變頻技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能作用

重慶是全國最熱的城市之一，夏天最高氣溫超過40℃，空調(diào)器成為重慶人夏天必備的設(shè)備，其公共建筑空調(diào)的覆蓋率達(dá)95%以上。而目前，許多建筑物的設(shè)計(jì)缺乏節(jié)能觀點(diǎn)，忽視設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用和能耗量，據(jù)資料顯示，我國建筑物的耗電量為國外同緯度同等規(guī)范建筑物耗電量的兩倍以上，使電能供應(yīng)異常緊張，也造成極大的浪費(fèi)。空調(diào)系統(tǒng)能源的有效利用和節(jié)能成為迫切需要解決的問題，而重慶作為空調(diào)器大量使用的城市，節(jié)能潛力巨大。

1 節(jié)能原理[1]

空調(diào)冷凍（卻）水泵均是按最大負(fù)荷來設(shè)計(jì)的，并且還會(huì)再乘以一安全系數(shù)，所有水泵都是按最不利工況來選型的，有相當(dāng)?shù)挠嗔?。而水泵的能耗與流量近似成3次方的關(guān)系，如下式：

其中，N：水泵能耗；Q:水泵流量

由上式可見：如果能夠減少冷凍（卻）水泵的流量，那么水泵的節(jié)能將非常可觀。

當(dāng)冷凍水泵的流量降為原流量的90%時(shí)，水泵的能耗將降為原來的72.9%；當(dāng)冷凍水泵流量降為原流量的80%時(shí)，水泵的能耗將降為原來的51.2%?？梢姼淖兞髁浚玫墓?jié)能十分顯著。

2 實(shí)現(xiàn)節(jié)能的方法[1-3]

在保證空調(diào)系統(tǒng)能正常運(yùn)行的前提下，為了降低冷凍（卻）水泵的流量，我們有必要先分析一下冷凍（卻）水泵的運(yùn)行情況。

以重慶某酒店空調(diào)系統(tǒng)為例，其系統(tǒng)具體配置為：

主機(jī)：一臺(tái)螺桿機(jī)，制冷量130萬Kcal/h；

冷凍水泵：2臺(tái)離心泵，流量280m3/h、揚(yáng)程110m、功率45kW，一用一備；

冷卻水泵：2臺(tái)離心泵，流量400m3/h、揚(yáng)程32m、功率55kW，一用一備。

酒店空調(diào)運(yùn)行情況：每年4-11月供冷，每天運(yùn)行20h，制冷面積11580m2。

根據(jù)重慶夏天的氣溫變化情況，每年7-9月是氣溫最高的時(shí)間段，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)空調(diào)基本是全負(fù)荷運(yùn)行，而其余時(shí)間段則為過渡期，在過渡期間，空調(diào)的冷負(fù)荷并未達(dá)最大，但只要空調(diào)系統(tǒng)一啟動(dòng)空調(diào)冷凍（卻）水泵就會(huì)按額定功率運(yùn)轉(zhuǎn)，這就會(huì)出現(xiàn)非常不經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀況,即冷凍供回水的溫差只有1～2℃，而設(shè)計(jì)溫差為5～7℃，空調(diào)系統(tǒng)處于大流量低溫差的狀況下。

為了改變這種不經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀況，可以通過變頻調(diào)節(jié)改變水泵的轉(zhuǎn)速而達(dá)到節(jié)能目的，改變轉(zhuǎn)速即改變泵的運(yùn)行特性曲線，但沒有改變管路的阻力；因?yàn)楫?dāng)冷量減少時(shí)，水量作等比減少。當(dāng)流量減少時(shí)，功率P以立方關(guān)系遞減。由此節(jié)能效果明顯。如圖1中的A"。

圖1 節(jié)能原理圖

由圖可知，通過變頻技術(shù)來降低空調(diào)冷凍（卻）水泵的流量，從而達(dá)到節(jié)能降耗的方法是完全可行的。

3 變頻節(jié)能系統(tǒng)實(shí)例（仍以重慶某酒店為例）[2-4]

3.1 變頻節(jié)能系統(tǒng)的控制原理

控制系統(tǒng)采用溫差控制、壓力保護(hù)的原理，在每臺(tái)主機(jī)蒸發(fā)器及冷凝器的進(jìn)出口、集水器、分水器等對(duì)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行有特殊要求的末端分別安裝溫度傳感器，用以檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)荷。根據(jù)需要設(shè)定系統(tǒng)的正常工作溫度，并給出最高和最低的運(yùn)行水溫差，在此范圍內(nèi)，可以隨時(shí)在觸摸屏上調(diào)節(jié)運(yùn)行所需溫差。當(dāng)系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷增加時(shí)，溫差增大則提高頻率，加大水泵轉(zhuǎn)速；反之，溫差變小則降低頻率，減慢水泵轉(zhuǎn)速。在系統(tǒng)最不利環(huán)路末端安裝壓力傳感器以保證系統(tǒng)末端用戶的正常使用。在每臺(tái)主機(jī)的進(jìn)出口安裝壓力傳感器，保證主機(jī)的正常工作壓力，確定系統(tǒng)的最小流量，同時(shí)保障各臺(tái)主機(jī)之間不會(huì)出現(xiàn)流量失調(diào)的現(xiàn)象。

3.2 變頻節(jié)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 變頻節(jié)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)公式：Q＝K·P

