空調(diào)水系統(tǒng)的能耗在整個空調(diào)系統(tǒng)中占很大部分，因此，研究空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能具有重要意義。采用變頻控制技術(shù)的變頻空調(diào)，可實現(xiàn)快速、節(jié)能和舒適的溫度控制效果。本文首先分析了空調(diào)水系統(tǒng)的組成和工作原理，并探討了冷水變流量的節(jié)能控制，最后使水泵工作在高效率區(qū)域的一些關(guān)鍵設(shè)計提出了建議。

通過變頻器，根據(jù)空氣終端的需要，可根據(jù)環(huán)境溫度自動選擇加熱、冷卻和除濕運行方式，使居室在短時間內(nèi)迅速達到所需要的溫度，并在低轉(zhuǎn)速、能耗低、狀態(tài)下以較小的溫差波動，調(diào)節(jié)冷媒水泵、冷卻水泵的工作頻率，改變系統(tǒng)中冷媒水量和冷卻水量，以達到節(jié)能的目的。變流節(jié)能控制模式也被稱為機房空調(diào)節(jié)能控制。本文重點探討了機房空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)變頻節(jié)能控制的原理分析及相關(guān)設(shè)計要點。

1 空調(diào)水系統(tǒng)的工作原理

空調(diào)水系統(tǒng)主要設(shè)備包括：制冷機組、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔和風機盤管等空調(diào)末端設(shè)備。空調(diào)水系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，各部件之間是相互聯(lián)系、相互影響的。

1.1 風機盤管水系統(tǒng)

風機盤管的組成和工作原理，風機盤管主要有風機、盤管以及空氣過濾器、電動機、室溫控制裝置等組成，風機常采用前向多翼離心式風機或貫流式風機，盤管則為帶肋片的盤管式換熱器。風機盤管的水系統(tǒng)的主要功能是輸配冷流體，以滿足末端設(shè)備或機組的負荷要求。其配置則應(yīng)具備足夠的輸送能力，經(jīng)濟合理的選定水泵、管材和管徑，具有良好的水力工況穩(wěn)定性，應(yīng)便于空調(diào)系統(tǒng)負荷變化時的運行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運行要求、并便于管理、檢修和養(yǎng)護。

1.2 冷水機組工作原理

當天然的冷源不能滿足空調(diào)需要時，便采用人工制冷的方式。主要有以下幾種：

1）蒸汽壓縮式制冷

蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)的組成及工作過程：蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)主要有制冷壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器四個主要設(shè)備組成，并用管道相連接，構(gòu)成一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)。

2）吸收式制冷

吸收式制冷與蒸汽式制冷一樣，都是利用液體在汽化時需吸收熱量這一物理特性來實現(xiàn)制冷的，不同的是蒸汽壓縮式制冷是以消耗機械能為補償，而吸收式制冷則是以消耗熱能為補償?shù)?，使熱量從低溫熱原轉(zhuǎn)移到高溫熱源。

1.3 冷卻塔

制冷劑在冷凝器中進行冷卻凝結(jié)過程中放出的熱量，一般通過空氣和水帶走。以空氣為冷卻介質(zhì)的冷凝器，多用于小型制冷系統(tǒng)及缺水地區(qū)。大中型制冷系統(tǒng)的冷凝器多以水為冷卻介質(zhì)。制冷裝置的冷卻回水，由冷卻塔的上部噴向塔內(nèi)的填充層上，以增大水與空氣的接觸面積及接觸時間，被冷卻后的水從填充層流至下部集水池，通過循環(huán)水泵再送回制冷裝置循環(huán)使用。冷卻塔頂部裝有通風機，使空氣以一定的流速由下而上通過填料層，以加強水的蒸發(fā)冷卻效果。

2 冷水變流量的節(jié)能控制

2.1 變流量系統(tǒng)的主要控制措施

冷水流量發(fā)生變化后，水系統(tǒng)為了在新的流量下能達到穩(wěn)定平衡，需對管路系統(tǒng)和水泵進行調(diào)節(jié)，即調(diào)節(jié)閥門的開度和水泵的轉(zhuǎn)速，不同的控制策略將產(chǎn)生不同的控制效果，進而水泵的能耗情況也不相同，下面分別進行比較。冷水系統(tǒng)變流量運行的控制模式主要有溫差控制法和壓差控制法。

