波动，因此应采用变频压缩机替代定转速压缩机，从而避免这种频繁的起停过程。

而变频调速技术主要由以下4个方面的关键技术组成：逆变器，微控制器，PWM波的生成以及变频压缩机的电机选择。

2 三种变频压缩机的研究状况

针对变频压缩机的研究，是从往复活塞机开始的，但由于其往复运动的特点，影响到变频特性的发挥;从而转到滚动转子式压缩机、涡旋压缩机等回转式压缩机上来，大大提高了压缩机的性能。总体说来，实验研究居多，而理论分析较少。

2.1 往复式活塞压缩机

日本东芝公司在1980年开发了往复式变频压缩机，又在1981年开发了转子式变频压缩机，文献[1]给出这两种机器的制冷量和总效率随频率变化的实验数据，从中可以看出往复式在频率为25~75Hz时，效率高;而转子式在30~90Hz时，效率高。并且两种机型均存在效率最高频率。在大于此频率时效率缓慢降低，小于此频率时，效率则下降很快。另外，Scalabrin测量一台可变速的开启式往复压缩机在不同转速下的制冷量和输入功率，他指出这台压缩机的容积效率在转速为1000rpm时最高，而等熵效率和制冷系数随转速的降低而增高[2]。Krueger讨论了BPM电机及变频器的设计，对转速在~5000rpm的冰箱和往复式压缩机进行了实验研究，得到压缩机的转速为3000~5000rpm时制冷系数最高;而文献[3]则给出了其对冰箱用往复式压缩机的性能试验和模拟计算结果，在其研究的转速范围内2000~4000rpm，制冷系数随转速的增加而降低。还有学者对往复式变频压缩机的热力性能进行了仿真研究，计算了压缩机内各部位的换热量和压力损失。

2.2 滚动转子式压缩机

在1984年，日本东芝公司的Sakurai和美国普渡大学的Hamilton建立了简单的滚动转子式压缩机的摩擦损失模型[4]，并选取不同的边界摩擦系数和制冷剂在油中的溶解度计算了不同的转速下的摩擦功耗。其结果与实验值相比较，偏差较大。文献[5]叙述了日立公司1983年批量生产的变频转子压缩机在结构和材料上的改进。文献[6]研究了单缸和双缸转子压缩机的转速波动，讨论了电流频率减小时，压缩机性能降低的原因。文献[7]采用低密度和铝合金制作的滑片和转子以降低高转速时滑睡瑟转子间的接触力和转子轴承承载。文献[8]简单分析了适当降低滑片的质量和厚度可以提高变频转子压缩机的效率，并给出了气缸、转子和滑处的温度及应力分布的有限元分析结果。Liu和Soedel分析了变频转子压缩机的吸气和排气气流脉动[9，10]和吸气管气缸间的传热及压缩机的温度分布[11]，讨论了影响变频转子压缩机容积效率和气缸压缩过程效率的因素，给出了他们用计算机模拟计算出的在不同转速下的容积效率和压缩过程效率，从实验数据和文献[1]的实验可以看出，其计算的容积效率随转速的增大而很快的增大。

2.3 涡旋式压缩机

涡旋式压缩机的原理早在1886年意大利的专利文献[12]论及到了，19法国工程师Creux正式提出涡旋式压缩机原理及结构，并申请美国专利[13]。涡旋式压缩机是一种新型的容积式压缩机，具有结构紧凑、效率高、可靠性强、噪声低等特点，尤其是用于变频控制运行。但由于没有数控加工技术和缺乏对轴向力平衡问题的妥善解决方法，因而长期未能完成其实用化。进入70年代，美国A.D.L公司完成富有成效的研究，首先解决了涡旋盘端部磨损补偿的密封技术。并在此基础上与瑞士合作开发了多种工质的`涡旋式压缩机样机。涡旋式压缩机的真正规模生产始于日本。1981年日本三电(SANDEN)公司开始生产用于汽车空调的涡旋式压缩机，1983年日立公司开始生产2~5Hp用于房间空调的涡旋式压缩机。此外，在美国，自Copeland公司1987年建立涡旋式压缩机生产线推出其产品后，Carrier、Trane、Tecumseh等公司也分别设厂生产高质量的涡旋式压缩机。而变频涡旋压缩机已应用于柜式空调器上，节能效果明显，制冷系数提高20%左右，成为目前涡旋压缩机的一个研究热点。

