中央空調系統(tǒng)是現(xiàn)代大型建筑物不可缺少的配套設施之一，電能的消耗非常大。由于中央空調系統(tǒng)都是按最大負載并增加一定余量設計，而實際上在一年中，滿負載下運行最多只有十多天，甚至十多個小時。文章主要結合工程實例，針對中央空調系統(tǒng)在節(jié)能方面存在的問題，分析并提出改造方案，介紹改造效果。
一、前言
中央空調是大廈里的耗電大戶，約占建筑物總電能消耗的60%。由于中央空調系統(tǒng)設計時必須按天氣最熱、負荷最大時設計，并且留 10-20% 設計余量，然而實際上絕大部分時間空調是不會運行在滿負荷狀態(tài)下，存在較大的富余，所以節(jié)能的潛力就較大，其中，冷凍主機可以根據(jù)負載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應調節(jié)，存在很大的浪費，因此中央空調的節(jié)能改造顯得尤為重要。
二、工程概況
廣州某酒店是一座三星級旅游涉外酒店，有各類客房100多間，酒店大樓內設有三星級酒店、高級寫字樓、商場和娛樂場所，是廣州市早期酒店之一。酒店中央空調全年運行280天左右，每天平均運行時間在14～22小時左右，中央空調系統(tǒng)年平均總耗電約160萬kWh，電費支出 172萬元左右。該大廈冷凍水泵和冷卻泵電機全年恒速運行，冷凍水和冷卻水進出水溫差都約為3℃ ，采用繼電接觸器控制。酒店中央空調系統(tǒng)的配置如下：
冷水機組：中央空調系統(tǒng)采用兩臺(一用一備)開利水冷冷水機組，單機制冷量為400USRT，電動機功率為300KW。
冷凍水泵：冷凍水泵兩臺(一用一備)，電動機功率為55KW，電機啟動方式為自耦變壓器啟動。
冷卻水泵：冷卻水泵兩臺(一用一備)，電動機功率為75KW，電機啟動方式為自耦變壓器啟動。
三、中央空調系統(tǒng)節(jié)能中存在的問題分析
該大廈中央空調系統(tǒng)的最大負載能力是按照天氣最熱，負荷最大的條件來設計的，存在著很大寬裕量，但實際上系統(tǒng)極少在這些極限條件下工作，一年中只有幾十天時間中央空調處于最大負荷。大廈原中央空調水系統(tǒng)除了存在很大的能量損耗，同時還會帶來以下一系列問題：
(1)水流量過大使循環(huán)水系統(tǒng)的溫差降低，惡化了主機的工作條件、引起主機熱交換效率下降，造成額外的電能損失。
(2)水泵采用自耦變壓器啟動起動，電動機的起動電流較大，會對供電系統(tǒng)帶來一定沖擊。
(3)傳統(tǒng)的水泵起、停控制不能實現(xiàn)軟起、軟停，在水泵起動和停止時，會出現(xiàn)水錘現(xiàn)象，對管網(wǎng)造成較大沖擊，容易對機械零件、軸承、閥門、管道等造成破壞，增加維修工作量和備件費用。
為使循環(huán)水量與負荷變化相適應，采用成熟的變頻調速技術對循環(huán)系統(tǒng)進行改造，是降低水循環(huán)系統(tǒng)能耗的較好解決方案。一方面能夠控制冷凍(卻)泵的轉速，即改變冷凍(卻)水的流量，來跟蹤冷凍(卻)水的需求量，隨著負載的變化調節(jié)水流量，從而節(jié)約能源;另一方面，因變頻器是軟啟動方式，電機在啟動時及運轉過程中均無沖擊電流，可有效延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。
四、中央空調系統(tǒng)節(jié)能改造措施
結合酒店原中央空調水系統(tǒng)的實際情況，確定酒店水系統(tǒng)節(jié)能改造措施如下：
(1)由于系統(tǒng)中冷卻水泵功率為75KW，相對主機功率接近30 %較大，故對冷卻水系統(tǒng)和冷凍水系統(tǒng)都進行變流量改造，在保證機組安全可靠運行的基礎上，取得最大化的節(jié)能效果。
(2)冷凍水系統(tǒng)的控制方案采用定溫差控制方法，因為冷凍水系統(tǒng)的溫差控制適宜用于一次泵定流量系統(tǒng)的改造，施工較容易，將冷凍水的送回水溫差控制在4.5～5℃。