其中，Q：冷凍（卻）水泵的流量（m3/h）；K:比例系數(shù)；P：冷凍（卻）水泵的電機(jī)頻率（HZ）；

因?yàn)棣蹋絇e/P則有

表1 冷凍水泵變頻數(shù)據(jù)表

N：水泵消耗電能；Q：水泵流量；

則可推出該時(shí)段中的平均節(jié)電率A為：

冷凍水泵：

冷卻水泵：

由于以上日期是處于過渡期間，所得的節(jié)電率不能代表全年的實(shí)際節(jié)電率。那么全年的情況又如何呢？我們來看看重慶某酒店從2002-2005年期間，每年4-11月的實(shí)測(cè)節(jié)電數(shù)：

2002年4-11月，冷凍泵節(jié)約電能54524kwh,冷卻泵節(jié)約電能73425kwh，共節(jié)約電能127949kwh。

2003年4-11月，冷凍泵節(jié)約電能43976kwh，冷卻泵節(jié)約電能67837kwh，共節(jié)約電能111813kwh。

2004年4-11月，冷凍泵節(jié)約電能50572kwh,冷卻泵節(jié)約電能71041kwh，共節(jié)約電能121531kwh。

2005年4-11月，冷凍泵節(jié)約電能57956kwh,冷卻泵節(jié)約電能78138kwh，共節(jié)約電能136094kwh。

僅僅在此4年間，變頻系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)為酒店共節(jié)約電能388009kwh，節(jié)約電費(fèi)332639.4元，減去該套變頻系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)用26萬元，4年中實(shí)現(xiàn)節(jié)余72639.4元，可見該變頻系統(tǒng)具有很大的推廣價(jià)值。

表2 冷卻水泵變頻數(shù)據(jù)表

4 變頻節(jié)能系統(tǒng)的相關(guān)問題

由于水泵變頻后流量減少，冷水機(jī)組蒸發(fā)器和冷凝器的換熱效果也會(huì)受到影響，如果變頻導(dǎo)致了空調(diào)水系統(tǒng)的整體性能降低，尤其是占能耗比較大的冷凍機(jī)組的性能降低，那么可能會(huì)抵消水泵節(jié)能的效果。

通過仿真得出當(dāng)回水溫度不變時(shí)冷水機(jī)組在不同相對(duì)流量下的性能參數(shù),通過對(duì)這些參數(shù)分析得出當(dāng)冷凍水相對(duì)流量減小時(shí),機(jī)組的蒸發(fā)溫度會(huì)相應(yīng)的升高,機(jī)組的COP、冷凝溫度以及蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)會(huì)相應(yīng)的降低。當(dāng)流量變化到原來的60%左右時(shí)，蒸發(fā)溫度的變化在1℃以下，即冷凍機(jī)組蒸發(fā)工況變化不大，這時(shí)雖然冷凍機(jī)組壓縮機(jī)的效率略有下降，但冷凍機(jī)組的性能系數(shù)COP變化在0.15以下。

根據(jù)能耗分析，制冷機(jī)的能耗占空調(diào)系統(tǒng)的75%左右，冷凍（卻）水泵的能耗占空調(diào)系統(tǒng)的20%左右，在采用變頻技術(shù)不影響冷機(jī)COP前提下，水泵平均可節(jié)能40%左右，約占總能耗的7%。采用變頻技術(shù)相比定流量運(yùn)行，在空調(diào)系統(tǒng)需求變化較大時(shí)是有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。

由此說明，變頻節(jié)能系統(tǒng)對(duì)整個(gè)空調(diào)水系統(tǒng)性能的影響很小，基本可以忽略。

5 變頻節(jié)能系統(tǒng)的發(fā)展前景

重慶是全國最熱的城市之一，空調(diào)的耗電量逐年上升，每年夏天重慶的電力都嚴(yán)重不足，作為節(jié)能降耗的有效措施，空調(diào)變頻節(jié)能系統(tǒng)將有廣泛的應(yīng)用前景。

[1]SY/T 6834-2011變頻調(diào)速拖動(dòng)裝置節(jié)能測(cè)試方法與評(píng)價(jià)指標(biāo)[S].石油工業(yè)節(jié)能節(jié)水專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，2011.

[2]GB/T22712-2008變頻電機(jī)用G系列冷卻風(fēng)機(jī)技術(shù)規(guī)范[S].中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì),2008.

[3]GBT 21056-2007風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載變頻調(diào)速節(jié)電傳動(dòng)系統(tǒng)及其應(yīng)用技術(shù)條件[S].中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì),2007.

[4]梁昊.最新變頻器國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施與設(shè)計(jì)選型使用技術(shù)手冊(cè)[M].天津：天津電子出版社，2005.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Energy Saving Effect of Frequency Conversion Technology in Air Conditioning System

謝吉寧
（重慶建工集團(tuán)股份有限公司，重慶401122）

通過對(duì)重慶某酒店空調(diào)系統(tǒng)的分析，簡(jiǎn)明扼要地介紹了該系統(tǒng)的節(jié)能原理，空調(diào)系統(tǒng)能源的有效利用和節(jié)能成為迫切需要解決的問題，而重慶市作為空調(diào)器大量使用的城市，節(jié)能潛力巨大。

重慶；40℃；空調(diào)；變頻；節(jié)能；降耗；冷凍（卻）水泵

According to the analysis of the air conditioning system of Fuli hotel in Chongqing,the energy saving theory of the system is briefly introduced.The energy efficient use and conservation of air conditioning system is the priority to be solved.Chongqing,a city of air conditioner,has huge potential of energy saving.

Chongqing;40℃;air conditioner;frequency conversion;energy saving;consumption reduction;chilled water pump

TM571.2

A

1671-9107（2013）07-0034-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.07.034

2013-04-02

謝吉寧（1966-），男，重慶人，大專，工程師，主要從事電氣專業(yè)方面的研究。