中央空调节能方案模板（中央空调节能改造方案范本）

一. 概述

改革开放以来，我国国民经济迅速发展，但是能源工业的发展远远满足不了需要，而且相当一个时期内能源缺口的状态不会改观，因此国家以开发与节约并重的能源政策为主。尤其以节约宝贵的二次能源-电能为主，我国电能最大的用户是电机，约占50%，其中风机水泵的耗电占全部电能的30%。传统的风机水泵的风量、水量的调节是靠风门、节流阀的调节。当风量、水量的需要减少时，风门、阀的开度减少;当风量、水量的需要增加时，风门、阀的开度增加。这种调节方式虽然简单易行，已成习惯，但它是以增加管网损耗，耗费大量能源在风门、阀上为代价的。并且通常在设计中，用户风机水泵的设计容量都要比实际需要高出很多，这样容易形成人们常说的“大马拉小车”的现象，造成电能的大量浪费。另外由于半导体电力电子元器件的普及应用，各种变流变频装置的整流部分所产生的谐波电流注入电网后对电气设备产生干扰影响，平均功率因数低，造成更大的电能浪费。()推出的{]系列有效地解决了以上难题。如果采用节电器来调节流量，滤除谐波，就可以从根本上防止电能浪费。近年来随着电力电子技术的发展，此技术越来越成熟，因此推广在风机、泵类设备上的应用，对于减少能源浪费具有重要意义。

二. 中央空调系统的节能改造原理

1.系统分析

在中央空调系统中冷冻水泵和冷却水泵的容量是按照建筑物最大设计热负载选定的，且留有余量，而运行情况是一年四季长期在固定的最大水流量下工作，由于季节、昼夜和用户负荷的变化，实际空调热负载在绝大部分时间内远比设计负载低，图1示出某建筑物的实测热负载率变化的情况，由图1可见，与决定水泵流量和压力的最大设计负载(负载率为100%)相比，一年中负载率在50%以下的小时数约占全部运行时间的50%以上。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1.0～3.0℃，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。根据统计分析，一般空调水泵的耗电量约占总空调系统耗电量的20～30%，故节约低负载时水系统的输送能量，具有很重要的意义，因此，随热负载而改变水量的变流量空调水系统显示了其巨大的优越性，而得到越来越广泛的应用。采用调节泵的转速可以方便地调节水的流量，其节能率通常都在30%以上。

图1 热负载变化率曲线图

2. 风机、泵类负载调速节能原理

风机是用来传送气体的机械设备，泵是用来传送液体的机械设备，风机与泵都是把电动机的轴功率转变为机械能的一种机械，它们的启动力矩都较小，负载轻，具有很大节能潜力;二者的结构和工作原理基本相似。

下面以泵类为例对其工作原理及其运行过程进行分析:

(1) 泵类的特性和参数

纯粹用于抽水的功率叫有效功率

有效功率=(1000QH)/(75×60/0.736)=QH/6.11(kW)

式中，Q为流量(m3/min);H为总扬程(m)。

设在扬程内1m3的水的重量为1000kg，因此:

泵的轴功率=(有效功率)/ 泵的效率(kW)

电动机输出功率=(1.05～1.2)×轴功率(kW)

因泵的扬程大小、泵的型号不同，泵的效率不能一概而定，一般标准泵的大致效率曲线如图2所示。

鉴于泵的设计与制造方面会有误差，故电机的输出功率应较轴功率计算值有5～20%的裕量，而后根据流量和扬程求出电动机的功率，图3为流量和扬程特性曲线。

图2 一般标准泵的效率 图3 流量和扬程特性曲线

(2) 管网的水阻特性

当管网的水阻R保持不变时，水量与过水阻力之间的关系是不确定的，即水量Q与过水阻力h按阻力定律变化，其表达式为:

式中，H—过水阻力，R—水阻系数。

H=f(Q)关系曲线为水阻特性曲线，呈抛物线形状，如图4所示。由图4可知，水阻系数R越大，曲线越陡，即过水阻力越大。

(3) 风机、泵类调速控制节能原理

由流体力学可知，水量Q与转速的一次方成正比，压力H与转速的平方成正比，功率P与转速的立方成正比。

式中: Qe—风机、泵类的额定风(流)量;

He—风机、泵类的额定压力;

