中央空調(diào)水泵節(jié)能改造的必要性

　　 　　中央空調(diào)的使用提高了人的舒適度，集中供冷供熱效率高，便管理，節(jié)省投資等，為此幾乎企業(yè)、高層商廈、商務(wù)大樓、會(huì)場、劇場、辦公室、圖書館、賓館、商場、超市、酒店、娛樂場、體育館等中大型建筑上都采用中央空調(diào)，它是現(xiàn)代大型建筑物不可缺少的配套設(shè)施之一。

由于中央空調(diào)系統(tǒng)都是按最大負(fù)載并增加一定余量設(shè)計(jì)，而實(shí)際上在一年中，滿負(fù)載下運(yùn)行最多只有十多天，甚至十多個(gè)小時(shí)，幾乎絕大部分時(shí)間負(fù)載都在70%以下運(yùn)行。通常中央空調(diào)系統(tǒng)中冷凍主機(jī)的負(fù)荷能隨季節(jié)氣溫變化自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載，而與冷凍主機(jī)相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載，幾乎長期在100%負(fù)載下運(yùn)行，造成了能量的極大浪費(fèi)，也惡化了中央空調(diào)的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行質(zhì)量。
隨著變頻技術(shù)的日益成熟，利用變頻器（Variable-frequency Drive)、PL
　　C、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器、溫度模塊等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成溫差閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的輸出流量(單位:立方米每秒)；采用變頻調(diào)速技術(shù)不僅能使商場室溫維持在所期望的狀態(tài)，讓人感到舒適滿意，可使整個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)平緩穩(wěn)定（解釋:穩(wěn)固安定；沒有變動(dòng))，更重要的是其節(jié)能效果高達(dá)30%以上，能帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益。
　　一、水泵節(jié)能改造的必要性
中央空調(diào)是大廈里的耗電大戶，每年的電費(fèi)中空調(diào)耗電占60% 左右，因此中央空調(diào)的節(jié)能改造顯得尤為重要。
由于設(shè)計(jì)時(shí)，中央空調(diào)系統(tǒng)必須按天氣最熱、負(fù)荷最大時(shí)設(shè)計(jì)，并且留10-20% 設(shè)計(jì)余量，然而實(shí)際上絕大部分時(shí)間空調(diào)是不會(huì)運(yùn)行在滿負(fù)荷狀態(tài)下，存在較大的富余，所以節(jié)能的潛力就較大，其中，冷凍主機(jī)可以根據(jù)負(fù)載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負(fù)載變化作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，存在很大的浪費(fèi)。變頻空調(diào)維修它的基本結(jié)構(gòu)和制冷原理和普通空調(diào)完全相同。變頻空調(diào)的主機(jī)是自動(dòng)進(jìn)行無級變速的，它可以根據(jù)房間情況自動(dòng)提供所需的冷（熱）量；當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到期望值后，空調(diào)主機(jī)則以能夠準(zhǔn)確保持這一溫度的恒定速度運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)“不停機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)”，從而保證環(huán)境溫度的穩(wěn)定。
水泵系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門(作用:控制部件)和旁通調(diào)節(jié)來完成，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現(xiàn)象，不僅大量浪費(fèi)電能，而且還造成中央空調(diào)最末端達(dá)不到合理效果的情況。為了解決這些問題需使水泵隨著負(fù)載的變化調(diào)節(jié)水流量并關(guān)閉旁通。
再因水泵采用的是Y- △起動(dòng)方式，電機(jī)的起動(dòng)電流均為其額定電流的3 ～ 4倍，一臺(tái)90KW的電動(dòng)機(jī)其起動(dòng)電流將達(dá)到500A ，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機(jī)的使用壽命大大下降，同時(shí)，起動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖擊和停泵時(shí)水垂現(xiàn)象，容易對機(jī)械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費(fèi)用。
采用變頻（frequency conversion)器控制能根據(jù)冷凍水泵和冷卻水泵負(fù)載變化隨之調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在滿足中央空調(diào)系統(tǒng)正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，以達(dá)到節(jié)能目的。水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)從電網(wǎng)吸收的電能就會(huì)大大減少。
其減少的功耗 △ P=P0 〔 1-(N1/N0)3 〕
　　(1)式
減少的流量 △ Q=Q0 〔 1-(N1/N0) 〕
　　(2)式
其中N1為改變后的轉(zhuǎn)速， N0為電機(jī)原來的轉(zhuǎn)速， P0為原電機(jī)轉(zhuǎn)速下的電機(jī)消耗功率， Q0為原電機(jī)轉(zhuǎn)速下所產(chǎn)生的水泵流量。
由上式可以看出流量的減少與轉(zhuǎn)速減少的一次方成正比，但功耗的減少卻與轉(zhuǎn)速減少的三次方成正比。
如：假設(shè)原流量(單位:立方米每秒)為100個(gè)單位，耗能也為100個(gè)單位，如果轉(zhuǎn)速降低10個(gè)單位，由
　　(2)式△ Q=Q0 〔 1-(N1/N0) 〕 =100 ＊〔 1-(90/100) 〕 =10可得出流量改變了10個(gè)單位，但功耗由
　　(1)式△ P=P0[1-(N1/N0)3]=100 ＊〔 1-(90/100)3 〕 =27.1可以得出，功率將減少27.1個(gè)單位，比原來減少27.1% 。
再因變頻器（Variable-frequency Drive)是軟啟動(dòng)方式，采用變頻器控制馬達(dá)后，電機(jī)在起動(dòng)時(shí)及運(yùn)轉(zhuǎn)過程中均無沖擊電流，而沖擊電流是影響接觸器、電機(jī)使用壽命(lifetime)最主要、最直接的因素，同時(shí)采用變頻器控制電機(jī)后還可避免水垂現(xiàn)象，因此可大大增加電機(jī)、接觸器及機(jī)械散件、軸承、閥門(作用:控制部件)、管道的使用壽命。

