基于變頻和溫控技術(shù)的醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造

葛曉捷

【摘要】本文以醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)的具體構(gòu)成為基礎(chǔ)，著重分析了空調(diào)系統(tǒng)變頻節(jié)能控制應(yīng)用原理，以實際為出發(fā)點對變頻器在中央空調(diào)節(jié)能改造中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】醫(yī)院中央空調(diào)；系統(tǒng)變頻節(jié)能；改造技術(shù)

1 前言

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展水平以及人們生活水平的不斷提高，中央空調(diào)的使用已經(jīng)非常的普遍，在醫(yī)院體系中，中央空調(diào)揮著重要的作用，但是醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)最大問題就是能耗大，增加了醫(yī)院的運營成本，因此，對醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)的改造節(jié)能是目前我們面臨的主要問題。

2 醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)的具體構(gòu)成

2.1 冷凍機組

向各個房間內(nèi)流動的循環(huán)水通過冷凍機這一設(shè)備發(fā)生內(nèi)部熱交換的反應(yīng)，造成冷凍水降溫的范圍在5―7攝氏度。并經(jīng)循環(huán)水這一系統(tǒng)提供給個空調(diào)點以外部熱的實際交換源。通過內(nèi)部熱交換所產(chǎn)生出來的熱量，經(jīng)冷卻水這一系統(tǒng)在冷卻塔這一位置內(nèi)向空氣當(dāng)中進(jìn)行排放。可以說，中央空調(diào)系統(tǒng)中的制冷源就是內(nèi)部熱交換系統(tǒng)。

2.2 冷卻水塔

主要應(yīng)用于提供給冷卻機組以冷卻水。

2.3 外部熱交換系統(tǒng)

這一系統(tǒng)主要由兩種循環(huán)水系統(tǒng)構(gòu)成：一種是冷凍水類型的循環(huán)系統(tǒng)，主要由冷凍泵和冷凍管道構(gòu)成。其工作原理是從冷凍機組當(dāng)中輸出的冷凍水通過冷凍泵設(shè)備的加壓操作輸送到冷凍水管道中，然后在個房間之中進(jìn)行熱交換，這樣就會把房間中存在的熱量帶走，使房間降溫；另外一種是冷卻水類型的循環(huán)系統(tǒng)，主要由冷卻泵、冷卻塔和冷卻水管構(gòu)成。其工作原理是冷凍機組在完成熱交換后，在降低水溫的同時，肯定會有大量的熱能釋放出來，在這些熱量被冷卻水全部吸收之后，冷卻水自身的溫度就會上升，此時，通過冷卻泵將這些冷卻水完整的壓入到水塔中，促使它在冷卻塔當(dāng)中和大氣實現(xiàn)了熱交換，隨后再輸送降溫后的冷卻水到冷凍機組，通過這樣的循環(huán)，釋放冷凍機組的熱量。

3 空調(diào)系統(tǒng)變頻節(jié)能控制應(yīng)用原理

（1）冷凍水泵變頻控制：中央空調(diào)冷凍水泵的額定流量是根據(jù)空調(diào)滿負(fù)荷工作設(shè)計的（且留有裕量），空調(diào)主機大部分時間沒有達(dá)到滿負(fù)荷，這時就可以通過變頻器調(diào)速器來調(diào)節(jié)冷媒水泵的轉(zhuǎn)速，降低冷凍水泵的循環(huán)流量，提高供回水溫差，從而達(dá)到節(jié)能目的。水泵的節(jié)能是在維持主機高效率的條件下進(jìn)行的，中央空調(diào)冷凍出水溫度與冷凍的回水溫度設(shè)計溫差為5℃（出水7℃，回水12℃），采用在冷凍水的回水管路上安裝溫度傳感器、PID智能溫控器和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過冷凍水的回水溫度與設(shè)定值（12℃）的差值，即控制可使冷凍水泵的轉(zhuǎn)速相應(yīng)于負(fù)載的變化而變化。同時變頻器設(shè)有下限值，下限的設(shè)置考慮了主機及最不利的末端仍能有效的工作。據(jù)測試，在低負(fù)荷運行時適當(dāng)降低流量，如70%流量時，水泵輸入功率約只需工頻運行功率的40%，即節(jié)電60%。

（2）冷卻水泵變頻控制：中央空調(diào)的冷卻水泵控制原理與冷凍水泵相類同，當(dāng)空調(diào)負(fù)荷低或冷卻水散熱效果好時，也可以通過變頻調(diào)速器來調(diào)節(jié)冷卻水泵的轉(zhuǎn)速，降低冷卻水的循環(huán)流量，提高供回水溫差，從而達(dá)到節(jié)能目的。由于冷卻水溫度取決于環(huán)境溫度和冷卻塔的散熱效果，只需控制冷卻出水的溫度，即提高制溫差。采用在出水管上安裝溫度傳感器，PID智能溫控器和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，冷卻水出水溫度控制在35℃。與冷凍泵一樣變頻器設(shè)有下限值，保證主機仍能正常的工作，而且整個系統(tǒng)處于最佳的節(jié)能狀態(tài)下。據(jù)測試，在低負(fù)荷運行時適當(dāng)降低流量，如70%流量時，水泵輸入功率約只需工頻運行功率的40%，即節(jié)電60%。

