中央空调系统变频节能改造控制技术的分析与实现.docx

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1、1引言　　随着国民经济的发展和人民生活水平的日益提高，中央空调系统已广泛应用于工业与民用建筑领域，在宾馆、酒店、写字楼、商场、住院部大楼、工业厂房的中央空调系统，其制冷压缩机组、冷媒循环水系统、冷却循环水系统、冷却塔风机系统、盘管风机系统等的容量大多是按照建筑物最大制冷、制热负荷或新风交换量需求选定的，且留有充足余量。在没有使用具备负载随动调节特性的控制系统中，无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，尽管有的系统采用了闸阀档板节流方式，但其能量的浪费仍是显而易见的。近年来由于电价的不断上涨，

2、造成中央空调系统运行费用急剧上升，致使它在整个大厦营运电费成本中占据越来越大的比例，因此，电能费用的控制显然已经成为经营管理者所关注的问题所在。据统计，中央空调的用电量占各类大厦总用电量的60%以上，其中，中央空调水泵的耗电量约占总空调系统耗电量的20~40%，故节约低负荷时主压缩机系统和水泵、风机系统的电能消耗，具有极其重要的经济意义。所以，随着负荷变化而自动调节变化的变流量变频中央空调水泵、风机系统和自适应智能负荷调节的主压缩机系统应运而生，并逐渐显示其巨大的性能优越性和经济性，得到了广泛的推广与应用。采用变频调速技术不

3、仅能提高系统自动化控制水平，使中央空调系统达到更加理想的工作状态，而且，更重要的是能给用户带来良好的投资回报。作者曾先后成功地完成了联合国工业发展组织全额投资的上海新亚制药厂中央空调机组冷却循环水系统、上海东方航空宾馆中央空调系统冷媒循环水和冷却循环水系统、上海市中医院住院部大楼中央空调系统冷却循环水和冷媒循环水系统等多项中央空调系统变频节能改造项目，并曾为众多用户进行中央空调系统节能改造做前期工况调研、可行性方案论证及系统规划设计。在业已实施的项目中，各项目的节电率均高达30%以上，有的系统节电率高达60%。下面就以具有典

4、型结构特征的中央空调系统为例，来表述变频节能改造控制技术在中央空调系统中的节能指标预测方法与自动化控制过程实现方法，以期供用户在实施中央空调变频节能改造时作为对比参考。　　2中央空调系统的工作原理与一般组成结构　　中央空调技术实际上是人工制冷技术的一种典型系统性应用，当前，人工制冷技术按其补偿过程的不同可主要分为蒸汽压缩式、吸收式、蒸汽喷射式、吸附式四种方法，其中，被广泛应用在中央空调系统的制冷方法主要有两种：　　（1）蒸汽压缩式制冷循环　　通过对制冷剂的压缩、冷凝、节流、蒸发、吸收等过程来利用制冷剂的液相与气相之间的相变所

5、产生的热交换实现制冷目的，如上海合众-开利空调设备公司的19XL（HCFC22制冷剂）或19XR（HFC134a制冷剂）系列封闭型离心式冷水机组、约克国际北亚有限公司的YK/YT系列离心式或YS/YCWS系列螺杆式冷水机组；　　（2）吸收式制冷循环　　通过使用两种沸腾点差距较大的物质组成的二元溶液（也称工质对，其低沸腾点组份为制冷剂，高沸腾点组份为吸收剂），利用溶液在一定条件下能析出低沸点组份的蒸汽，而在另一条件下又能吸收低沸点组份的蒸汽这一特性由制冷机系统采用热能驱动，通过发生、冷凝、蒸发、吸收4个过程来完成制冷循环，如江

6、苏双良空调设备有限公司的SLAA060AS/SLAA060AT溴化锂-水溶液吸收式制冷机组、重庆通用工业公司的KF140X—10氨-水溶液吸收式制冷机组。　　目前，在中央空调系统中的制冷压缩机以速度型的离心式压缩机和以容积型的螺杆式或活塞式压缩机的应用最为普遍。以蒸汽压缩式制冷循环为例，撇开其具体形式上的区分，中央空调的制冷系统其制冷循环过程如图1所示。　　　　　　　　图1制冷循环过程原理图　　图1a中，制冷压缩机将来自蒸发器中的低温、低压的制冷剂气体(一般为3～6℃)压缩成高温、高压气体(一般为35～40℃)排入冷凝器中，

7、这些高温、高压气体在冷凝器中通过与冷却循环水进行热交换（冷却循环水带走介质排放的热量）变为高温、高压液体(一般为25～32℃)流向节流膨胀阀，再通过膨胀阀的节流、降压来实现高温、高压液体向低温、低压液体状态转变，由于压力突然降低，有一部分制冷剂瞬间蒸发为气体，即用膨胀阀的节流作用来实现类绝热膨胀过程，低温、低压液体在蒸发器中通过与冷冻循环水的充分热交换（吸收冷冻循环水的热量）后达到蒸发汽化目的，此时制冷剂又回到低温、低压气体状态为制冷剂的再循环过程做准备。同时也应看到当压缩机抽取制冷剂气体的同时,也降低了蒸发器的压力,使蒸发

8、器内其余的制冷剂在相当低的温度下大量蒸发汽化。在图1b中，A-B-C-D分别表示了无温差传热的逆卡诺循环的绝热压缩、等温压缩、绝热膨胀、等温膨胀四个理想过程，而实际上制冷压缩循环是如图1c所示的具有温差传热现象的逆卡诺循环，图中的阴影部分表示与环境介质（如冷却水、冷冻水等）进行热交换时所存