一、 中央空調機組節能控制系統可行性分析
中央空調系統是一個龐大的設備群體,大量的統計結果表明,空調系統所消耗的電能,約占樓宇電耗的40—60%。就任何建筑物來說,選用空調系統都是按當地最熱天氣時所需的最大制冷量來選取擇機型的,且留有 10%—15%的余量,各配套系統按最大負載量配置,這種選擇不是最合理的。在組成空調系統的各種設備中,水泵所消耗的電能約占整個空調系統的四分之一左右。早期空調的水泵普遍采用定流量工作,能源浪費非常嚴重。而實際運行時,中央空調的冷負荷總是在不斷變化的,冷負荷變化時所需的冷媒水、冷卻水的流量也不同,冷負荷大時所需的冷媒水、冷卻水的流量也大,反之亦然。。
中央空調節能控制系統是一種能源效率管理系統解決方案,對中央空調主機、水泵、閥門、末端等各部分進行統一自動化調控,以達到全面節能,提高能源效益的目的。其節能潛力巨大,可為能源客戶帶來降低運營成本,提高設備使用壽命,改善工作環境,其使用成效深得眾多客戶贊許,平均節能潛力也已被相關研究機構所證明。
因為空調系統是按最大負荷來設計的,并且還會再乘以一個安全系數,所有設備的選擇都是按最不利工況來選型,有相當的余量。一般來說,建筑物在全年的90%的運行時間里,實際負荷低于設計負荷的75%。因而在相當一部分時間內,空調系統只是部分負荷運行(例如:每年過渡季節,每天早晚,,一般天氣情況等) ,根據一項對中空調機組運行狀態進行分析的權威調查顯示,中空調機組90%的運行時間處于非滿負荷運行狀態。而冷凍水泵、冷卻水泵以及風機在此90%的時間內仍處于100%的滿負荷運行狀態。這樣就導致了大流量小溫差的現象,使大量的電能白白浪費。而目前情況是冷機部分可以根據實際負荷進行自動調節,以達到節能的目的,但是水泵卻是全功率運行。這是相當不合理的。從節能角度來看,冷凍、冷卻水量也應作合理的調整。
傳統的水流量是在末端設置電動兩通閥或電動三通閥來調節,通過閥門開度來調節水流量。此方法雖然降低了系統的流量,但是卻大大增加了系統的壓力,也就是說增加了系統的管路阻力,使大部分的能量消耗在閥門上。如圖所示,在系統原有水量的條件下,水泵的工作點為A點。當用閥門調節水量后系統的壓力增大,水泵工作點變為A’點。水泵的功率為工作點下曲線圍成的面積。可以看到調節閥門時雖水量減少,但水泵揚程增加,并且效率降低,水泵的輸入功率并未減少多少,因而其節能效果相當有限。
行之有效的方法是通過變頻調節改變水泵的轉速而達到節能目的。圖中A點所對應的流量是系統設計最大流量。當空調負荷減小時,流量也相應減小,即A’、A”點所對應的流量。若采用水泵變頻技術,降低水泵的轉速,改變水泵的性能曲線,使其于管路阻力特性曲線相交于A”點。A’即為水泵變頻下的工作點。由于水泵的流量與轉速成正比關系,而水泵的輸入功率與轉速成立方關系。故使用水泵變頻技術,當流量為水泵額定流量的80%時,則耗功僅為原來的51%,節約49%。節能效果顯著。
以上分析僅僅是對水泵而言,在中央空調系統中還存在許多浪費能源的方面,例如盡管主機的控制已經比較完善了,但主機需要啟動多少臺(指多臺主機的系統)、冷凍泵需要啟動多少臺、冷卻泵需要啟動多少臺、冷卻風機是否需要啟動等等方面的問題一般都采用人工控制的方式解決,這樣勢必會造成許多不必要的浪費。例如:由于熱負荷不太大,本來只要啟動一臺主機,結果啟動了兩臺主機;本來一臺冷卻泵、一臺冷凍泵就足夠了,結果開了兩臺冷卻泵、二臺冷凍泵;還有本來不需要啟動冷卻塔風機,結果人為地開啟風機造成浪費等等。由于人工控制不可能做到實時、精確的調節,因此造成的浪費是驚人的。
本系統采用先進的可編程控制器(PLC)、彩色液晶觸摸屏及變頻器,對中央空調的各種設備(主機、冷卻水泵、冷凍水泵、冷凍塔風機及各種閥門)進行集中智能化控制。根據熱負荷的變化(冷凍水出水、回水溫差、溫度、冷卻水出水、回水溫差、溫度等)并采用先進的最優化算化,適時調整水泵、風機及主機開啟的數量,從而最大限度地將中央空調系統的能耗降至最低,并且延長了主機及其他輔助設備的使用壽命。變頻器調節水泵節能效果明顯,回收快,而且管理方便,是適宜發展和推廣的有效節能措施。同時,采用變頻系統后,提高電機的效率,改善其運行條件,延長使用壽命;減少冷卻水用量,減少排污;降低電機和冷卻塔的噪聲。
系統特點
1.由于采用PLC及變頻器對中央空調機組的各個部分進行精確控制,使整個系統工作在最節能佳狀態,大大提高了中央空調機組的能效比
2.采用大屏幕彩色觸摸屏控制
3.動態畫面顯示,方便直觀
4.歷史數據自動記錄并保存(長達數月至數年的數據)
5.溫度曲線顯示
6.故障記錄:可記錄故障發生/結束的時間及各種故障內容
7.軟件升級:可通過U盤現場升級軟件
8.數據備份:可將各數歷史數據與記錄保存至U盤
9. 短信提醒/查詢: 可通過手機短信查詢運行狀態及數據,當系統出現故障時會自動向預設的手機發出短信提醒
10.上位機遠程監控,設備管理員可遠程監控中央空調機組運行狀態,也可以遠程修改各種參數










