高层建筑中央空调送风节能方案

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摘要：随着高层建筑的数量不断增加，中央空调的市场前景一片光明，中央空调投入使用量也在快速增加。但因为中央空调系统的能耗量相对较大，所以如何节约能源、提高效率成为迫切需要解决的问题。本文主要以节能为原则，从实际工程设计出发，对变频加闭环控制的方法对送风系统进行节能改造，并提出了具体改造的方案及控制器电路。

关键词：节能；送风；变频器；高层建筑

Abstract: with the increasing of quantity of high buildings, the central air conditioning market prospect is bright, the central air conditioning usage is rapidly increasing investment. But because of the central air conditioning system of energy consumption quantity is opposite bigger, so how to save energy, improve efficiency become urgent need to address the problem. This paper mainly to energy saving for the principle, from a practical engineering design according to the method of variable frequency and closed-loop control to retrofit of air distribution system, and advances some concrete reforming scheme and control circuit.

Keywords: energy efficient; Air supply; Inverter; High-rise building

中图分类号：S210.4 文献标识码：A文章编号：

二十一世纪以来，我国的高层建筑物数量日益增加，适用范围也在不断地扩大，中央空调的使用量也不断在增加。现在许多大厦的中央空调处于无间断的工作状态，送风机工作状态处于开环、恒速、24h连续运转状态，送风量的大小仅能通过挡风板进行调节，而送风驱动电机的总功率通常在几百千瓦，系统自控节能设计较为粗糙，水泵运行定流量系统电能浪费甚是严重。这样就使得中央空调送风系统的用电量较大，浪费较多，所以大厦的经营者每年要交纳巨额的空调电费。如能在现有的基础上对送风系统进行节能方面改造，从而使系统能根据需要进行送风，从而提高送风效率、减少浪费，使空调电费明显下降，提高经济效益。

一 、空调送风系统节能潜力分析

对于高层建筑来说,四季的变化及每日不同时间段来考虑，这些方面的因素对空调系统的送风要求也不同，所以对空调送风系统的改造有很大的可能性和可行性，可以从以下几个方面进行分析。

中央空调系统的工作原理

空调系统的工作原理：空气是从回风口和新风口进入空调系统入口的，在入口处设调风门用来控制进风量的大小，过滤后的空气继续往前，到空气混合室，通过送风机后，被送去加湿，加湿后的空气送去冷却或加温（随季节而定），经挡水板，然后进入空气分配室，再到送风管，最后进入空调室。送风一般会有若干台送风机同时完成，所需的送风功率视需要而定，应该是可调的。接受部分，回风可节省热能，新风口能增加新鲜空气。

风机的转速送风量和能耗之间的关系

风机轴的输入功率P与风量的输出Q和扬程H之间有下列关系:P=KQH (1)

式中K为常数，式(1)说明电机的输出功和它驱动的风机的风量Q、扬程H成正比，当风机转速n变化时，风机输出的风量Q将发生变化，它们之间有下列关系：Q2/Q1=n2/n1 (2)

风机转速和出风量成正比。风机的输出功率P和转速N有以下关系：

P2/P1=(n2/n1)3(3)

从式（1）、（2）、（3）可见通过降低风机的转速来减少送风量。降低风机的转速将大大地降低能耗，节能效果明显。

节能送风控制系统

节能送风系统需要考虑风机的运行控制方式，即应使每台风机的运行时间尽量均衡，另外，控制器的使用应简单有效，设计时能考虑到各种特殊情况，具有一定的抗干扰及应变能力。

风机的控制方案

在要求减少送风量的时候，最有效的方法就是改变风机的转速。我们通过改变电机的转速来实现风机的转速，对于三相交流异步电动机使用变频器即可有效地改变电机的转速。对于用多台风机组成的送风系统，这里以3台为例，如图2 所示的方案,来实施送风量的调节。3台电机的总功率应大于、等于最大送风量所需的输入功率，这样，即能可以减少变频器的容量、成本，又能很好地完成送风系统风量调节的目的。送风系统工作过程如下:在最小负荷下，要保证仍有1台电机按工频方式运转，以保证最小的送风量。当有需求要求送风量要增加时，可按以下方式改变运行状态，当1号机运行风量不足，将3号机投入按变频方式运行，逐步增加转速以达到送风量的要求。若送风量仍然不足，2号机投入运行，3号机仍以变频方式运转，改变3号机转速以达到需要的送风量。而在要求送风量减少的过程中，假设3台机同时运转，首先降低3号机的工作频率到最低值，若送风量仍然过大，切除1、2号机先接入的一台3号机以变频方式高速运转，若送风量仍然过大，再次降低3号机的转速，直至切除3号机为止。

