中央空調(diào)的節(jié)能控制優(yōu)化

季晨雪，鄭小倩

(貴州師范大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院，貴州 貴陽 550014)

隨著社會物質(zhì)生活水平的逐漸提高和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，為了保持舒適度，許多大型建筑中都安有中央空調(diào)系統(tǒng)。然而，在保持舒適的同時(shí)，人們又提出了更高的要求就是在節(jié)能的前提下來保持室內(nèi)的溫度。于是，設(shè)計(jì)出節(jié)能舒適的中央空調(diào)也成了當(dāng)務(wù)之急。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，各類大型建筑總用電量的65%以上都來自中央空調(diào)，不利于能源的節(jié)約，節(jié)能減排。能源環(huán)保又是如今亟待解決的問題，因此采用新技術(shù)降低系統(tǒng)能耗和減輕空調(diào)系統(tǒng)向外界所釋放的能量就成為重中之重［1］。

采用磁力耦合器來實(shí)現(xiàn)軟啟動，可以大幅度地減少沖擊電網(wǎng)和空調(diào)設(shè)備，中央空調(diào)系統(tǒng)的使用壽命得以延長。因?yàn)檐泦訒r(shí)間僅為數(shù)秒即可完成，所以引入軟啟動，并不會對啟動時(shí)的制冷效果造成影響，同時(shí)也減少了啟動瞬間的電流(該電流為4～7 倍工作電流)對電網(wǎng)及電機(jī)所帶來的沖擊和影響。另外系統(tǒng)采用自動調(diào)節(jié)和溫差閉環(huán)控制，使空調(diào)系統(tǒng)更具操作性，也使其更加滿足了人們的需求。

綜上所述，本課題的研究意義在于:憑借研究中央空調(diào)系統(tǒng)的多樣化的節(jié)能措施，能夠免除不合理的，效率較低的能源利用，在減少了中央空調(diào)系統(tǒng)能源損耗的同時(shí)，既可以提高能源的使用效率，對于解決當(dāng)前電力供需矛盾，提高電網(wǎng)的負(fù)荷率和發(fā)電設(shè)備及輸電設(shè)施利用率，保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，減小國家的電力投資等也具有重要的意義［2］。

1 中央空調(diào)原理

制冷機(jī)，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)和散熱水塔共同組成了中央空調(diào)系統(tǒng)［3］。制冷機(jī)的工作原理是使用壓縮機(jī)把制冷劑壓縮成為液態(tài)之后，將其送至蒸發(fā)皿中與冷卻水完成熱交換處理。冷凍水制冷結(jié)束后，使用冷凍水泵將冷凍水送至位于各風(fēng)機(jī)口的冷卻排管中，同時(shí)通過風(fēng)機(jī)吹送冷風(fēng)，目的在于降低溫度。經(jīng)過蒸發(fā)完后的制冷劑在冷凝劑中釋放出熱量，再與冷卻的循環(huán)水完成熱交換功能。從冷卻水泵所帶來的有熱量的冷卻水送至散熱水塔，且使用水塔風(fēng)扇完成冷卻，與此同時(shí)，與大氣進(jìn)行熱交換，如圖1 所示。

圖1 中央空調(diào)系統(tǒng)原理圖

2 中央空調(diào)節(jié)能措施

在現(xiàn)階段的中央空調(diào)自動控制系統(tǒng)中，我們一般是使用變頻器來達(dá)到節(jié)約能源的目的，且其一般都用在風(fēng)機(jī)及水泵之上。我們要本著匹配電動機(jī)的原則來遴選合適的變頻器裝置。換句話說，電動機(jī)的功率是要高于變頻器的輸出功率的。只有當(dāng)水泵和風(fēng)機(jī)都處于滿載狀態(tài)下，且此時(shí)無法滿足負(fù)載，才會需要開啟其他的水泵和風(fēng)機(jī)。因此我們得出，即使以節(jié)能為目的，我們需要采用變頻器，但是其仍然無法滿足所有的情況。

現(xiàn)如今，電機(jī)軟起動控制主要采用電機(jī)軟啟動器、變頻器的較多，然而它們成本較高且對維護(hù)人員的要求也高，磁力耦合器軟起動則克服了這些缺點(diǎn)。