Pe—风机、泵类的额定功率;

ne—风机、泵类的额定转速。

由上面的公式可知，如果泵类的效率一定，当要求调节水量下降时，转速可成比例下降，此时水泵的轴功率是成立方关系下降。

另根据水泵类的特性曲线与水阻特性的关系曲线也可明显的看出风机、水泵的节能效果。图5为风机、水泵调速节能原理示意图，图中曲线H为恒速下的H-f(Q)曲线，其水阻、风阻特性曲线R1相交与A点。对应的风量为Q1。此时风机、水泵的轴功率Q1AH1Q围成的矩形面积成正比。当欲使风量由Q1减少到Q2使用挡板或阀门时，则新的风阻、水阻特性曲线H相交于B点，此时风机轴功率与Q2BH2Q围成的矩形面积成正比。如果采用调速方法将风机、水泵的转速降到n2使对应的风机特性曲线H与风阻特性曲线R2相交于C点。此时与风机轴功率成正比的Q2CH3Q围成的矩形面积显著减少，说明轴功率下降很多，节能效果明显。

图4 水阻特性图 图5 风机、水泵调速节能示意图

3.系统控制方式

3.1. 冷冻水系统

对于冷冻水系统,其出水温度取决于蒸发器设定值，设定后相对固定。回水温度取决于蒸发器接收的热量，中央空调冷冻出水温度与冷冻的回水温度设计最大温差为5℃(例如出水7℃，回水12℃)，现采用在蒸发器的回水管路上装有检测其温度的变送器组成闭环控制系统，由内置的PID调节器控制变频的运行。一台控制一台水泵，通过冷冻水的温差(例如△T=5℃)控制，即可使冷冻水泵的启停及转速相应于热负载的变化而变化，具体控制方式如图6所示：

图6 冷冻水泵控制方式

3.2.冷却水系统

对于冷却水系统, 由于低温冷却水温度受冷却塔冷却风扇的工况、环境温度的影响,不恒定， 因此高温冷却水(冷凝器出水)的温度不能完全反映冷却水系统的冷却效果, 只有通过温差的控制才能保证系统的冷却效果又节约电能。现采用在冷凝器进出水管路上装有检测其温度的传感器，传感器信号送至温差变送器组成闭环控制系统，由内置的PID调节器控制变频的运行。一台控制一台水泵。冷凝器进出水温度差控制在4-5℃。每台拖动一台冷却水泵，使冷却水泵的转速相应于热负载的变化而变化, 具体控制方式见图7：

图7 冷却水泵控制方式

4.电网谐波、变频调速装置的谐波及其抑制

电网谐波对电气设备的正常运行危害很大，它可导致电容器过流损坏，电动机力矩不稳，继电保护装置误动作，计算机等敏感电器发生功能错误。

向电网注入谐波电流的电气设备主要有晶闸管电路和功率变频装置。

当谐波电流超出规程允许值，或者谐波电流虽然不大，但电气设备受到干扰时，通常应采取技术措施加以防治，例如提高谐波源设备的电压等级，对谐波源设备集中供电，改变其工作时间等，但是上述方法并不能保证完全凑效，同时还要付出相应的改造费用。

经研究发现，解决谐波问题的最佳途径是设置滤波回路，将谐波完全或部分吸收，以保障电气设备安全运行，同时还可以提高电网功率因数，收到良好的经济效益。

谐波电流

如果用户安装有晶闸管变流器等设备，则会产生以下问题：

1) 变流器需要感性无功功率

2) 向电网注入谐波电流

由于变流器的控制角a的作用，使电流和电压发生相位移，形成感性无功功率Qk，最大值为变流器的额定功率（图4）

变流器除了需要无功功率外，还向电网注入谐波电流，其频率由变流电路的脉冲数（即一个电网周期内的换向次数）决定，例如最常用的三相桥式电路，其脉冲数为p=6。

通过对变流器网侧电流进行傅立叶分解，除了含有基波电流外，还含有一系列的谐波电流（图5）。特征谐波电流的次数为：γ=p·k±l (γ=fγ/f1)

fγ： 谐波频率

f1 ： 基波频率（50Hz）

p ： 变流器脉冲数

k ： 正整数（1，2，3…）

谐波电流在电网阻抗上产生同频率的电压降，并叠加在基波正弦电压上，使电网电压发生畸变（图6）。

在接有谐波源负载的电网上直接连接电容器，会出现其它方面的问题。

因为电容器容抗和电网阻抗形成一个并联谐振回路，在谐振频率下其阻抗达到很高的数值，如果谐波电流频率与并联谐振频率相同或接近，则导致产生很高的电压降，电网和电容器支路流过很大的谐波电流，其数值甚至达到电网原有谐波电流的数十倍，称为谐波放大。谐波放大可导致电器设备（尤其是电容器）的损坏（图7）。