PLC通過溫度傳感器及溫度模塊將冷凍水的出水溫度和回水溫度讀入內存，根據(jù)回水和出水的溫差值來控制變頻器的轉速，從而調節(jié)冷凍水的流量，控制熱交換的速度。溫差大，說明室內溫度高，應提高冷凍泵的轉速，加快冷凍水的循環(huán)速度以增加流量，加快熱交換的速度;反之溫差小，則說明室內溫度低，可降低冷凍泵的轉速，減緩冷凍水的循環(huán)速度以降低流量，減緩熱交換的速度，達到節(jié)能的目的。
(3)冷卻水系統(tǒng)的控制方案也采用定溫差控制方法，因為冷卻水系統(tǒng)定溫差控制的主機性能明顯優(yōu)于冷卻水出水溫度控制，將冷卻水的進出水溫差控制在4.5～5℃。
(4)由于冷卻塔風機的額定功率為4KW，比較小，故不考慮對風機進行變頻調速。
3、節(jié)能改造控制系統(tǒng)的設計(以冷卻水泵為例)
(1)冷卻水泵M1的主回路電氣原理圖
冷卻水泵M1的主回路電氣原理圖
(2)控制系統(tǒng)的I/O分配及系統(tǒng)接線
?、買/O分配
根據(jù)系統(tǒng)控制要求，選用F940GOT-SWD觸摸屏，觸摸屏和PLC輸入、輸出分配如下：
X0：變頻器報警輸出信號; M0：冷卻泵起動按鈕; M1：冷卻泵停止按鈕;
M2：冷卻泵手動加速; M3：冷卻泵手動減速; M5：變頻器報警復位;
M6：冷卻泵M1運行; M7：冷卻泵M2運行; M10：冷卻泵手/自動調速切換;
Y0：變頻運行信號(STF); Y1：變頻器報警復位; Y4：變頻器報警指示，
Y6：冷卻泵自動調速指示; Y10：冷卻泵M1變頻運行; Y11：冷卻泵M2變頻運行。
數(shù)據(jù)寄存器D20為冷卻水回水溫度，D21為冷卻水出水溫度，D25為冷卻水出回水溫差，D1001為變頻器運行頻率顯示，D1010為D/A轉換前的數(shù)字量。
(3)編制程序
控制程序主要由以下幾部分組成：
?、倮鋮s水出進水溫度檢測及溫差計算程序
CH l通道為冷卻水進水溫度(D20)，CH2通道為冷卻水出水溫度(D21)，D25為冷卻水出進水溫差。
冷卻水出進水溫度檢測及溫差計算程序
五、系統(tǒng)改造完成后的調試事項
經(jīng)過一個多月的緊張施工，廣州景星酒店的中央空調系統(tǒng)節(jié)電改造工程終于完工了，接下來是對改造后的中央空調系統(tǒng)進行調試：
1、整改設備安裝完畢后，先將編好的程序寫入PLC，設定變頻器參數(shù)，檢查電器部分并逐級通電調試。
2、投入試運行時，人為地減少負荷，觀察流量是否因頻率的降低而減小，并找到制冷機報警時的最低變頻器頻率，以及流量降低后管道末端的循環(huán)情況，使變頻器工作在一個最低的穩(wěn)定工作點。
3、用溫度計及時檢測各點溫度，以便檢驗溫度傳感器的精確度及校驗各工況狀態(tài)。
六、應用效果
1 安全可靠性和節(jié)能效果
中央空調系統(tǒng)通過實施節(jié)能改造后，實際運行結果表明：
(1)行安全、穩(wěn)定、可靠，功能指標到達設備技術要求;
(2)觀、自動化程度較高，能及時、準確地自動跟蹤末端空調負荷運行;
(3)現(xiàn)了空調泵組的軟啟動、軟停止、運行平滑穩(wěn)定，較大地改善了設備的啟停性能和運行磨損;
(4) 中央空調系統(tǒng)最大限度的節(jié)能，系統(tǒng)綜合節(jié)電率達24.89%。
2 節(jié)能效益
節(jié)能改造前，中央空調系統(tǒng)年耗電160萬kWh，電費172萬元。
實施節(jié)能改造后，每年節(jié)約電量為：160萬kWh ×24.89%=40萬kWh，每年減少電費支出為：40萬kWh ×1.08元/kWh =43萬元人民幣(按照雙方共同測試的系統(tǒng)綜合節(jié)能率24.89%，綜合電價1.08元/kWh計算)。