中央空调智能群控节能系统改造与设计

摘 要：目前，我国社会正处于高速发展阶段，人们的生活质量和生活水平迅速提升，中央空调已经广泛的应用到了现代建筑中。但老式的中央空调不具备智能控制系统，能耗很高，造成了大量能源的浪费，这与现代人们提倡的环保节约理念不相符。为了改变这种状况，文章针对老式中央空调能耗高以及非智能调控的缺陷，改造并设计出了中央空调智能群控节能系统。本系统应用了变频设备，改造了线路，使温度传感器与电动阀能够智能的控制进出水，并且通过对人机交互界面的应用，实现了中央空调的远程智能控制。通过对该系统的运行研究证明，中央空调智能群控节能系统可以有效的降低中央空调的能耗。
　　关键词：中央空调；智能群控；节能系统；改造与设计
　　现在，中央空调已经在人们的生活和工作中被广泛应用，通常情况下，其能耗大约能够占据建筑总能源消耗的百分之五十五。但是，因为中央空调系统具有成本高、寿命长、维修费用低等特点，所以除了最新的建筑之外，目前大多数中央空调的控制系统使用的还是老式的系统。老式中央空调的控制系统应用的是手动控制的，所以它无法根据环境、季节以及用户负荷的变化来进行相应的调整，导致系统中的设备长期处于工频状态，这种状态下浪费了非常多的电能，而且空调运行时会产生非常大的噪音，对周围造成严重的污染。所以，对老式空调的系统进行智能化节能改造，降低中央空调的能耗，是符合当前可持续发展的理念的。
　　文章通过对老式中央空调系统的研究，设计出了相应的智能节能系统。该控制系统内应用了变频变压技术以及人机交互技术，使操作人员能够通过触摸屏进行风机、主机与水泵的开启和关闭操作，并且能够根据用户的负荷来智能调整冷却泵的转速以及主机数量。通过对该系统实际运行情况的研究，证明该系统可以满足实际需求，并且降低了能量消耗，达到了节约电能的目的。
　　1 中央空调系统进行变频改造的节能原理
　　中央空调和家用小型空调的温度控制方式是不同的，家用空调是直接把风吹到散热器上面得到热风与冷风，而中央空调主要通过对循环水加热与降温，在循环水经过用户房间时，用户房间内设置的风机会将风吹向散热器，使风被制冷或者加热，从而使用户获得适宜的温度。通常情况下，中央空调的冷冻主机的运行负载能够根据环境温度变化而进行相应的调整，但循环水循环速度是恒定的，也就是说冷冻泵以及冷却泵无法按需调整负载，始终处于百分之百的负载运行状态，这就造成了电能的大量浪费。所以，由此我们可以看出，中央空调的变频改造主要是实现对冷却泵以及冷冻泵智能变频调控，使空调的运行负载和实际负载相匹配。由于变频跳速具有稳定性好、范围宽以及频率高的特性而被认为是控制电机转速的最合理方式。
　　水泵中电机的转动速度n、扬程H、轴功率P以及流量Q之间的关系可以表示为：
　　通过该公式我们可以知道，轴功率P和转速n的3次方成正比，所以，只要按照实际的负荷情况实时调整电机转速就可以有效减低系统能耗，实现节能的目标。通过对本研究所用变频设备的测试，我们得知冷冻泵频率和电压、电流以及转速之间的关系，结果如表1。
　　由表1可知，当冷冻泵的转动速度由1440rad/min下降至1123rad/min时，其频率正好由50Hz下降到了基准频率39Hz，转动速度下降到了百分之七十八，功率下降到了百分之四十七，电功率为7.11kW，即节约了百分之五十二点六的电能。在理论上，当该系统运转稳定时，可以有效降低能耗，达到节能的目标。
　　2 中央空调智能群控节能系统的设计与改造
　　中央空调系统中的冷冻泵、风机以及冷却泵的能源消耗在系统整体能源消耗中占据了非常大的部分。老式的中央空调系统的运转频率无法根据用户负载的变化来进行相应的调节，长时间满负载的运转导致大量能量的浪费，同时，陈旧的设备噪音污染严重并且容易引发安全事故，对人们的生命财产安全造成威胁。针对这种情况，本案例用变频设备对系统中的冷却泵与冷冻泵进行合理的改造，在循环水中置入温度传感器，将手动控制的阀门改造成电动控制的智能阀门。
　　该中央空调额定功率为86.6kW，系统中包含两台制冷主机，且全年并联运行；拥有三台冷却泵，其中两台正常运行，一台作为备用；拥有三台15kW的冷冻泵，其中两台正常运行，一台作为备用；拥有两台5.5kW的冷却塔，且全年并联运行。一旦系统中其中一台冷却泵或者冷冻泵发生故障，备用设备自动进入使用状态。图1为改造设计后的空调系统。