高层建筑中央空调送风节能系统 - 潘学礼工控博客工控论坛

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发表人：偶尔路过

发表时间：2009/5/10 8:48:00

发表新论题

本栏论题：

高层建筑中央空调送风节能系统 [9261]

    摘要：高层建筑空调送风系统通常存在耗电量大、浪费严重的问题，针对这一问题，在原有的基础上，分析了用变频加闭环控制的方法进行改造的可能性，并提出了具体改造的方案及控制器电路。

    关键词：节能；送风；变频器；高层建筑

    近年来，我国的高层建筑、写字楼、饭店、宾馆不断增加，中央空调的使用量也不断增加，许多大厦的送风机处于开环、恒速、24h连续运转状态，送风量的大小仅通过挡风板进行调节，而送风驱动电机的总功率通常在上百到几百千瓦，使得中央空调送风系统的用电量较大，大厦的经营者每年要花费巨额的空调电费。如能在现有的基础上对送风系统进行节能改造，使系统能根据需要进行送风，将能提高送风效率、减少浪费，使空调电费明显下降。

    一、空调送风系统节能潜力分析

    以某大型酒店为例，考虑到酒店客房的入住率、四季的变化及每日不同的时间段，对空调系统的送风要求也不同，因此存在节能改造的可能性、可行性问题，可从以下几个问题分析入手。

    1、中央空调系统的工作原理

    图1所示的是某酒店中央空调的示意图，空调系统的工作原理简述如下：空气从回风口和新风口进入空调系统入口，入口处设调风门以控制进风量的大小，过滤后的空气继续往前，到空气混合室，通过送风机后，被送去加湿，加湿后的空气送去冷却或加温（随季节而定），经挡水板，然后，进入空气分配室，再到送风管，最后进入空调室。



    图1 集中式中央空调系统示意

    送风一般由若干台送风机同时完成，所需的送风功率视需要而定，应该是可调的。接受部分
    回风可节省热能，新风口能增加新鲜空气。

    2、风机的转速送风量和能耗之间的关系

    风机轴的输入功率P与风量的输出Q和扬程H之间有下列关系：



    式中k为常数，式（1）说明，电机的输出功率和它驱动的风机的风量Q、扬程H成正比，当风机转速n变化时，风机输出的风量Q将发生变化，它们之间有下列关系：



    风机转速和出风量成正比。风机的输出功率P和转速n有以下关系：



    从式（1）、（2）、（3）可见减少送风量可通过降低风机的转速实现。降低风机的转速将大大地降低能耗，节能效果明显。

    二、节能送风控制系统

    节能送风系统要考虑风机的运行控制方式，即应使每台风机的运行时间尽量均衡，另外，控制器应简单有效，设计时能考虑各种特殊情况，具有一定的抗干扰及应变能力。

    1、风机的控制方案

    在要求减少送风量的时候，最有效的方法是改变风机的转速。风机的转速可通过改变电机的转速实现，对于三相交流异步电动机使用变频器即可有效地改变电机的转速。对于用多台风机组成的送风系统，这里以3台为例，拟采用如图2所示的方案，来实施送风量的调节。3台电机的总功率应大于、等于最大送风量所需的输入功率，3台电机中，只对第3台实施变频调速，第1、2两台以工频方式运转，这样，既可以减少变频器的容量、成本，又能很好地完成风量调节的目的。



    图2 风机接入、切除顺序示意

    送风系统工作过程如下：在最小负荷下，要保证有1台电机按工频方式运转，以保证最小的送风量。当要求送风量增加时，可按以下方式改变运行状态，1号机运行风量不足，3号机投入按变频方式运行，逐步增加转速以达到送风量的要求。若送风量仍然不足，2号机投入运行，3号机仍以变频方式运转，改变3号机转速以达到需要的送风量。在要求送风量减少的过程中，设3台风机同时运转，先降低3号机的工作频率到最低值，若送风量
    仍然过大，切除1、2号机中先接入的1台，3号机以变频方式高速运转，若送风量仍然过大，降低3号机的转速，直至切除3号机。

    2、闭环送风机变频系统的构成



    图3 送风机变频控制结构示意

    要构成闭环系统，需要在出风口安置风压传感器，以保证出风口有恒定的风压，当测得的风压上升时，说明送风驱动量过大了，此时应降低送风驱动量。当测得的风压降低时，说明此时送风驱动量不足需要加大送风驱动量。检测到的风压信号和给定值进行比较以确定送风量的调节方向。闭环送风机变频系统的框图如图3所示。控制器除输出连续可调的模拟信号以调节变频器的工作频率之外，还要输出开关量以确定1、2、3号电机的接入与切除。

    3、控制器设计

    控制器主要实现对送风量的控制，使送风压力保持基本恒定。这里用单片机及其外围电路构成，如图4所示。用数码管显示送风压力，压力的给定可以用键盘输入也可以用电位器经A/D转换后输入。控制器在功能上，要既能实现连续控制，也能实现分级不连续控制，具体通过程序编制



    图4 控制器及电机电路

    4、系统的安全保护措施

    在设计过程中，对整个电气系统考虑了以下几个问题：

    （1）变频器是工作最频繁的电气设备，当变频器发生故障时，不能影响送风系统的正常运行。因此，当变频器故障时，3号机的工作方式应能从变频方式转为工频方式，即能切除变频器，实现送风量的不连续的有级控制。

    （2）防止临界状态下电机频繁切换问题。当需要的送风量为两台电机到3台电机之间摆动时，应允许被控量有一定的超调，设置一定大小的死区，以保证系统的安全。

    （3）考虑到送风机的特点，在最小负载情况下，应保证有1台送风机能按工频方式运行。

    三、结论

    中央空调的送风系统采用了变频加闭环控制后，运行稳定，节电效果明显。虽然在原有的系统中增加了变频器，但由于只对单台风机采用变频控制，要求的变频器容量一般在几十千瓦；另外，用单片机及其外围电路作为控制器；再是不需要对原系统作多少改变。所以，对整个空调系统的投入并不大，系统改造后的经济效益明显。

以下是关于《高层建筑中央空调送风节能系统》论题的回复（共3篇）

回复人：11LANG

回复时间：2009/5/11 16:47:00

好

回复人：QQ19001579

回复时间：2012/1/2 14:10:00

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回复人：wly1984

回复时间：2015/1/30 8:53:00

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