中央空調(diào)系統(tǒng)能源優(yōu)化的探討

摘要：社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得能源成為國民經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵要素，構(gòu)架社會主義節(jié)能型環(huán)境，實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)增收，這些都成為了構(gòu)建和諧社會的有效途徑，但中央空調(diào)是作為社會建筑中最為重要的能耗運(yùn)行系統(tǒng)需要消耗大量的社會能源。本文對中央空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)的問題做出研究，分析了中央空調(diào)系統(tǒng)的相關(guān)節(jié)能措施。
關(guān)鍵詞：中央空調(diào)節(jié)能措施
0引言
當(dāng)前社會調(diào)查顯示了我國能源的使用情況，當(dāng)前建筑行業(yè)的能源消耗占到了總能源消耗的30%，而在中央空調(diào)的建筑物中其能源消耗占到了70%，隨著時間的推移這些數(shù)字還是在增長的。根據(jù)這些數(shù)據(jù)能夠看出，優(yōu)化中央空調(diào)內(nèi)部的能源系統(tǒng)能夠在降低能源使用及創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益和社會效益中發(fā)揮出重要的作用。
1中央空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)的不足
1.1空調(diào)負(fù)荷條件的不均勻性中央空調(diào)設(shè)計過程中需要確保大氣溫度最高的環(huán)境中能夠達(dá)到使用要求，這需要根據(jù)最大負(fù)荷設(shè)計且含有15%左右的富裕量，且保證平時的使用低于正常需要的滿負(fù)荷，當(dāng)出現(xiàn)較大的裕度時應(yīng)該將制冷主機(jī)安裝負(fù)載變化自動加載、卸載，但是水泵的流量無法達(dá)到冷主機(jī)的調(diào)整需要，這就會造成較大的能量浪費(fèi)；與此同時，每個時期的氣象條件會根據(jù)時間的變化出現(xiàn)差異。
1.2電機(jī)起停頻繁電機(jī)起停次數(shù)過多時，這就將給設(shè)備的使用壽命造成不利影響。通常將起動電流控制在額定值的5倍，當(dāng)電機(jī)收到了很大的電流沖擊會出現(xiàn)不斷的起停，這就造成了電機(jī)、電網(wǎng)出現(xiàn)不同的損壞。
1.3冷卻水系統(tǒng)的缺乏冷卻水泵電機(jī)的容量需要根據(jù)最大換熱量來進(jìn)行計算，然后參照相應(yīng)的安全系數(shù)進(jìn)行判斷。一般條件下，隨著季節(jié)和晝夜氣溫變動與缺少開機(jī)數(shù)目，使得實(shí)際換熱量要比設(shè)計值多。這時當(dāng)電機(jī)容量遠(yuǎn)超出實(shí)際負(fù)荷時就造成了大馬拉小車的現(xiàn)象。
1.4冷凍水系統(tǒng)的不足把經(jīng)制冷機(jī)降溫的冷凍水經(jīng)過輸送管道送至中央空調(diào)的各出風(fēng)口處的風(fēng)機(jī)盤管組件里是冷凍水泵的作用，在環(huán)境中發(fā)揮降溫效果。而冷凍水的流量與冷凍水泵的轉(zhuǎn)速關(guān)系為正比，若冷凍水泵轉(zhuǎn)速增加將使得冷凍水的流量增加，提高了流速。這就造成了冷凍水流過風(fēng)機(jī)盤管組件，但是尚未具備足夠的時間將所攜冷量全部放出便回到了制冷機(jī)，這時的冷凍水泵電機(jī)做的都是無用功，從而增加了不必要的能耗。
當(dāng)對冷凍水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速有效調(diào)節(jié)時，就需要參照實(shí)際熱負(fù)荷的大小對冷凍水的流量及流速進(jìn)行調(diào)整，這是為了使得冷凍水在風(fēng)機(jī)盤管組件中獲取足夠的時間將與熱負(fù)荷大小相當(dāng)?shù)睦淞砍浞址懦?，從而大大降低了冷凍水泵電機(jī)的功耗。盡管中央空調(diào)出現(xiàn)了缺陷之處足，但由于其某些功能方面的優(yōu)越性常常是空調(diào)方案的首選，但在中央空調(diào)系統(tǒng)普遍運(yùn)用時期也要對節(jié)能采取相應(yīng)的措施。
2中央空調(diào)系統(tǒng)變流量的節(jié)能控制
變頻技術(shù)綜合了交流電動機(jī)、電網(wǎng)電源兩者的性能，設(shè)置了頻率能夠變動的裝置，其輸出頻率的變化會伴著生產(chǎn)機(jī)械要求而調(diào)整。變頻器俗稱變頻變壓調(diào)速器VVVFI，主要講工頻電源(50Hz)轉(zhuǎn)化為各種頻率的交流電源，這樣才能起到電機(jī)變速運(yùn)行的作用。
在中央空調(diào)水系統(tǒng)中，最主要的運(yùn)行設(shè)備是水泵。水泵調(diào)速運(yùn)行節(jié)電的理論之一是水泵學(xué)比例律。由水泵學(xué)比例律可知，對于同一臺水泵，當(dāng)以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，水泵的流量Q，揚(yáng)程H，軸功率P與轉(zhuǎn)速n有如下關(guān)系
