深圳中心商务广场中央空调节能方案

一、工程介绍 

　　深圳中央商务广场中央空调系统由rt1-rt3及rt4系统组成，rt1-rt3系统由三台离心主机，4台55kw冷冻水泵组成，4台冷冻水泵和4台冷却水泵以三用一备的方式运行，其为工频运行。Rt4系统由一台里干主机2台30kw冷却水泵组成，2台冷冻水泵和2台冷却水泵以一用一备的方式运行，其为工频运行。由于季节、气候和用户的变化，冷气的用量也不停地变化，工频运行的冷冻水泵和冷却水泵却无法根着冷气的用量调节冷冻水和冷却水量，造成电能的极大浪费，因此需对冷冻水泵和冷却水泵进行节能改造。 

二、空调系统构成及工作原理 
   
中央空调系统主要由以下几个部分组成： 
1．冷冻机组：这是中央空调的“致冷源”，通往各个房间的循环水由冷冻机组进行“内部热交换”，降温为“冷冻水”。 
2．冷却水塔：用于为冷冻机机组提供“冷却水”。 
3．“外部热交换”系统：由两个循环系统组成： 
A．冷东水循环系统：由冷冻泵及冷冻水管组成。从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各个房间内的热量，使房间内的温度下降。从冷冻机组流出，进入房间的冷冻水简称为“出水”；流经所有的房间后回到冷冻机组的冷冻水筒称为“回水” 
B．冷却水循环系统：由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换，使水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行交换，然后再将降了温的冷却水，送回到冷冻机组。如此不断循环，带走了冷却机组释的热量. 
   
　　可以看出,中央空调系统的工作过程是一个不断进行热交换的能量转换过程.。在这里,冷冻水和冷却水循环系统是能量的主要传递者。因此，对冷冻水和冷却水循环系统的控制便是中央空调系统的重要组成部分。 
   
　　深圳中央商务广场中央空调的外部热交换由两个循环水系统来完成。循环水系统的回水与进（出）水温度之差，反映了需要进行热交换的热量。因此，根据回水与进（出）水温度之差来控制循环水的流动速度，从而控制了进行热交换的速度，是比较合理的控制方法。 

三、变频节能的原理 
   
　　根据风机（水泵）原理，我们知道风机（水泵）的流量与转速一次方成正比，压力与转速二次方成正比，轴功率与转速三次方成正比，即 
Q2/Q1=n2/n1 (1) 
H2/H1=(n2/n1)² (2) 
P2/P1=(n2/n1)³ (3) 
   
　　曲线①为风机（水泵）阻力特性，曲线②为工频速度下的流量与压力关系曲线，此时风机水泵工作在A点时，轴功率P1与Q1、H1乘积，即与图中面积AQ10H1A成正比。若要将流量从Q1降到Q2时，如用风门（挡板），则工作点由A移到C，流量下降，压力上升，轴功率减少不多；若采用变频调速，则工作点由A移到B，在满足同样流量Q2的情况下，压力也下降，轴功率大大降低。 
   
　　由于设计必须考虑最大用量，裕量普遍大20％以上，假设电机的运行频率由工频下调到40Hz，即水流量降为最大用量时的80％，则 
P(40)/P(50)=（40/50）³=51.2% 
节电率=1-51.2%=48.8% 
   
　　即使电机的运行频率由工频下调到45Hz,即水流量降为最大用量时的90％，节电率=1-P(45)/P(50)=1-73%=27% 

四、变频节能分析 
   
　　深圳中央商务广场中央空调系统中，RT1-RT3系统，4台55KW冷冻水泵和4台55KW冷却水泵均以三用一备的方式运行。设以工频运行的水泵（工频泵）提供流量为Qn，则： 
4.1一台水泵变频运行节能情况 
4.1.1当所需流量1.5Qn时 
  
　　此时1台泵工频运行，提供流量为Qn，变频泵只需提供50％Qn的流量，则变频泵的功耗为;55X0.5³=6.875KW 
总功耗为：55＋6.875=61.875（KW）----比不变频时节约功耗48.125KW，节电率43.75％。 
4.1.2当所需流量为2.5Qn时 

　　此时2台泵工频运行，提供流量为2Qn，变频泵只需提供50％Qn的流量，则变频泵的功耗为：55X0.5³=6.875KW 
总功耗为:55+55+6.875=116.875(KW)----比不变频时节约功耗48.125KW，节电率29.17％。 
4.2二台水泵变频运行节能情况 
4.2.1当所需流量为1.5Qn时 