通常，我们会把位移因数当作电网功率因数，其实不然，位移因数只是基波功率因数。我们所说的功率因数包括两部分：基波因数和位移因数。功率因数可以定义为基波因数和位移因数的乘积。其表达式为：

COSΦ = P/S = ULILCOSΦ1/ULIR = IL COSΦ1/IR = r ·COSΦ1

式中：IL——基波电流有效值

IR——电网电流有效值

UL——电网电压有效值

COSΦ——功率因数

r——电网电流基波因数

COSΦ1——位移因数（基波功率因数）

一般，普通的变频调速装置可以提高位移因数，但无法提高基波因数，有时反而降低基波因数，所以功率因数总的来所并没有多大的提高。

节电设备可以很好地解决这个问题。其变频调速装置可以节省能耗，提高位移因数；滤波补偿装置可以滤除谐波，提高基波因数，从而提高了电网的功率因数。

四. 原系统工况分析

原循环水系统分冷却水、冷冻水两个系统，目前配置为：冷却泵3台，配用90KW电机,回水管分别汇聚为总管；而每台泵的阀门开度为全开，冷冻泵3台，配用45KW电机。出水管分别汇聚为总管。每台泵的阀门开度为全开。楼层为20几层，总管的表压力量层为0~20公斤压力，设备为二用一备。水泵启停人工和自动切换，能量浪费严重。

五．改造方案

1. 冷冻水、冷却水、热水循环供热泵

冷冻水、冷却水系统均采用一台控制一台水泵方式

1．1系统主要构成

{]-045型3台

微电脑控制器3台

45KW控制柜3套

直流电抗器 交流输出、输入电抗器

温度传感器、温度PID调节器、接触器、断路器等低压电器

1．2系统主要构成

{]-093型3台

微电脑控制器3台

93KW控制柜3套

直流电抗器 交流输出、输入电抗器

温度传感器、温度PID调节器、接触器、断路器等低压电器

1．3 系统主要功能

A． 自动循环投切泵组。系统刚投入运行由温度传感器T检测管网的进出口温差，变成电信号送回微电脑控制器进行处理，若管网进出口温差高于设定值，说明外部的负荷高，则微电脑控制器控制电机高速运行，直至水泵达到最高转速，若管网进出口温差仍然高于设定值，则系统通过延时自动把其他泵投入工频运行，工频运行泵投入后，变频调节管网的温差恒定，如果外部负荷量减少，T检测到管网进出口温差低于设定值，则微电脑控制器自动通过WK-HY控制水泵转速减慢，直至下限频率。若管网进出口温差仍然低于设定值，则系统通过延时会自动切除工频运行的水泵，留下一台水泵变频调节运行，如此反复。

B． 自动手动切换。系统有两种工作方式，手动时由人工根据负荷开启泵组，自动时由微电脑控制器控制泵组切换。

C． 变量泵，定量泵任意设定及轮换。为保证各泵组使用率均衡，不至因某台机组锈死，可由微电脑控制器设定变量泵、定量泵轮换方式。冷冻水、冷却水系统均采用一台控制一台水泵方式。

1.3 回报分析

冷却、冷冻水泵系统

冷却水泵：90KW 3台

冷冻水泵：45KW 3台

全年运行时间：3120小时(按每年运行8个月，30天/月、13小时/天 计算)

电价：￥0.8元/度

安装本公司节能控制系统后，每年可节省电费为：

电机容量×节能率×全年运行时间×电价

冷却水泵：270KW×3120小时×0.8元/度=673920元×25%=￥168480元

冷冻水泵：135KW×3120小时×0.8元/度=336960元×25%=￥84240元

则每年可节省电费为：￥168480 +￥84240=252720元

七. 用户受益

采用变频闭环控制电机，按需要设定温度，使设备储备容量和随时间季节变化的热负

载通过转速调节, 在满足使用要求下达到最大限度的节能。根据对部分中央空调风机、水泵进行改造经验, 统计分析全年综合节电率平均达到了20～60%。另外, 使用节电器还具有以下特点：

(1) 对电动机的保护功能较好，有过电压、欠电压、过电流、接地等保护；

(2) 因软启动，消除了循环水泵启动时的水锤效应，延长了设备的寿命；

(3) 起动电流较小，对电网的冲击较少，有利于电网的稳定运行；

(4) 直流电容器的隔离作用使输入的功率因数接近于1, 电动机的励磁无功电

流由电容器提供，可节省30%左右的电网容量；

(5) 使用节能改造后，室内温度调节平滑性更好，舒适度增加。

八. 售后服务

提供12个月免费保养、维修服务。