流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。由此可見，當(dāng)降低轉(zhuǎn)速時，功率的減少量遠(yuǎn)比流量的減少量大得多。因此，控制水泵的轉(zhuǎn)速可以有效地控制水泵的消耗功率，這就是中央空調(diào)系統(tǒng)高效節(jié)能的基礎(chǔ)。
式中n為交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速；f為廠電網(wǎng)電源的頻率(我國為50Hz)；p為極對數(shù)；s為轉(zhuǎn)差率。

將變頻器的輸出頻率記為fh，代入公式得：
由上式可知，在轉(zhuǎn)差率變化不大時，交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速基本和fh成反比，所以改變電源頻率可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。
通過頻率變化來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速與傳統(tǒng)變速方法相比有以下優(yōu)點(diǎn)：①調(diào)速范圍廣；②可實(shí)現(xiàn)無級平滑調(diào)速；③能做到與直流調(diào)速不相上下的程度；④啟動為軟啟動，減小了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊。
在中央空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計時要對冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)的容量進(jìn)行合理的設(shè)計，考慮到外界因素使得熱交換量要低于設(shè)計值。改變投入運(yùn)行水泵和風(fēng)機(jī)臺數(shù)是最初經(jīng)常運(yùn)用的方法，但這種方式的缺點(diǎn)在于難以實(shí)現(xiàn)跟蹤負(fù)荷變化，不能按需供給冷(熱)量。在使用變頻調(diào)速系統(tǒng)時要參照末端負(fù)荷的變化情況來為水泵驅(qū)動電機(jī)的輸入頻率的調(diào)節(jié)發(fā)出作用，這樣能使得水泵的轉(zhuǎn)速得到協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)水泵調(diào)節(jié)供水流量的要求從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。中央空調(diào)設(shè)備不僅要選擇效率高的空調(diào)設(shè)備，還要對控制方式找出最佳方案，這就需要借助于控制策略以及控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，這樣才能在建筑節(jié)能中發(fā)揮應(yīng)有的意義。準(zhǔn)確計算暖通空調(diào)系統(tǒng)的相關(guān)負(fù)荷量，然后參照系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行有效控制，如果按照了實(shí)際情況來進(jìn)行復(fù)核變化將使得運(yùn)行工況得到調(diào)整，獲得更大的經(jīng)濟(jì)利益，促進(jìn)了空調(diào)節(jié)能的進(jìn)步，能夠緩解能源緊張的趨勢。
對中央空調(diào)設(shè)備，除了選擇效率高的空調(diào)設(shè)備外，需要人們不斷研究出新的控制技術(shù)及使用方法。需要在傳統(tǒng)的控制算法中得到最新的改進(jìn)方案。用現(xiàn)在化控制技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制技術(shù)，對建筑節(jié)能具有重要的意義，而未來智能建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)也應(yīng)當(dāng)能充分體現(xiàn)智能建筑舒適、節(jié)能兩大特點(diǎn)。
3結(jié)語
綜上所述，變流量空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)用需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定，考慮到季節(jié)等環(huán)境因素才能實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，獲得更大的經(jīng)濟(jì)利益。本文主要分析了變流量空調(diào)系統(tǒng)的和實(shí)現(xiàn)方法：將變頻技術(shù)和智能控制中央空調(diào)的控制。使用變頻器控制泵的利用頻率變化改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)泵的流量，則既可以靈活地根據(jù)實(shí)際負(fù)荷的調(diào)整流量，方便的實(shí)現(xiàn)恒溫控制，又可以節(jié)約大量能量。同樣，對冷卻塔的散熱風(fēng)由于季節(jié)、天氣和時段的變化，并不是總需要風(fēng)扇運(yùn)行在工頻對應(yīng)的額定轉(zhuǎn)速，可據(jù)實(shí)際情況通過變頻器來調(diào)速，以達(dá)到良好的節(jié)能效果。
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