3 变频调速技术的发展及现状

变频调速技术适应于节能降耗和舒适性的要求，目前已应用于新一代的空调器上，在90年代初进入国内空调市场，其核心是：逆变器、微控制器、PWM波的生成和变频压缩机的电机。

3.1 逆变器

变频空调的核心部件是变频器，其主要电路采用交-直-交电压型方式。交-直过程一般采用单相二级管不可控直接整流，直-交过程一般采用6管三相逆变器，另有一个辅助电源，一个逆变器控制器和相应的驱动电路。

早期的变频器采用分立元件构成，整流器采用单相倍压整流电路，逆变器由6只分立的功率晶体管(GTR)构成。这种电路复杂，可靠性差。目前大部分厂家采用的逆变桥由6个绝缘栅极晶体管(IGBT)组成，其综合了MOSFET和GTR的优点，开关频率高、驱动功率小。随着智能功率模块(IPM)技术的发展应用，IPM正在逐步取代普通IGBT模块。由于IPM内部既有IGBT的棚极驱动和保护逻辑，又有过流、过(欠)压、短路和过热探测以及保护电路，提高了变频器的可靠性和可维护性。另外，IPM的体积与普通IGBT模块不相上下，价格也比较接近，因此目前应用较为广泛。比较成功的产品如：日本三菱电机公司所生产的PM20CSJ060型以及日本新电元公司生产的TM系列IPM模块等。

功率因素校正(PFC)环节和逆变桥集成是新一代的空调器逆变电源技术。PFC技术的应用不但可以极大改善电网的工作环境，减少输电线的损耗，而且在变频工作时可以减小输入端电感和输出端电容器，减小模块体积。因此PFC环节和IPM逆变桥集成一体化是家用空调器发展的必然。

3.2 微控制器

微电子技术的发展使变频调速的实现手段发生了根本的变化，从早期的模拟控制技术发展数字控制技术。目前国外一些跨国公司的微控制器产品占据着主要的市场，如：Motorola公司的MC68HC08MP16、Intel公司的80C196MC、三菱公司的M37705等。这些公司的产品性能价格比较高、功能强大，如带有A/D转换器、PWM波形发生器、LED/LCD驱动等，且一般都有OTP产品以及功耗低可长期稳定的工作。微控制器目前主要由单片机向DSP(信号处理器)过渡。以目前应用比较广泛的TI公司的TMS320C240为例，其具有：50Ns的指令周期，544字的RAM，16K的EEPROM，12个PWM通道，三个16位计数器，两个10位A/D转换，WATCHDOG，串行通讯口，串行外围接口等，采用DSP，可使控制电路简单，而且控制功能强大。

3.3 PWM波的生成

在家用空调器中，目前国内大部分厂家采用常规的SPWM方法，在国外，在部分厂家以采用磁通跟踪型SPWM生成方法，该方法以不同的开关模式在电机中产生的实际磁通去逼近定子磁链的给定轨迹―理想磁通圆，即用空间电压矢量的方法决定逆变器的开关状态，以形成PWM波形，该方法电压利用率高，低频谐波转矩小，频率变化范围宽、运行稳定，具有比较好的控制性能。近期出现的PAM控制(Pulse Amplitude Modulation)不采用载波频率进行整流，而直接改变电压，减少了整流所需的能耗，提高了变频器的工作效率，满足了节电和降低高次谐波的要求，使供暖能力得到提高。

