中央空調系統能源優化的探討

摘要：社會經濟的發展使得能源成為國民經濟的關鍵要素，構架社會主義節能型環境，實現社會經濟的可持續增收，這些都成為了構建和諧社會的有效途徑，但中央空調是作為社會建築中最為重要的能耗執行系統需要消耗大量的社會能源。本文對中央空調系統出現的問題做出研究，分析了中央空調系統的相關節能措施。
關鍵詞：中央空調  節能  措施
        0 引言
        當前社會調查顯示了我國能源的使用情況，當前建築行業的能源消耗佔到了總能源消耗的30%，而在中央空調的建築物中其能源消耗佔到了70%，隨著時間的推移這些數字還是在增長的。根據這些資料能夠看出，優化中央空調內部的能源系統能夠在降低能源使用及創造經濟效益和社會效益中發揮出重要的作用。

1 中央空調系統出現的不足
1.1 空調負荷條件的不均勻性中央空調設計過程中需要確保大氣溫度最高的環境中能夠達到使用要求，這需要根據最大負荷設計且含有15%左右的富裕量，且保證平時的使用低於正常需要的滿負荷，當出現較大的裕度時應該將製冷主機安裝負載變化自動載入、解除安裝，但是水泵的流量無法達到冷主機的調整需要，這就會造成較大的能量浪費；與此同時，每個時期的氣象條件會根據時間的變化出現差異。

        1.2 電機起停頻繁電機起停次數過多時，這就將給裝置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，當電機收到了很大的電流衝擊會出現不斷的起停，這就造成了電機、電網出現不同的損壞。
        1.3 冷卻水系統的缺乏冷卻水泵電機的容量需要根據最大換熱量來進行計算，然後參照相應的安全係數進行判斷。一般條件下，隨著季節和晝夜氣溫變動與缺少開機數目，使得實際換熱量要比設計值多。這時當電機容量遠超出實際負荷時就造成了大馬拉小車的現象。
        1.4 冷凍水系統的不足把經制冷機降溫的冷凍水經過輸送管道送至中央空調的各出風口處的風機盤管元件裡是冷凍水泵的作用，在環境中發揮降溫效果。而冷凍水的流量與冷凍水泵的轉速關係為正比，若冷凍水泵轉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機盤管元件，但是尚未具備足夠的時間將所攜冷量全部放出便回到了製冷機，這時的冷凍水泵電機做的都是無用功，從而增加了不必要的能耗。
        當對冷凍水泵電機的轉速有效調節時，就需要參照實際熱負荷的大小對冷凍水的流量及流速進行調整，這是為了使得冷凍水在風機盤管元件中獲取足夠的時間將與熱負荷大小相當的冷量充分放出，從而大大降低了冷凍水泵電機的功耗。儘管中央空調出現了缺陷之處足，但由於其某些功能方面的優越性常常是空調方案的首選，但在中央空調系統普遍運用時期也要對節能採取相應的措施。
        2 中央空調系統變流量的節能控制
        變頻技術綜合了交流電動機、電網電源兩者的效能，設定了頻率能夠變動的裝置，其輸出頻率的變化會伴著生產機械要求而調整。變頻器俗稱變頻變壓調速器VVVFI，主要講工頻電源50Hz轉化為各種頻率的交流電源，這樣才能起到電機變速執行的作用。
        在中央空調水系統中，最主要的執行裝置是水泵。水泵調速執行節電的理論之一是水泵學比例律。由水泵學比例律可知，對於同一臺水泵，當以不同轉速執行時，水泵的流量Q，揚程H，軸功率P與轉速n有如下關係
        流量與轉速成正比，揚程與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。由此可見，當降低轉速時，功率的減少量遠比流量的減少量大得多。因此，控制水泵的轉速可以有效地控制水泵的消耗功率，這就是中央空調系統高效節能的基礎。
        式中n為交流電機的轉速；f為廠電網電源的頻率我國為50Hz；p為極對數；s為轉差率。

將變頻器的輸出頻率記為fh，代入公式得：
        由上式可知，在轉差率變化不大時，交流電機的轉速基本和fh成反比，所以改變電源頻率可以改變電動機的轉速。
        通過頻率變化來改變電機轉速與傳統變速方法相比有以下優點：①調速範圍廣；②可實現無級平滑調速；③能做到與直流調速不相上下的程度；④啟動為軟啟動，減小了啟動電流對電網的衝擊。
        在中央空調水系統設計時要對冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔風機的容量進行合理的設計，考慮到外界因素使得熱交換量要低於設計值。改變投入執行水泵和風機臺數是最初經常運用的方法，但這種方式的缺點在於難以實現跟蹤負荷變化，不能按需供給冷熱量。在使用變頻調速系統時要參照末端負荷的變化情況來為水泵驅動電機的輸入頻率的調節發出作用，這樣能使得水泵的轉速得到協調，實現水泵調節供水流量的要求從而實現節能。中央空調裝置不僅要選擇效率高的空調裝置，還要對控制方式找出最佳方案，這就需要藉助於控制策略以及控制技術來實現，這樣才能在建築節能中發揮應有的意義。準確計算暖通空調系統的相關負荷量，然後參照系統的裝置進行有效控制，如果按照了實際情況來進行復核變化將使得執行工況得到調整，獲得更大的經濟利益，促進了空調節能的進步，能夠緩解能源緊張的趨勢。
        對中央空調裝置，除了選擇效率高的空調裝置外，需要人們不斷研究出新的控制技術及使用方法。需要在傳統的控制演算法中得到最新的改進方案。用現在化控制技術代替傳統的控制技術，對建築節能具有重要的意義，而未來智慧建築的暖通空調系統也應當能充分體現智慧建築舒適、節能兩大特點。
        3 結語
        綜上所述，變流量空調系統的運用需要根據實際情況進行設定，考慮到季節等環境因素才能實現節能效果，獲得更大的經濟利益。本文主要分析了變流量空調系統的和實現方法：將變頻技術和智慧控制中央空調的控制。使用變頻器控制泵的利用頻率變化改變電動機的轉速來調節泵的流量，則既可以靈活地根據實際負荷的調整流量，方便的實現恆溫控制，又可以節約大量能量。同樣，對冷卻塔的散熱風由於季節、天氣和時段的變化，並不是總需要風扇執行在工頻對應的額定轉速，可據實際情況通過變頻器來調速，以達到良好的節能效果。
參考文獻：
[1]樑春生，智勇等.中央空調變流量節能控制技術[M].北京:電子工業出版社.2005.
[2]唐軍，莫珊，萬良，樑春生，智勇.中央空調系統變流量節能技術及實現方法[J].現代機械.200.
[3]何耀東.中央空調實用技術[M].北京:冶金工業出版社.2006.
[4]李彬等.溫差控制方式在變流量水系統中的應用[J].製冷空調與電力機械.2005.26:52-55.
[5]戴雪濤.空調冷水變頻調速水泵的控制與節能[J].中國建設資訊供熱供冷.2006.2:36-37.
[6]範仲海.中央空調水系統應用變頻調節的節能實測與分析[J].製冷.2005.242:58-63.
[7]李國勇，謝克明，楊麗娟編.計算機模擬技術與CAD——基於MATLAB的控制系統[M].北京:電子工業出版社.2008.