变频技术在空调系统中的节能作用

变频技术在空调系统中的节能作用

重庆是全国最热的城市之一，夏天最高气温超过40℃，空调器成为重庆人夏天必备的设备，其公共建筑空调的覆盖率达95%以上。而目前，许多建筑物的设计缺乏节能观点，忽视设备的运行费用和能耗量，据资料显示，我国建筑物的耗电量为国外同纬度同等规范建筑物耗电量的两倍以上，使电能供应异常紧张，也造成极大的浪费。空调系统能源的有效利用和节能成为迫切需要解决的问题，而重庆作为空调器大量使用的城市，节能潜力巨大。

1 节能原理[1]

空调冷冻（却）水泵均是按最大负荷来设计的，并且还会再乘以一安全系数，所有水泵都是按最不利工况来选型的，有相当的余量。而水泵的能耗与流量近似成3次方的关系，如下式：

其中，N：水泵能耗；Q:水泵流量

由上式可见：如果能够减少冷冻（却）水泵的流量，那么水泵的节能将非常可观。

当冷冻水泵的流量降为原流量的90%时，水泵的能耗将降为原来的72.9%；当冷冻水泵流量降为原流量的80%时，水泵的能耗将降为原来的51.2%。可见改变流量，水泵的节能十分显著。

2 实现节能的方法[1-3]

在保证空调系统能正常运行的前提下，为了降低冷冻（却）水泵的流量，我们有必要先分析一下冷冻（却）水泵的运行情况。

以重庆某酒店空调系统为例，其系统具体配置为：

主机：一台螺杆机，制冷量130万Kcal/h；

冷冻水泵：2台离心泵，流量280m3/h、扬程110m、功率45kW，一用一备；

冷却水泵：2台离心泵，流量400m3/h、扬程32m、功率55kW，一用一备。

酒店空调运行情况：每年4-11月供冷，每天运行20h，制冷面积11580m2。

根据重庆夏天的气温变化情况，每年7-9月是气温最高的时间段，在这个时间段内空调基本是全负荷运行，而其余时间段则为过渡期，在过渡期间，空调的冷负荷并未达最大，但只要空调系统一启动空调冷冻（却）水泵就会按额定功率运转，这就会出现非常不经济的运行状况,即冷冻供回水的温差只有1～2℃，而设计温差为5～7℃，空调系统处于大流量低温差的状况下。

为了改变这种不经济的运行状况，可以通过变频调节改变水泵的转速而达到节能目的，改变转速即改变泵的运行特性曲线，但没有改变管路的阻力；因为当冷量减少时，水量作等比减少。当流量减少时，功率P以立方关系递减。由此节能效果明显。如图1中的A"。

图1 节能原理图

由图可知，通过变频技术来降低空调冷冻（却）水泵的流量，从而达到节能降耗的方法是完全可行的。

3 变频节能系统实例（仍以重庆某酒店为例）[2-4]

3.1 变频节能系统的控制原理

控制系统采用温差控制、压力保护的原理，在每台主机蒸发器及冷凝器的进出口、集水器、分水器等对空调系统运行有特殊要求的末端分别安装温度传感器，用以检测系统的实际负荷。根据需要设定系统的正常工作温度，并给出最高和最低的运行水温差，在此范围内，可以随时在触摸屏上调节运行所需温差。当系统实际负荷增加时，温差增大则提高频率，加大水泵转速；反之，温差变小则降低频率，减慢水泵转速。在系统最不利环路末端安装压力传感器以保证系统末端用户的正常使用。在每台主机的进出口安装压力传感器，保证主机的正常工作压力，确定系统的最小流量，同时保障各台主机之间不会出现流量失调的现象。

3.2 变频节能系统结构图

图2 变频节能系统结构图

3.3 实测数据

根据公式：Q＝K·P

其中，Q：冷冻（却）水泵的流量（m3/h）；K:比例系数；P：冷冻（却）水泵的电机频率（HZ）；

因为μ＝Pe/P则有

表1 冷冻水泵变频数据表

N：水泵消耗电能；Q：水泵流量；

则可推出该时段中的平均节电率A为：

冷冻水泵：

冷却水泵：

由于以上日期是处于过渡期间，所得的节电率不能代表全年的实际节电率。那么全年的情况又如何呢？我们来看看重庆某酒店从2002-2005年期间，每年4-11月的实测节电数：