3.4 变频压缩机的电机

变频压缩机电机主要分为交流异步电动机和直流无刷电动机两种。目前国内一些大的压缩机生产厂家如：万宝、松下、上海日立、东芝万家乐等已有能力生产变频压缩机(包括交流机和直流机)，交流电动机成本低，制造工艺简单，但其节能效果较差。直流无刷电机拖动由无刷电机本身，转子位置传感器和电子换向开关组成。转子磁极为永磁体，电枢绕组采用自控式换流，定子旋转磁场与转子磁极同步旋转，通常采用按转子磁场定向的定子电流矢量变换控制，既有普通直流电机良好的调速性能和启动性能，又从根本上消除了换向火花、无线电干扰的弊端，具有寿命长、可靠性高和噪声低，控制方便等优点。以三菱电机公司开发的适用于空调压缩机的节能高效直流无刷电机为例，其具有：转子上安装了8块V字型永久磁体。磁体为埋入式，转子不会在不锈钢外壳中因涡流因而产生损耗;采用了新的压缩机电机驱动方式，效率比普通的无刷电机高，但是这种压缩机电机的价格较高。

开关磁阻电动机(SRM)是80年代新推出的变速传动系统，由磁阻电动机和控制器组成，是新一代机电一体化产品。该电机结构十分简单，但是比普通磁阻电动机多了转子位置检测器(一般为光电检测)，总体上比较流异步电动机简单、坚固和便宜，又因为绕组电流是直流脉冲，只需整流，无需逆变，所以控制电路简单。目前有关SRM的理论尚不够完善，低速时，转矩有些脉动，噪声和震动较大，转速的稳态精度不够高等，有待今后进一步研究解决。

中央空调系统变频节能改造方案 篇7

1 问题的提出

1) 冷冻水, 冷却水循环泵不能根据实际需求来调整循环量, 电机工作效率低下, 造成大量电力浪费, 并加速机组磨损;

2) 其控制接触器等电器动作频繁, 导致使用寿命短, 维修量大;而对于大容量系统, 传统的控制线路复杂, 可靠性差, 需专人负责;

3) 整个系统运行噪音大、控制性能差、耗电量大、使用寿命短;在维护管理, 检修调整方面工作量大, 维护费用高。

2 节能原理概述

由流体传输设备水泵、风机的工作原理可知:水泵、风机的流量 (风量) 与其转速成正比;水泵、风机的压力 (扬程) 与其转速的平方成正比, 而水泵、风机的轴功率等于流量与压力的乘积, 故水泵、风机的轴功率与其转速的三次方成正比 (即与电源频率的三次方成正比) 根据上述原理可知:改变水泵、风机的转速就可改变水泵、风机的功率。

由图1可以看出, 用变频器进行流量 (风量) 控制时, 可节约大量电能。中央空调系统在设计时是按现场最大冷量需求量来考虑的, 其冷却泵, 冷冻泵按单台设备的最大工况来考虑的, 在实际使用中有90%多的时间, 冷却泵、冷冻泵都工作在非满载状态下。而用阀门、自动阀调节不仅增大了系统节流损失, 而且由于对空调的调节是阶段性的, 造成整个空调系统工作在波动状态;而通过在冷却泵、冷冻泵上加装变频器则可解决该问题, 还可实现自动控制, 并可通过变频节能收回投资。同时变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对系统的平稳调节, 使系统工作状态稳定, 并延长机组及网管的使用寿命。

3 普通中央空调改造方案

根据该中央空调系统的配置情况可对冷却水系统, 冷冻水系统及冷却塔风机系统进行变频改造。采用变频器配合可编程控制器组成控制单元, 其中冷却水泵, 冷冻水泵均采用温度自动闭环调节即用温度传感器对冷却水、冷冻水的水温进行采样, 并转换成电信号 (一般为4-20m A, 0-10V等) 后送至PLC, PLC将该信号与设定值进行比较运算后决定变频器输出频率, 以达到改变冷冻水泵、冷却水泵转速从而达到节能目的。冷却塔风机变频驱动:可编程控制器根据回水温度信号控制变频器驱动风机, 使风机工作在最经济状态而节约大量电能。在冷却水, 冷冻水循环系统, 各装设一套变频器, 其中冷却变频器供2台冷却水泵切换使用;冷冻变频器供2台冷冻水泵切换使用。 (如图2)