（3）冷卻塔風(fēng)機變頻控制：風(fēng)機功率一般都較小，節(jié)電不如水泵明顯。但風(fēng)機采取變頻控制有助于冷卻水恒溫。冷卻塔風(fēng)扇低轉(zhuǎn)速運行還能大幅度減少漂水，節(jié)省水源、延緩水質(zhì)劣化、減小水霧及風(fēng)機噪音對周圍的影響。

4 變頻器在醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造中的應(yīng)用

中央空調(diào)系統(tǒng)主要是由制冷系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、空氣處理器和熱水塔等部分組成的，因此，在其節(jié)能改造工作中也主要是從這幾個方面入手進(jìn)行總結(jié)和優(yōu)化的。

水泵作為中央空調(diào)系統(tǒng)中極為關(guān)鍵和重要的組成部分，其在設(shè)計中是以當(dāng)?shù)孛磕晗奶熳顭帷⒇?fù)荷最大為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計的，且都是留有10～20%的設(shè)計余量，這就造成了在水泵的選擇中必然都是選擇一些功能較大的水泵體系，從而保證空調(diào)系統(tǒng)運行要求，但是這種設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用同時，也造成大量的能源浪費，其中以冷凍主機的耗能最為嚴(yán)重，冷凍主機可以根據(jù)負(fù)載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負(fù)載變化作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，存在很大的浪費。

4.1 水泵節(jié)能改造的方案

中央空調(diào)系統(tǒng)通常分為冷凍（媒）水和冷卻水兩個系統(tǒng)。根據(jù)國內(nèi)外最新資料介紹，并多處通過對在中央空調(diào)水泵系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制改造的成功范例進(jìn)行考察，現(xiàn)在水泵系統(tǒng)節(jié)能改造的方案大都采用變頻器來實現(xiàn)。

4.1.1 冷凍（媒）水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制

制冷模式下冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制

該方案在保證最末端設(shè)備冷凍水流量供給的情況下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設(shè)定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調(diào)節(jié)是通過安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經(jīng)由溫度控制器設(shè)定的溫度來控制變頻器的頻率增減，控制方式是：冷凍回水溫度大于設(shè)定溫度時頻率無極上調(diào)。

制熱模式下冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制

該模式是在中中央空調(diào)中熱泵運行（即制熱）時冷凍水泵系統(tǒng)的控制方案。同制冷模式控制方案一樣，在保證最末端設(shè)備冷凍水流量供給的情況下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設(shè)定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調(diào)節(jié)是通過安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經(jīng)由溫度控制器設(shè)定的溫度來控制變頻器的頻率增減。不同的是：冷凍回水溫度小于設(shè)定溫度時頻率無極上調(diào)，當(dāng)溫度傳感檢測到的冷凍水回水溫越高，變頻器的輸出頻率越低。

4.1.2 冷卻水系統(tǒng)的閉環(huán)控制

目前，在冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行改造的方案最為常見，節(jié)電效果也較為顯著。該方案同樣在保證冷卻塔有一定的冷卻水流出的情況下，通過控制變頻器的輸出頻率來調(diào)節(jié)冷卻水流量，當(dāng)中中央空調(diào)冷卻水出水溫度低時，減少冷卻水流量；當(dāng)中中央空調(diào)冷卻水出水溫度高時，加大冷卻水流量，從而達(dá)到在保證中中央空調(diào)機組正常工作的前提下達(dá)到節(jié)能增效的目的。

4.2 能量調(diào)節(jié)

變頻空調(diào)節(jié)能的主要原因是：電機的效率提高（交流變頻采用三相電機，直流變頻采用直流電機，效率高過普通的單相異步電機）；系統(tǒng)的動態(tài)匹配，是系統(tǒng)總是處于良好的匹配狀態(tài)；部分負(fù)荷時，相對擴大的換熱器，降低了冷凝溫度，提高了蒸發(fā)溫度；沒有停機，避免了系統(tǒng)平衡重新建立的浪費，同時也避免了溫度波動較大從而產(chǎn)生的浪費。在改造中，僅僅因為變頻空調(diào)器在運行過程中，機組很少停機，避免了普通空調(diào)器頻繁啟動，省卻了額外的啟動電能消耗，所以系統(tǒng)省電的說法是確缺乏說服力的。因為普通空調(diào)器運行中啟動雖頻繁，但啟動時間卻很短，每次約零點幾秒的時間。變頻空調(diào)雖然不需頻繁啟動，但其快速控溫卻是靠高頻運行實現(xiàn)的，這一過程又是以高能耗換來的，甚至還要多余消耗內(nèi)部轉(zhuǎn)換所需的電能。

5 結(jié)束語

總之，醫(yī)院節(jié)能改造須從整體考慮，合理利用能源、提高能源利用效率，醫(yī)院節(jié)能改造應(yīng)立足于能源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)大力推廣變頻節(jié)能技術(shù)的使用，這樣才能以最小的能源和環(huán)境消耗獲得最佳的醫(yī)療環(huán)境，最終實現(xiàn)醫(yī)院環(huán)境與自然環(huán)境的統(tǒng)一。

參考文獻(xiàn)：

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