本文介紹了風(fēng)機、水泵的節能原理，中央空調節能改造的原理和冷凍水、冷卻水的控制方法。

　　1、引言

　　改革開(kāi)放以來(lái)，我國國民經(jīng)濟迅速發(fā)展，但是能源工業(yè)的發(fā)展遠遠滿(mǎn)足不了需要，而且相當一個(gè)時(shí)期內能源缺口的狀態(tài)不會(huì )改觀(guān)，因此國家以開(kāi)發(fā)與節約并重的能源政策為主。尤其以節約寶貴的二次能源-電能為主，我國電能最大的用戶(hù)是電機，約占50%，其中風(fēng)機水泵的耗電占全部電能的30%.傳統的風(fēng)機水泵的風(fēng)量、水量的調節是靠風(fēng)門(mén)、節流閥的調節。當風(fēng)量、水量的需要減少時(shí)，風(fēng)門(mén)、閥的開(kāi)度減少；當風(fēng)量、水量的需要增加時(shí)，風(fēng)門(mén)、閥的開(kāi)度增加。這種調節方式雖然簡(jiǎn)單易行，已成習慣，但它是以增加管網(wǎng)損耗，耗費大量能源在風(fēng)門(mén)、閥上為代價(jià)的。并且通常在設計中，用戶(hù)風(fēng)機水泵的設計容量都要比實(shí)際需要高出很多，這樣容易形成人們常說(shuō)的“大馬拉小車(chē)”的現象，造成電能的大量浪費。如果采用調節速度的方式來(lái)調節流量，就可以從根本上防止電能浪費。近年來(lái)隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調速技術(shù)越來(lái)越成熟，因此推廣變頻調速在風(fēng)機、泵類(lèi)設備上的應用，對于減少能源浪費具有重要意義。

　　2、中央空調系統的節能改造原理

　　在中央空調系統中冷凍水泵和冷卻水泵的容量是按照建筑物最大設計熱負載選定的，且留有余量，而運行情況是一年四季長(cháng)期在固定的最大水流量下工作，由于季節、晝夜和用戶(hù)負荷的變化，實(shí)際空調熱負載在絕大部分時(shí)間內遠比設計負載低，圖1示出某建筑物的實(shí)測熱負載率變化的情況，由圖1可見(jiàn)，與決定水泵流量和壓力的最大設計負載（負載率為100%）相比，一年中負載率在50%以下的小時(shí)數約占全部運行時(shí)間的50%以上。一般冷凍水設計溫差為5～7℃，冷卻水的設計溫差為4～5℃，在系統流量固定的情況下，全年決大部分運行時(shí)間溫差僅為1.0～3.0℃，既在低溫差、大流量情況下工作，從而增加了管路系統的能量損失，浪費了水泵運行的輸送能量。根據統計分析，一般空調水泵的耗電量約占總空調系統耗電量的20～30%，故節約低負載時(shí)水系統的輸送能量，具有很重要的意義，因此，隨熱負載而改變水量的變流量空調水系統顯示了其巨大的優(yōu)越性，而得到越來(lái)越廣泛的應用。采用變頻器調節泵的轉速可以方便地調節水的流量，其節能率通常都在40%以上。

　　現從以下幾個(gè)方面分述之：

　　2.1 風(fēng)機、泵類(lèi)負載調速節能原理

　　風(fēng)機是用來(lái)傳送氣體的機械設備，泵是用來(lái)傳送液體的機械設備，風(fēng)機與泵都是把電動(dòng)機的軸功率轉變?yōu)闄C械能的一種機械，它們的啟動(dòng)力矩都較小，負載輕，具有很大節能潛力；二者的結構和工作原理基本相似。

　　下面以泵類(lèi)為例對其工作原理及其運行過(guò)程進(jìn)行分析：

　�。�1）泵類(lèi)的特性和參數

　　純粹用于抽水的功率叫有效功率

　　有效功率=（1000QH）/（75×60/0.736）=QH/6.11（kW）

　　式中，Q為流量（m3/min）；H為總揚程（m）。

　　設在揚程內1m3的水的重量為1000kg，因此：

　　泵的軸功率=（有效功率）/ 泵的效率（kW）

　　電動(dòng)機輸出功率=（1.05～1.2）×軸功率（kW）

　�。�2）管網(wǎng)的水阻特性

　　當管網(wǎng)的水阻R保持不變時(shí)，水量與過(guò)水阻力之間的關(guān)系是不確定的，即水量Q與過(guò)水阻力h按阻力定律變化，其表達式為：