其中冷却水循环系统, 回水与出水温度之差, 反应了需要进行交换的热量;根据回水和出水温度之差, 通过控制循环水的速度来控制热交换的速度, 在满足系统冷却需要的前提下, 达到节电的目的。温差大说明冷冻机组产生的热量大, 应提高冷却泵的转速, 增大循环速度, 加速冷却水的降温;温差小, 说明冷冻机组产生的热量小, 可降低冷却泵的循环速度, 以节约电能。采用变频调速器驱动, 两台冷却泵互为备用, 可编程控制器 (PLC) 根据传感器检测到的温差信号, 同设定温差比较后控制变频器驱动电机运转。 (PLC) 先控制变频器软启动电动机M1, 当M1到达额定转速时, 仍未达到设定温差值时, (PLC) 控制M1切换到工频电网运行, 然后再启动M2, 经控制变频器调节电机M2运转, 从而控制冷却水的循环速度;当电机M2工作在下限转速值时, 如果检测值大于设定值, (PLC) 控制电机M1停机, 同时控制变频器调节电机M2转速从而达到设定要求。

在冷冻循环系统中, 由于出水温度比较稳定, 因此仅回水温度就足以反应了房间的温度, 所以PLC可根据回水温度进行控制。回水温度高, 说明房间温度高, 应提高冷冻泵转速, 加快冷冻水的循环;反之回水温度低说明房间温度低, 可降低冷冻泵的转速, 减缓冷冻水的循环速度, 以节约能源。

4 普通中央空调改造后的性能

1) 供水压力的保障:冷却水循环系统的变频节能在实际使用中要考虑水泵的转速与扬程的平方成正比的关系及水泵的转速与管损平方成正比的关系;在水泵的扬程随转速的降低而降低的同时管道损失也在降低, 因此, 系统对水泵扬程的实际需求一样要降低;而通过设定变频器下限频率的方法又可保证系统对水泵扬程的最低需求;

2) 控制性能的提高:系统设备运行稳定, 抗干扰能力强, 软启动, 高效节能, 保护功能完善, 可逻辑控制, 操作简单安装方便, 可实现工频、变频双回路控制, 可自动切换, 安全运行有保证, 低噪音, 环保效果显著等;

3) 节电效果显著, 改造后的系统一般节电率在30%左右。

5 普通中央空调系统节电改造主要配置

变频器水温传感器控制系统三菱可编程控制器A D、D/A扩展功能模块数码LED显示器高稳定度开关电源控制电源滤波器

6 主要设备的特性简介

1) 变频器:能均匀的改变电源的频率, 因而能平滑的改变交流电动机的转速, 由于兼有调频调压功能, 所以在各种异步电动机调速系统中效率最高, 性能最好。变频器以软启动取代Y-△降压启动, 降低了启动电流对供电设备的冲击, 减少了振动及噪音。

2) PLC:是综合了计算机技术, 半导体存储技术和自动控制技术的新型工业控制器。PLC与传统的继电器控制比较, 有以下特点:

(1) 通用性好, 接线简单, 通过选配相应的模块, 可适应用于各控制系统。

(2) 功能强, 可以通过编程实现任意复杂的控制功能。除逻辑控制功能外, 还具有模拟量控制, 顺序控制, 位置控制, 高速计数以及网络通信等功能。

(3) 可靠性高, 无机械触点, 消除了电弧损害, 接触不良等, 使用寿命长。

(4) 定时准确, 定时范围宽。

(5) 体积小, 耗电小。

(6) 编程和接线可同步进行, 扩展灵活, 维修方便。

7 结束语

经过三个月的实际效果, 验正了利用变频器、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等组成的温差闭环自动控制系统, 对中央空调系统的节能改造是可行的。可以达到设计的预期效果。S

参考文献

[1]顾战松, 陈铁年, 编著.可编程控制器原理及应用[M].国防工业出版社, 1996.

[2]张子慧, 等, 编著.制冷空调自动控制[M].科学出版社.