　　二、中央空調(diào)系統(tǒng)水泵楊程的計(jì)算
1.冷水機(jī)組阻力：由機(jī)組制造廠提供，一般為60~100kPa。（采用板式換熱器的設(shè)備在120kPa左右）
2.管路阻力：包括磨擦阻力、局部阻力。
3.空調(diào)未端裝置阻力。
4.冷卻塔(The cooling tower)部分的阻力。不管系統(tǒng)的大小，其實(shí)中央空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)的水阻相差不大，一般在0.15Mpa—0.25Mpa之間。
在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中，揚(yáng)程普遍偏大，主要原因有：
1.過大估計(jì)了水系統(tǒng)沿途的各種配件的阻力。
2.相互套用設(shè)計(jì)參數(shù)。
3.對自己設(shè)計(jì)不自信，總認(rèn)為大點(diǎn)保險(xiǎn)。
揚(yáng)程設(shè)計(jì)偏大，在使用中水泵電機(jī)功率(指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的多少)因數(shù)很低，水泵電機(jī)電流比額定電流偏小。為水泵變頻改造提供了空間。
　　三、水泵變頻的基本原理
1.P(功率)=Q(流量)╳H(壓力)
2.流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比
3.壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比
4.功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比
5.變頻的主要目的是通過改變水泵的頻率，降低水泵轉(zhuǎn)速，提高水泵的功率(指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的多少)因數(shù)以達(dá)到節(jié)能的目的。美的變頻空調(diào)維修“變頻”采用了比較先進(jìn)的技術(shù)，啟動(dòng)時(shí)電壓較小，可在低電壓和低溫度條件下啟動(dòng)，這對于某些地區(qū)由于電壓不穩(wěn)定或冬天室內(nèi)溫度較低而空調(diào)難以啟動(dòng)的情況，有一定的改善作用。由于實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)的無級變速，它也可以適應(yīng)更大面積的制冷制熱需求。
　　四、水泵的變頻（frequency conversion)會(huì)損失大量流量
1.由于設(shè)計(jì)揚(yáng)程偏大，水泵的功率因數(shù)會(huì)很低（50%-60%）
2.變頻器是按照監(jiān)控水泵功率因數(shù)來決定變頻的比例。
3.自動(dòng)運(yùn)行變頻器的時(shí)候，基本變頻的比例都在30%。美的變頻空調(diào)維修采用直流數(shù)字變轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)，只經(jīng)過一次電壓轉(zhuǎn)換，同直流電機(jī)類似，去掉了電路中的銅損，故相對于交流變頻能節(jié)省18-40%的電能，從而體現(xiàn)出直流變頻技術(shù)的優(yōu)越性。
4.同時(shí)損失（loss)的30%流量就對系統(tǒng)的使用帶來了問題。
　　五、中央空調(diào)系統(tǒng)水泵改造的出路
1.既然原設(shè)計(jì)揚(yáng)程偏大，那就調(diào)換一個(gè)水泵。
2.調(diào)換沒有現(xiàn)成的規(guī)格時(shí)，進(jìn)行水泵泵體的改造。
　　六、水泵泵體改造的辦法
決定水泵送水流量的關(guān)鍵是水泵葉輪的泵水槽寬度。
決定水泵揚(yáng)程的關(guān)鍵是水泵葉輪的外徑和泵殼的間距。
七、水泵節(jié)能改造的辦法
通過對水泵也輪本身的改造或者從配達(dá)到需要的流量(單位:立方米每秒)和揚(yáng)程。
無需改變水泵原有安裝管道，在確定達(dá)到流量(單位:立方米每秒)和揚(yáng)程要求后根據(jù)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行電流選配新的電機(jī)。
一般情況下，電機(jī)改小的比例30%。
　　八、中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的方向
1.大型離心機(jī)組的變頻改造。
2.水泵的節(jié)能改造。
3.冷卻(cooling)塔風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造。
4.中央空調(diào)運(yùn)行智能化改造。
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