2002年4-11月，冷冻泵节约电能54524kwh,冷却泵节约电能73425kwh，共节约电能127949kwh。

2003年4-11月，冷冻泵节约电能43976kwh，冷却泵节约电能67837kwh，共节约电能111813kwh。

2004年4-11月，冷冻泵节约电能50572kwh,冷却泵节约电能71041kwh，共节约电能121531kwh。

2005年4-11月，冷冻泵节约电能57956kwh,冷却泵节约电能78138kwh，共节约电能136094kwh。

仅仅在此4年间，变频系统空调系统为酒店共节约电能388009kwh，节约电费332639.4元，减去该套变频系统设备费用26万元，4年中实现节余72639.4元，可见该变频系统具有很大的推广价值。

表2 冷却水泵变频数据表

4 变频节能系统的相关问题

由于水泵变频后流量减少，冷水机组蒸发器和冷凝器的换热效果也会受到影响，如果变频导致了空调水系统的整体性能降低，尤其是占能耗比较大的冷冻机组的性能降低，那么可能会抵消水泵节能的效果。

通过仿真得出当回水温度不变时冷水机组在不同相对流量下的性能参数,通过对这些参数分析得出当冷冻水相对流量减小时,机组的蒸发温度会相应的升高,机组的COP、冷凝温度以及蒸发器的传热系数会相应的降低。当流量变化到原来的60%左右时，蒸发温度的变化在1℃以下，即冷冻机组蒸发工况变化不大，这时虽然冷冻机组压缩机的效率略有下降，但冷冻机组的性能系数COP变化在0.15以下。

根据能耗分析，制冷机的能耗占空调系统的75%左右，冷冻（却）水泵的能耗占空调系统的20%左右，在采用变频技术不影响冷机COP前提下，水泵平均可节能40%左右，约占总能耗的7%。采用变频技术相比定流量运行，在空调系统需求变化较大时是有利于系统的稳定。

由此说明，变频节能系统对整个空调水系统性能的影响很小，基本可以忽略。

5 变频节能系统的发展前景

重庆是全国最热的城市之一，空调的耗电量逐年上升，每年夏天重庆的电力都严重不足，作为节能降耗的有效措施，空调变频节能系统将有广泛的应用前景。

[1]SY/T 6834-2011变频调速拖动装置节能测试方法与评价指标[S].石油工业节能节水专业标准化技术委员会，2011.

[2]GB/T22712-2008变频电机用G系列冷却风机技术规范[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会,2008.

[3]GBT 21056-2007风机、泵类负载变频调速节电传动系统及其应用技术条件[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会,2007.

[4]梁昊.最新变频器国家强制性标准实施与设计选型使用技术手册[M].天津：天津电子出版社，2005.

责任编辑：孙苏，李红

Energy Saving Effect of Frequency Conversion Technology in Air Conditioning System

谢吉宁
（重庆建工集团股份有限公司，重庆401122）

通过对重庆某酒店空调系统的分析，简明扼要地介绍了该系统的节能原理，空调系统能源的有效利用和节能成为迫切需要解决的问题，而重庆市作为空调器大量使用的城市，节能潜力巨大。

重庆；40℃；空调；变频；节能；降耗；冷冻（却）水泵

According to the analysis of the air conditioning system of Fuli hotel in Chongqing,the energy saving theory of the system is briefly introduced.The energy efficient use and conservation of air conditioning system is the priority to be solved.Chongqing,a city of air conditioner,has huge potential of energy saving.

Chongqing;40℃;air conditioner;frequency conversion;energy saving;consumption reduction;chilled water pump

TM571.2

A

1671-9107（2013）07-0034-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.07.034

2013-04-02

谢吉宁（1966-），男，重庆人，大专，工程师，主要从事电气专业方面的研究。