变频中央空调的节能分析 篇8

摘要：以西安市某单位小区为例，根据西安地区的气候条件，提出了变频中央空调节约能源的思路和方法，在保证用户使用需求的条件下，进行了节能实验，结果表明，节能效果显著。

关键词：变频中央空调节能

1研究的意义

中央空调系统的设计通常按建筑物所在地的极端气候条件来计算其最大负荷，并由此确定空调主机的装机容量及空调水系统的供水流量。然而，实际上每年只有极短时间出现最大冷负荷(或最大热负荷)的情况，绝大多数中央空调系统在大部分时间是在部分(低)负荷状态下运行，实际空调负荷平均只有设备设计能力的50％左右，因此出现了“大马拉小车”的现象，不但浪费大量能源，而且还带来设备磨损，缩短寿命等一系列问题。

2西安地区空调使用条件分析

西安地处我国西北，年平均温度为16.2℃，最高的8月，月平均气温28.3℃，最低的1月份，月平均气温1.5℃，年极端最高温度38.4℃，年极端最低温度零下1 2℃，四季温差较大。在这种地理环境和气候条件下，开机时间变化等多种因素，导致中央空调负荷波动较大，如果仅依靠人工手段对空调系统进行控制和管理，不能实现空调冷量(或热量)的供应随负荷的变化而调节，就会浪费大量能源。尽管现在许多空调主机已能够根据负荷变化自动随之加载或减载，但与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能跟随负荷的变化自动调节负载，始终在额定功率下运行，仍然造成了输送能量的很大浪费。

3变频节电设备省电对比

以下是某企业对其生产的变频节电设备投运后的一组实测数据，见表1(制冷5个月，日均20小时)。

4西安某小区的使用变频节电设备前后实际测试对比

以下是西安某小区中央空调水系统变频设备投运前后的耗电数据对比，见表2(制冷5个月，日均16小时)。

5安全可靠性和节能效果

中央空调系统通过安装变频节电系统，实施节能改造后，实际运行结果表明：系统运行安全、稳定、可靠，功能指标到达设备技术要求；系统直观、自动化程度较高，能及时、准确地自动跟踪末端空调负荷运行；系统实现了空调泵组的软启动、软停止、运行平滑稳定，较大地改善了设备的启停性能和运行磨损；系统具有强大的管理功能和安全保护功能，确保整个空调系统优化、安全的运行：

6节能效果及社会效益

节能改造前，该项目年耗电62.52万kWh；实施节能改造后，每年节约电量31.71万KWh。按照现行标准折算，即每年可节约95吨标准煤。每年可减排：C02约317100×900／10⁶=285吨；SO₂约317100×11/10⁶=3.49吨；N₂O₃约317100×317100⁶=0.95吨：由此可见，本项目的实施不仅节约了大量的能源，还大大减少了煤炭燃烧所产生的废气排放和温室气体排放，对环境保护起到了巨大的作用。

节能改造方案 篇9

一、稳定-让你的不良品降低

1、精密度高;系统相应迅速，闭环控制使原本不可以生产的一些精密产品现在完全可以胜任。

2、伺服系统调节能力强;压力闭环控制使系统压力非常稳定，压力波动低于正负0、5bar提高了塑料产品成型质量。

二、耐用-让您的机器使用寿命更长

1、莱普乐伺服系统所采用的配件本着可靠、耐用的原则，企业技术实力强。

2、产品经过大量的市场验证，以完成技术积累及产品完善，以确保莱普乐系统可靠、稳定、耐用。

3、油温降低，机器使用寿命高;采用莱普乐自主研发伺服系统后，液压系统按照实际需要流量和压力来供油，没有溢流损耗，系统发热少，油温降低，漏油减少，机器维护成本降低，使用寿命高。

三、环保-让您的工作环境更舒适

1、噪音小;采用内齿合齿轮泵，系统噪音由80db下降到65db工作环境得到改善。

2、节水;降低成本，减少污染，油温降低，液压油使用寿命增长，废油减少，冷却需求减少，用水减少。

四、服务-让您更省心

1、全国首家承诺免费保修两年，让您不会为产品质量而烦恼。

2、公司采用CRM客户关系管理软件，为您提供售前、售中、售后最贴心的服务。

3、24小时全天候的******维修服务热线，售后工程师4至6小时赶到维修现场。

五、专业-让您更放心

中央空调系统变频节能改造方案 篇10

本篇文章来源于 “中国建筑文摘” 转载请以链接形式注明出处 网址：http:// 摘要：2005年国家提倡加快建设节约型社会，节能降耗成为全社会关注的焦点，因此对中央空调系统应用节能控制技术与节约型社会的创建有着重要的意义。本文从空调设计中的关键环节控制、空调使用过程中的节能措施以及中央空调的管理三个方面，对中央空调系统的节能进行了分析和总结，为中央空调系统的节能提供了有意义的看法。

