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变频器在中央空调系统的节能应用 一、水泵节能改造的必要性 中央空调是大厦里的耗电大户，每年的电费中空调耗电占60%左右，因此中央空调的节能改造显得尤为重要。由于设计时，中央空调系统必须按天气最热、负荷最大时设计，并且留10-20%设计余量，然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下，存在较大的富余，所以节能的潜力就较大，其中，冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应调节，存在很大的浪费。水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通调节来完成，因此，不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调最末端达不到合理效果的情况。为了解决这些问题需使水泵随着负载的变化调节水流量并关闭旁通。 再因水泵采用的是Y-△起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3～4倍，一台22KW的电动机其起动电流将达到100A，在如此大的电流冲击下，接触器、电机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时水垂现象，容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件费用。 ??? 综上，为了节约能源和费用，需对水泵系统进行改造，采用成熟的变频器来实现，以便达到节能和延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。 ??? 这是因为变频器能根据冷冻水泵和冷却水泵负载变化随之调整水泵电机的转速，在满足中央空调系统正常工作的情况下使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调节，以达到节能目的。水泵电机转速下降，电机从电网吸收的电能就会大大减少。 ??? 其减少的功耗 △P=P0〔1-(N1/N0)3〕 （1）式 ??? 减少的流量 △Q=Q0〔1-(N1/N0)〕??? （2）式 ??? 其中N1为改变后的转速，N0为电机原来的转速，P0为原电机转速下的电机消耗功率，Q0为原电机转速下所产生的水泵流量。由上式可以看出流量的减少与转速减少的一次方成正比，但功耗的减少却与转速减少的三次方成正比。 ??? 如：假设原流量为100个单位，耗能也为100个单位，如果转速降低10个单位，由（2）式△Q=Q0〔1-(N1/N0)〕=100＊〔1-(90/100)〕=10可得出流量改变了10个单位，但功耗由（1）式△P=P0[1-(N1/N0)3]=100＊〔1-(90/100)3〕=27.1可以得出，功率将减少27.1个单位，即比原来减少27.1%。 ???一般冷冻水设计温差为5~7℃，冷却水的设计温差为4~5℃，在系统流量固定的情况下，全年绝大部分运行时间温差仅为1.0~3℃,即在低温差、大流量情况下工作，从而增加了管路系统的能量损失，浪费了水泵运行的输送能量。我们知道，冷冻水、冷却水带走的热量=比热（r）×流量（Q）×温差（△T），而传输的介质是水，其比热（r）是不变的。这样，我们可以适当提高温差（△T），降低流量（Q），也即降低转速，使其乘积不变，使冷冻水、冷却水带走的热量相同，即可达到节能的目的。 对于水泵来说，流量Q与转速n成正比，温差（△T）与转速n成反比，扬程H与转速n的二次方成正比，而轴功率P与转速n的三次方成正比（见下表） 也即：Q∝n；H∝n2；P∝n3。 转速n% 流量Q% 温差△T 扬程H% 轴功率P% 100 100 100 100 100 90 90 111 81 72.9 80 80 125 64 51.2 70 70 143 49 34.3 60 60 167 36 21.6 50 50 200 25 12.5 从附表可以看出,当流量稍有下降时,泵的功率便急剧下降,节能效果非常显著。例如：22KW的电机，当流量下降为80%时，功率下降为51.2KW,相应可节省48.8KW的功率。因此，随热负荷而改变水量的变流量空调水系统显示了巨大的优越性，因而得到越来越广泛的应用。采用变频器调节泵的转速，可以方便地调节水的流量，根据负荷变化的反馈信号经PID调节与变频器组成闭环控制系统，使泵的转速随负荷变化，这样就可以实现节能，其节能率通常都在30%以上。 二、水泵节能改造的方案 ??? 中央空调系统通常分为冷冻（媒）水和冷却水两个系统（如下图，左半部分为冷冻（媒）水系统，右半部分为冷却水系统）。根据国内外必威体育精装版资料介绍，通过对在中央空调水泵系统进行闭环控制改造的成功范例，现在水泵系统节能改造的方案大都采用变频器来实现。 ?图1 ??? 1、冷冻（媒）水泵系统的闭环控制 ??? (1) 制冷模式下冷冻水泵系统的闭环控制 ??? 该方案在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，再经由温度控制