　　式中，H—過(guò)水阻力，R—水阻系數。

　　H=f（Q）關(guān)系曲線(xiàn)為水阻特性曲線(xiàn)，呈拋物線(xiàn)形狀，水阻系數R越大，曲線(xiàn)越陡，即過(guò)水阻力越大。

　　3） 風(fēng)機、泵類(lèi)調速控制節能原理

　　由流體力學(xué)可知，水量Q與轉速的一次方成正比，壓力H與轉速的平方成正比，功率P與轉速的立方成正比。

　　式中： Qe—風(fēng)機、泵類(lèi)的額定風(fēng)（流）量；

　　He—風(fēng)機、泵類(lèi)的額定壓力；

　　Pe—風(fēng)機、泵類(lèi)的額定功率；

　　ne—風(fēng)機、泵類(lèi)的額定轉速。

　　2.2 冷凍水系統控制方式

　　對于冷凍水系統，其出水溫度取決于蒸發(fā)器設定值，回水溫度取決于蒸發(fā)器接收的熱量，中央空調冷凍出水溫度與冷凍的回水溫度設計最大溫差為5℃（例如出水7℃，回水12℃），現采用在蒸發(fā)器的出水管和回水管路上裝有檢測其溫度的變送器、PID溫差調節器和變頻器組成閉環(huán)控制系統，通過(guò)冷凍水的溫差（例如△T=5℃）控制，即可使冷凍水泵的轉速相應于熱負載的變化而變化。

　　2.3 冷卻水系統控制方式

　　對于冷卻水系統，由于低溫冷卻水溫度取決于冷卻塔的工況，我們只需控制高溫冷卻水（冷凝器出水）的溫度，即可控制溫差，現采用溫度變送器，PID調節器和變頻器組成閉環(huán)控制系統，冷凝器出水溫度控制在T（例凝器出水）的溫度， 即可控制溫差， 現采用溫度變送器，PID調節器和變頻器組成閉環(huán)控制系統，冷凝器出水溫度控制在T（例如：37℃），使冷卻水泵的轉速相應于熱負載的變化而變化。

　　2.4  關(guān)于冷凍水末端壓力問(wèn)題的說(shuō)明

　　冷凍水泵降低流量降低轉速運行，人們擔心會(huì )不會(huì )影響供水末端壓力不足，導致缺水現象，實(shí)際上由于轉速降低雖然會(huì )使水泵供水壓力降低，然而管道特性的壓力損失也會(huì )隨流量減少而減少，即需要的壓力也會(huì )減少，供水壓力與轉速的二次方成比例降低，需要壓力（管道損失）則與流量的二次方成比例減少，二者可以相互補償。而另一方面，泵的“壓力-流量”特性是一個(gè)下降的特性，即隨著(zhù)流量減少，泵的出口壓力將相對增加，致使供水末端壓力相對提高，也就是說(shuō)，降低流量降低轉運行，不僅不會(huì )使末端供水問(wèn)題惡化反而會(huì )有所改善。我們單位的實(shí)踐也證明了這一點(diǎn)。

　　3 、結束語(yǔ)

　　采用變頻閉環(huán)控制電機，按需要設定溫度，使設備儲備容量和隨時(shí)間季節變化的熱負載通過(guò)轉速調節，在滿(mǎn)足使用要求下達到最大限度的節能。以我公司中央空調系統為例，我們對部分風(fēng)機、水泵進(jìn)行改造，據統計分析節電率平均達到了20～50%。另外，使用變頻器還具有以下特點(diǎn)：

　�。�1）變頻器對電動(dòng)機的保護功能較好，有過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)電流、接地等保護；

　�。�2）變頻器運行穩定，保養維護簡(jiǎn)單、方便；

　�。�3）變頻器的起動(dòng)電流較小，對電網(wǎng)的沖擊較少，有利于電網(wǎng)的穩定運行；

　�。�4）變頻器中直流電容器的隔離作用使輸入的功率因數接近于1，電動(dòng)機的勵磁無(wú)功電流由電容器提供，可節省30%左右的電網(wǎng)容量。