关键词：中央空调；节能；措施

前言

随着经济和社会的发展，中央空调在商业和民用建筑中的应用越来越广泛，中央空调是现代建筑中不可缺少的能耗运行系统。中央空调系统在给人们提供舒适的生活和工作环境的同时，又消耗掉了大量的能源。随着设备功率和数量的增加，其能耗也不断增大。据统计，我国建筑物能耗约占能源总消耗量的30%.在有中央空调的建筑物中，中央空调的能耗约占总能耗的 70%，而且呈逐年增长的趋势[1].因此，研究中央空调系统节能技术意义重大，除了强调使用功能完善外，还应重视节能因素，降低投资、运行费用。

1.空调设计中的关键环节控制

1.1 冷热负荷设计控制

在中央空调系统施工图设计阶段，必须进行热负荷和逐项逐时的冷负荷计算。负荷计算应采用动态的计算方法，依据实际负荷情况选择合适的冷热源。由于系统冷热源及设备在部分负荷下的性能对系统节能有重要影响，因此，在设备选型时，一方面要考虑到特定的设计工况，同时还应该强调系统运行工况和部分负荷的系统性能的影响。

设计的空调系统的冷热负荷设计过大，设备选型没有充分考虑空调系统的负荷特点和设备性能，空调机组容量、管道直径、水泵配置、末端设备设计偏大，导致投资、运行费用增大。而很多建筑的空调系统都达不到满负荷运行，即使在最热月仍有闲置的空调机组。水泵选型过大或水泵选配电机功率过大，低效率运行，浪费能源。多台冷冻水泵并联运行时，没有根据供冷负荷的变化调整开启台数，而是无论冷负荷大小，都是按最大冷负荷开动冷冻水泵，白白浪费了电能。1.2 空调水系统的设计控制

水系统大多是定流量，设计水流量按最大冷负荷和5℃的供回水温差确定。而实际普遍存在大流量小温差现象，最大负荷出现的时间很少，绝大部分时间在部分负荷下运行，实际温差小于设计温差，实际流量比设计流量大1.5倍以上，大大超过设计流量，水泵电耗大大增加。

设计人员应重视水系统设计，对每个水环路进行水力平衡计算，对压差相差悬殊的回路要采取有效措施，保证各环路水力平衡，避免水力、热力失调现象，认真校对和计算空调水系统相关参数，切实落实节能设计标准的要求值，利用电动二通阀对经过空调末端的水流进行控制，使流量随负荷变化而变化，积极推广变频调速水泵，冬、夏两用双速水泵等节能措施。近年来的研究结果表明，加大供回水温差使输送系统减少的能耗大于由此导致的设备传热效率下降所增加的能耗，因此对整个空调系统而言具有一定的节能效益，不仅要杜绝大流量、小温差现象，还要逐步引入小流量、大温差的设计方法。由于加大供回水温差，设备的运行参数发生变化，设计方案要经过技术经济比较后确定。同时还应该关注冷却水温度对空调系统能耗的影响。（1）降低冷却水温度

由于冷却水温度越低，冷机的制冷系数就越高。冷却水的供水温度甸上升1摄氏度，冷机的COP下降近4%。降低冷却水温度就需要加强冷却塔的运行管理。首先，对于停止运行的冷却塔，其进出水管的阀门应该关闭。否则，因为来自停开的冷却塔的水温度较高，混合后的冷却水水温就会提高，冷机的制冷系数就减低了。其次，冷却塔使用一段时间后，应及时检修，否则冷却塔的效率会下降，不能充分地为冷却水降温。（2）提高冷冻水温度

冷冻水温度越高，冷机的制冷效率就越高。冷冻水供水温度提高1摄氏度，冷机的制冷系数可提高3%，所以在日常运行中不要盲目降低冷冻水温度。首先，不要设置过低的冷机冷冻水设定温度。其次一定要关闭停止运行的冷机的水阀，防止部分冷冻水走旁通管路，否则，经过运行中的冷机的水量就会减少，导致冷冻水的温度被冷机降到过低的水平。

