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中央空调系统能源优化的探讨

【摘要】社会经济的发展使得能源成为国民经济的关键要素，构架社会主义节能型环境，实现社会经济的可持续增收，这些都成为了构建和谐社会的有效途径，但中央空调是作为社会建筑中最为重要的能耗运行系统需要消耗大量的社会能源。本文对中央空调系统出现的问题做出研究，分析了中央空调系统的相关节能措施。 

 引言 
   当前社会调查显示了我国能源的使用情况，当前建筑行业的能源消耗占到了总能源消耗的30%，而在中央空调的建筑物中其能源消耗占到了70%，随着时间的推移这些数字还是在增长的。根据这些数据能够看出，优化中央空调内部的能源系统能够在降低能源使用及创造经济效益和社会效益中发挥出重要的作用。 
   1 中央空调系统出现的不足 
   1.1 空调负荷条件的不均匀性中央空调设计过程中需要确保大气温度最高的环境中能够达到使用要求，这需要根据最大负荷设计且含有15%左右的富裕量，且保证平时的使用低于正常需要的满负荷，当出现较大的裕度时应该将制冷主机安装负载变化自动加载、卸载，但是水泵的流量无法达到冷主机的调整需要，这就会造成较大的能量浪费；与此同时，每个时期的气象条件会根据时间的变化出现差异。 
   1.2 电机起停频繁 电机起停次数过多时，这就将给设备的使用寿命造成不利影响。通常将起动电流控制在额定值的5倍，当电机收到了很大的电流冲击会出现不断的起停，这就造成了电机、电网出现不同的损坏。 
   1.3 冷却水系统的缺乏 冷却水泵电机的容量需要根据最大换热量来进行计算，然后参照相应的安全系数进行判断。一般条件下，随着季节和昼夜气温变动与缺少开机数目，使得实际换热量要比设计值多。这时当电机容量远超出实际负荷时就造成了大马拉小车的现象。 
   1.4 冷冻水系统的不足 把经制冷机降温的冷冻水经过输送管道送至中央空调的各出风口处的风机盘管组件里是冷冻水泵的作用，在环境中发挥降温效果。而冷冻水的流量与冷冻水泵的转速关系为正比，若冷冻水泵转速增加将使得冷冻水的流量增加，提高了流速。这就造成了冷冻水流过风机盘管组件，但是尚未具备足够的时间将所携冷量全部放出便回到了制冷机，这时的冷冻水泵电机做的都是无用功，从而增加了不必要的能耗。 
   当对冷冻水泵电机的转速有效调节时，就需要参照实际热负荷的大小对冷冻水的流量及流速进行调整，这是为了使得冷冻水在风机盘管组件中获取足够的时间将与热负荷大小相当的冷量充分放出，从而大大降低了冷冻水泵电机的功耗。尽管中央空调出现了缺陷之处足，但由于其某些功能方面的优越性常常是空调方案的首选，但在中央空调系统普遍运用时期也要对节能采取相应的措施。 
   2 中央空调系统变流量的节能控制 
   变频技术综合了交流电动机、电网电源两者的性能，设置了频率能够变动的装置，其输出频率的变化会伴着生产机械要求而调整。变频器俗称变频变压调速器VVVFI，主要讲工频电源(50Hz)转化为各种频率的交流电源，这样才能起到电机变速运行的作用。 
   在中央空调水系统中，最主要的运行设备是水泵。水泵调速运行节电的理论之一是水泵学比例律。由水泵学比例律可知，对于同一台水泵，当以不同转速运行时，水泵的流量Q，扬程H，轴功率P与转速n有如下关系                      
   流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。由此可见，当降低转速时，功率的减少量远比流量的减少量大得多。因此，控制水泵的转速可以有效地控制水泵的消耗功率，这就是中央空调系统高效节能的基础。                      
   式中n为交流电机的转速；f为厂电网电源的频率(我国为50Hz)；p为极对数；s为转差率。

将变频器的输出频率记为fh，代入公式得：                 
   由上式可知，在转差率变化不大时，交流电机的转速基本和fh成反比，所以改变电源频率可以改变电动机的转速。 
   通过频率变化来改变电机转速与传统变速方法相比有以下优点：①调速范围广；②可实现无级平滑调速；③能做到与直流调速不相上下的程度；④启动为软启动，减小了启动电流对电网的冲击。 
   在中央空调水系统设计时要对冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机的容量进行合理的设计，考虑到外界因素使得热交换量要低于设计值。改变投入运行水泵和风机台数是最初经常运用的方法，但这种方式的缺点在于难以实现跟踪负荷变化，不能按需供给冷(热)量。在使用变频调速系统时要参照末端负荷的变化情况来为水泵驱动电机的输入频率的调节发出作用，这样能使得水泵的转速得到协调，实现水泵调节供水流量的要求从而实现节能。中央空调设备不仅要选择效率高的空调设备，还要对控制方式找出最佳方案，这就需要借助于控制策略以及控制技术来实现，这样才能在建筑节能中发挥应有的意义。准确计算暖通空调系统的相关负荷量，然后参照系统的设备进行有效控制，如果按照了实际情况来进行复核变化将使得运行工况得到调整，获得更大的经济利益，促进了空调节能的进步，能够缓解能源紧张的趋势。 
   对中央空调设备，除了选择效率高的空调设备外，需要人们不断研究出新的控制技术及使用方法。需要在传统的控制算法中得到最新的改进方案。用现在化控制技术代替传统的控制技术，对建筑节能具有重要的意义，而未来智能建筑的暖通空调系统也应当能充分体现智能建筑舒适、节能两大特点。 
   3 结语 
   综上所述，变流量空调系统的运用需要根据实际情况进行设定，考虑到季节等环境因素才能实现节能效果，获得更大的经济利益。本文主要分析了变流量空调系统的和实现方法：将变频技术和智能控制中央空调的控制。使用变频器控制泵的利用频率变化改变电动机的转速来调节泵的流量，则既可以灵活地根据实际负荷的调整流量，方便的实现恒温控制，又可以节约大量能量。同样，对冷却塔的散热风由于季节、天气和时段的变化，并不是总需要风扇运行在工频对应的额定转速，可据实际情况通过变频器来调速，以达到良好的节能效果。