　　此时2台泵都变频运行，每台泵只需提供75％Qn的流量，变频泵的功耗为：55x0.75³=23.2(KW) 
总功耗为：23.2x2=46.4(KW)---比一台泵的功耗都低，比不变频时（2台工频泵）节约功耗63.6KW，节电率57.82％。 
4.2.2当所需流量为2.5Qn时 

　　此时1台泵工频运行，提供流量为1Qn，2台泵变频运行，每台变频泵只需提供75％Qn的流量，变频泵的功耗为：55x0.75³=23.2（KW） 
总功耗为;55+23.2x2=101.4(KW)----比不变频时节约功耗63.6KW，节电率38.55％。 
4.3三台水泵变频运行节能情况 
4.3.1当所需流量为1.5Qn时 

　　此时3台泵都变频运行，每台泵只需提供50％Qn的流量，变频泵的功耗为：55x0.5³=6.875(KW) 
总功耗为;6.875x3=20.625(KW)----比一台泵的功耗都低，比不变频时（2台工频泵）节约功耗89.375KW，节电率81.25％。 
4.3.2当所需流量为2.5Qn时 

　　此时3台泵都变频运行，每台变频泵只需提供83.33％Qn的流量，变频泵的功耗为：55x0.8333³=31.83(KW) 
总功耗为：31.83x3=95.49（KW）----比不变频时节约功耗69.51KW，节电率42.13％ 
4.4变频节能一览表 
根据以上计算，可得不同流量下变频节能改造的节电率（％）如下: 
流量 一台泵变频 二台泵变频 三台泵变频 基准 

节电率 运行方式 节电率 运行方式 节电率 运行方式 
0.7Qn 65.70 1变频 65.70 1变频 65.70 1变频 1工频 
0.8Qn 48.80 1变频 48.80 1变频 48.80 1变频 1工频 
0.9Qn 27.10 1变频 27.10 1变频 27.10 1变频 1工频 
1.0Qn 1工频 75.00 2变频 75.00 2变频 2工频 
1.1Qn 2工频 83.36 2变频 83.36 2变频 2工频 
1.2Qn 2工频 78.40 2变频 78.40 2变频 2工频 
1.3Qn 2工频 72.54 2变频 72.54 2变频 2工频 
1.4Qn 2工频 65.70 2变频 65.70 2变频 2工频 
1.5Qn 43.75 1工频1变频 57.82 2变频 81.25 3变频 2工频 
1.6Qn 39.20 1工频1变频 48.80 2变频 77.24 3变频 2工频 
1.7Qn 32.85 1工频1变频 38.59 2变频 72.71 3变频 2工频 
1.8Qn 24.40 1工频1变频 27.10 2变频 67.60 3变频 2工频 
1.9Qn 13.55 1工频1变频 14.26 2变频 61.89 3变频 2工频 
流量 一台泵变频 二台泵变频 三台泵变频 基准 
节电率 运行方式 节电率 运行方式 节电率 运行方式 
2.0Qn 2工频 37.5 1工频2变频 55.56 3变频 2工频 
2.1Qn 3工频 55.575 1工频2变频 65.70 3变频 3工频 
2.2Qn 3工频 52.27 1工频2变频 60.56 3变频 3工频 
2.3Qn 3工频 48.36 1工频2变频 54.49 3变频 3工频 
2.4Qn 3工频 43.80 1工频2变频 48.80 3变频 3工频 
2.5Qn 29.17 2工频1变频 38.54 1工频2变频 42.13 3变频 3工频 
2.6Qn 26.13 2工频1变频 32.53 1工频2变频 34.90 3变频 3工频 
2.7Qn 21.90 2工频1变频 25.725 1工频2变频 27.10 3变频 3工频 
注：实际中，每台泵都有空载损耗，每台泵的下限工作频率一般不低于25Hz，相当于0.5Qn。 

五、变频节能的优点 
采用变频器进行风机水泵的节能改造，优点如下; 
1．节省大量的电能。 
2．变频器可软启动电机，大大减小冲击电流，降低电机轴承磨损，延长轴承寿命。 
3．调节水泵风机的流量和压力，可以直接通过更改变频器的运行频率来完成，可减少或取消挡板、阀门，大大地提高控制的精度和性能。 
4．如采用空调自控系统，实现闭环控制，电机转速随季节、气候和用户的变化自动调节，最大限度的实现节能控制，节能效率更高。同时，由于实现设备的自动控制和管理，可缩减人员维护，节约人员开支，提高综合管理水平，减少突发事故的发生和设备损坏，从而带来潜在效益。