銅轉(zhuǎn)子，永磁轉(zhuǎn)子和控制器三部分組成了磁力耦合器。其中，銅轉(zhuǎn)子與電動機(jī)軸連接，而永磁轉(zhuǎn)子與風(fēng)機(jī)(或水泵、或其它工作機(jī))軸連接［4］。銅轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間有氣隙使電動機(jī)和工作機(jī)由原來的機(jī)械連接轉(zhuǎn)變?yōu)榇胚B接，通過調(diào)節(jié)氣隙來實(shí)現(xiàn)工作機(jī)軸的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速變化;具有軟啟動/停止和過載保護(hù)功能。電動機(jī)和工作機(jī)之間的連接為磁連接是其顯著的優(yōu)點(diǎn)，排除了連軸器或其它機(jī)械連接的干擾;消除了因安裝中對誤差大而引起的機(jī)械振動、軸承磨損和密封損壞。它的體積小、結(jié)構(gòu)簡單、安裝簡便，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境且應(yīng)用范圍廣。它的安裝容易，維護(hù)量小，總成本低，壽命長(設(shè)計(jì)壽命30 年)［5］。將其安裝在電動機(jī)和工作機(jī)之間，取代連軸器，不占用空間。

調(diào)速型磁力耦合器的無級調(diào)速性能好，可實(shí)現(xiàn)自動控制和遙控，過程控制精度高。取代變頻器，不產(chǎn)生電磁諧波，無電網(wǎng)和通訊污染。

我們需要解決的就是突破常規(guī)方法，用磁力耦合器來控制中央空調(diào)的軟起動，同時(shí)在此基礎(chǔ)上還對空調(diào)系統(tǒng)所釋放的能量進(jìn)行回收利用，對中央空調(diào)系統(tǒng)中的冷卻水實(shí)施回收利用，將其輸入到集中供應(yīng)的衛(wèi)生熱水系統(tǒng)中，如此，就可以使中央空調(diào)的節(jié)能控制得到更大優(yōu)化。

冷卻水泵電機(jī)應(yīng)采用軟啟動。冷卻水泵電動機(jī)啟動頻率系統(tǒng)設(shè)定為25 Hz。為保護(hù)空調(diào)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，冷卻水系統(tǒng)最低運(yùn)行頻率設(shè)定值可根據(jù)用戶的空調(diào)主機(jī)狀況，設(shè)置為25 Hz 或30 Hz［6］。冷卻水泵啟動后，按智能控制器輸出的控制參數(shù)值調(diào)節(jié)冷卻水泵變頻器的運(yùn)行頻率，控制冷卻水泵的轉(zhuǎn)速，動態(tài)調(diào)節(jié)冷卻水的流量，使冷卻水的進(jìn)、出水溫度逼近智能控制器給定的最優(yōu)值。其中冷卻水進(jìn)水溫度為32 ℃，出水溫度為37 ℃，溫差ΔT=5 ℃。

其中熱回收利用的原理圖如圖2 所示。

圖2 熱回收利用原理圖

3 結(jié)束語

中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能問題延伸到了各個(gè)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)方案的完善、施工安裝的精確和運(yùn)行管理的科學(xué)性對空調(diào)節(jié)能都是極其重要的。但對節(jié)能的認(rèn)識應(yīng)該持有一個(gè)正確的觀點(diǎn)，不能因?yàn)楣?jié)能的目的而不能滿足人們的合理要求，應(yīng)該盡可能地提高利用效率來解決問題，我們要使用科學(xué)的中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方法。

該設(shè)計(jì)是作為貴州師范大學(xué)2013 年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃科研項(xiàng)目來進(jìn)行的。筆者參與了整個(gè)科研項(xiàng)目的設(shè)計(jì)實(shí)施過程。

［1］勞文慧.空調(diào)節(jié)能技術(shù)分析［J］.制冷，2002(1):82－83.

［2］陳源祥.中央空調(diào)冷熱源問題探討［J］.山西建筑，2004(6):73－74.

［3］陳吉芳，劉希喆.中央空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)的變頻控制［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2004，33(7):134－136.

［4］蔡穎玲，李剛，王迎輝，等.家用中央空調(diào)節(jié)能的綜合分析［J］.制冷，2004(3):77－81.

［5］李玉云.中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)措施的探討［J］.節(jié)能，2003(2):12－15.

［6］梁春生，智勇.中央空調(diào)變流量控制節(jié)能技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005.6:197－223.

［7］Bahnfleth W，Peyer E.Comparative Analysis of Variable and Constant Primary－flow Chilled－water－plant Performance［J］.Engineering，2001，73(4):41－50.

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