1）溫差控制法

溫度傳感器測得供回水干管上的溫差，與設(shè)定值比較，溫差大則加大冷水泵的水流量，溫差小則減小水流量。當負荷下降時，流量將隨之減少，通過溫差控制器、變頻器，降低水泵轉(zhuǎn)速減少流量。隨著系統(tǒng)總水量減少，使用功能相似的空調(diào)房間其末端裝置的水流量按比例減少，適應(yīng)負荷的變化，適用于系統(tǒng)較小，房間功能比較簡單，整體一致的能耗變化規(guī)律的情況，如在我國目前空調(diào)系統(tǒng)中運用得非常多的風機盤管系統(tǒng)。風機盤管系統(tǒng)的水路基本不控制，或采用三通閥、電磁閥控制，部分負荷時系統(tǒng)壓差幾乎不變，這給壓差信號的采集造成困難，因而風機盤管系統(tǒng)采用壓差控制準確性較差，系統(tǒng)采用最多的是溫差控制。

2）壓差控制法

壓差控制是利用測定點壓差值的變化來控制水泵的供水量，壓力的傳遞速度較高，因而壓差控制反應(yīng)較快，目前在冷水系統(tǒng)中采用的主要有干管定壓差。干管定壓差控制只是將溫度傳感器換成了壓力傳感器，末端負荷減小而關(guān)小冷凍水的流量使得供回水干管上的壓差增大，控制器將控制水泵減少水流量，保持供回水干管的壓差不變，這樣，對于負荷沒有變化的其它末端來說，由于干管的供回水壓差不變，各支管的供回水壓差也是基本保持不變的（由于流量減小，干管上的阻力損失減小，支管上的壓差略有增大），保證了各個末端有足夠的水流量。

2.2 變流量系統(tǒng)的原理

空調(diào)冷水系統(tǒng)的最重要的目的是為空調(diào)系統(tǒng)的各末端裝置提供能量的交換，如何在滿足這個要求下盡量節(jié)能，在冷水系統(tǒng)的發(fā)展中在不斷完善。在冷水系統(tǒng)的發(fā)展和完善的過程中總是不斷遇到新的問題，如冷水溫差過小、水系統(tǒng)阻力損失過大、管網(wǎng)水力不平衡等，如果保持供回水的溫差不變，則冷凍水流量的需求下降，可通過減少冷凍水的輸送量來降低水泵的能耗，這就是變流量技術(shù)。

3 方案設(shè)計

就目前的一般的改造設(shè)計而言，一般采用以溫度控制為主，在機房空調(diào)系統(tǒng)改造的過程中，保持了原有的機房空調(diào)系統(tǒng)，增加了熱泵機組、板式熱交換器、儲熱罐和熱水罐、增加了循環(huán)泵和調(diào)節(jié)閥等設(shè)備，還開發(fā)了一種具有通用功能的變頻調(diào)速智能控制節(jié)能工作站。

1）對冷凍水泵的控制

冷凍水泵電動機應(yīng)采用軟啟動。冷凍水泵電動機啟動頻率系統(tǒng)設(shè)定為45Hz。為保護空調(diào)系統(tǒng)的安全運行，冷溫水系統(tǒng)最低運行頻率設(shè)定值為30Hz。

在溫差調(diào)節(jié)器上設(shè)定上限報警輸出信號，當末端負荷突變，溫差達到5℃時，將頻率直接切換到45Hz。使水泵輸出加大到最大流量，以提高負載的跟蹤速度。冷凍水泵啟動后，按智能控制器輸出的控制參數(shù)值，調(diào)節(jié)冷凍水泵變頻器的運行頻率，控制冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，動態(tài)調(diào)節(jié)冷凍水的流量，使冷凍水的供回水溫度逼近智能控制器給定的最優(yōu)值。夏天：冷凍水額定供水溫度為7℃，額定回水溫度為12℃，溫差△T=5℃；冬天：冷溫水供水溫度為50℃，回水溫度為45℃，溫差△T=5℃。

2）對冷卻水泵的控制

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、出水溫度逼近智能控制器給定的最優(yōu)值。

3）對冷卻塔風機的控制

當風機啟動后，在冷卻塔風機頻率設(shè)定高限值45Hz 保持運行30min后，系統(tǒng)根據(jù)空調(diào)主機冷卻水進出水溫度傳感器的輸入值變頻調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速，使冷卻水進水溫度逼近設(shè)定值，從而保證機房空調(diào)主機隨時處于最佳運行狀態(tài)。以實現(xiàn)冷卻塔風機和空調(diào)主機在最佳工況下的節(jié)能運行。

4 結(jié)語

論文對機房空調(diào)系統(tǒng)變頻調(diào)速技術(shù)進行了理論分析，通過對機房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施的研究，可以避免不合理的低效用能，降低了空調(diào)系統(tǒng)的能耗，提高了能源的利用率。

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