送风机变频系统的构成

要构成闭环系统，需要在出风口安置压传感器，这样才可以保证出风口有恒定的风压，当测得的风压上升时，这说明送风驱动量过大了，这时应将送风驱动量降低。当测得的风压降低时，这说明此时的送风驱动量不足，从而需要加大送风驱动量。检测到的风压信号和给定值进行比较以确定送风量的调节方向。控制器除输出连续可调的模拟信号以调节变频器的工作频率之外，还要输出开关量以确定1、2、3号机接入与切除。

冷热源耗能节能措施

3.1温湿度控制

从中央空调系统空气处理过程可以看出，夏季室内温度、相对湿度愈低，系统设备耗能与大；冬季室内温度、相对湿度愈高，系统设备能耗愈大，相应地初投资和运行费用也随之增大。为降低能耗，空调房间室内温湿度基数，在满足生产需要和人体健康的情况下，夏季可能提高，冬季可能降低。

3.2冷源效率控制

评价冷源制冷效率的性能指标是制冷系数。空调系统冷机的实际运行过程中不要使冷冻水温度太低、冷却水温度太高，否则制冷系数就会较低，产生单位冷量所需消耗的功量多，耗电量高，增加建筑的能耗。提高冷源效率可采取以下措施：

（1）降低冷却水温度

由于冷却水温度越低，冷机的制冷系数就越高。冷却水的供水温度每上升1℃，冷机的COP下降近4%。降低冷却水温度就需要加强冷却塔的运行管理。

（2）提高冷冻水温度

由于冷冻水温度越高，冷机的制冷效率就越高。冷冻水供水温度提高1℃，冷机的制冷系数可提高3%，所以在日常运行中不要盲目降低冷冻水温度。

4、控制器设计控制器主要是实现对送风量的控制，从而使送风压力保持基本恒定。这里用单片机及其电路构成。用数码管显示送风压力，压力的给定可以用键盘输入也可以用电位器经A/D转换后输入。控制器在功能上，要既能实现连续控制，也能实现分级不连续控制，具体通过程序编制实现

5、系统的安全保护措施

在中央空调送风节能系统设计过程中, 对整个电气系统考虑了以下几个问题:

(1)工作比较频繁的，而且使用时间比较长的电气设备就是变频器了，当变频器发生故障时, 一定不能影响到送风系统的正常运行。因此, 当变频器故障时,3号机的工作方式应能从变频方式转为工频方式, 即能立即切除变频器,实现送风量的不连续的有级控制。

(2)防止临界状态下电机频繁切换问题。当需要的送风量为两台电机到3台电机之间摆动时, 应允许被控量有一定的超调,设置一定大小的死区,以保证系统的安全。

考虑到送风机的特点,在最小负载情况下,应保证有1台送风机能按工频方式运行。

三、结论中央空调经过送风系统节能系统改造、采用了变频加闭环控制后，中央空调的系统运行稳定，节电效果明显，提高送风效率、减少浪费，使空调电费明显下降，提高经济效益。确保了空调系统安全运行，提高了劳动生产率，增强了企业的竞争力，同时延长了设备的使用寿命，节约了能源，获得了社会效益。

参考文献:

[1] 方贵银.蓄冷空调工程实用新技术[M].北京: 人民邮电出版社, 2000, 5.

[2] 杜金城.电气变频[ M] . 北京: 中国电力出版社,2001,6.

[3] 薛钧义.51系列单片微型计算机及其应用[M].西安:西交大出版社,1989,9.