1.3 新风系统的节能设计

新风系统的合理使用，也可以有效地控制能耗使用量。在满足卫生条件的情况下，减少新风量或根据实际需要采用变风量系统进行调节。有排风系统的，利用室内能量对新风进行预热与预冷处理（即热回收技术）等都能够有效减少空调系统的能耗。

2.空调使用过程中的节能措施

2.1 空调建筑的节能

（1）合理设计围护结构的构造。建筑物内的冷热量可以通过房间的墙壁、门窗等传递出处，因此建筑物围护结构保温性能在建筑的节能中起着很重要的作用。特别是窗的构造，应能起控制日光照射的作用并要限制窗户墙体的面积；对于窗户面积比较大的建筑物应考虑采用吸热玻璃、热反射玻璃或遮阳措施如遮阳板、屋檐、挑檐、窗帘等阻止热量的吸收。在室外温度较低的时候可以直接利用自然空气作为能源，所以窗的构造应能开启或在其上设置可以开启的自然通风口。

（2）提高门窗气密性。特别是在夏天，减少房间换气次数。比如，设计中可采用密闭性良好的门窗。加设密闭条是提高门窗气密性的重要手段。

（3）对于供冷负荷较大的建筑物。其表面颜色以浅色为好。建筑物的外围护结构设计时要把热容量大的材料放在外围护层的室内侧。而把热容量小的保温材料放在外侧以减少围护结构的蓄热负荷。

（4）选择更合理的室内空气参数。若空调室外计算参数为定值时，夏季空调室内空气计算温度和湿度越低，房间的计算冷负荷就越大，系统耗能也越大。在满足舒适要求的条件下，要尽量提高夏季的室内设计温度和相对湿度，尽量降低冬季的室内设计温度和相对湿度，不要盲目迫求夏季室内空气温度过低、过干，冬季室内设计温度过高。

2.2 合理利用环境因素

室外温度较低时（尤其在夜间），注意房间的通风、白天注意采用遮阳措施、空调运行时尽量关闭门窗等都是节约能耗的有效措施。

2.3 建立智能系统控制技术

应用智能集成系统控制技术对中央空调系统进行时时节能控制，是目前较为有效的电子控制手段。特别是智能集成控制系统模块的出现，降低了技术应用门槛，一般应根据建筑耗能的实际情况，采用不同的智能集成系统控制解决方案达到节能目的。它能够依据空调的实际运行情况，而自动的对空调的运行参数进行自适应的最优调节，达到降低能耗的目的。

同时，随着智能建筑的发展，建立与之配套的空调智能自控系统也是不可缺少的，它对空调系统的运行起着关键作用。空调自控系统虽然增加了投资，但可以在保持良好的室内环境的基础上节省运行费用。一个设计合理和运行管理良好的自控系统既可以大幅度地节省运行费用，使业主在较短的时间内收回投资，也可以提高自动化服务质量，降低对外部环境的影响。

3.加强中央空调的管理

日常管理是中央空调节能是否实际有效的关键。一个设计再好的空调系统，如果管理不善，一样达不到节能的目的。就空调的节能目的来说，日常管理的节能措施包括：

（1）加强对空调操作人员的培训，提高管理人员素质。懂得根据室外参数的变化进行合理而有效的调节。积极推广水环路热泵，采用热回收、变风量、变水量系统等节能技术。

（2）加强日常和定期的对设备和系统地维护和清洗。例如空调构件等的维护，冷凝器等换热设备传热表面的定期除垢或除灰，过滤器、除污器等设备定期清洗。

（3）常检查自控设备和仪表，保证其正常工作。对系统的运行参数进行监测，从不正常的运行参数中发现系统的问题，进行合理的改造。经常出现的问题有设备选择过大，运行能耗高等。尽可能的缩短预冷的时间。

（4）当过渡季节中室内有冷负荷时，应尽量采用室外新风的自然冷却能力，节省人工冷源的冷量。

中央空调的节能涉及的范围非常广泛较广，从空调的设计，空调的安装以及运行管理等各方面都有值得改进的地方。无论如何提高节能性，都应从提高能量利用效率来采取对策解决问题，这才是科学的空调节能途径。