中央空调的节能控制优化

季晨雪，郑小倩

(贵州师范大学机械与电气工程学院，贵州 贵阳 550014)

随着社会物质生活水平的逐渐提高和经济的高速发展，为了保持舒适度，许多大型建筑中都安有中央空调系统。然而，在保持舒适的同时，人们又提出了更高的要求就是在节能的前提下来保持室内的温度。于是，设计出节能舒适的中央空调也成了当务之急。

据统计，各类大型建筑总用电量的65%以上都来自中央空调，不利于能源的节约，节能减排。能源环保又是如今亟待解决的问题，因此采用新技术降低系统能耗和减轻空调系统向外界所释放的能量就成为重中之重［1］。

采用磁力耦合器来实现软启动，可以大幅度地减少冲击电网和空调设备，中央空调系统的使用寿命得以延长。因为软启动时间仅为数秒即可完成，所以引入软启动，并不会对启动时的制冷效果造成影响，同时也减少了启动瞬间的电流(该电流为4～7 倍工作电流)对电网及电机所带来的冲击和影响。另外系统采用自动调节和温差闭环控制，使空调系统更具操作性，也使其更加满足了人们的需求。

综上所述，本课题的研究意义在于:凭借研究中央空调系统的多样化的节能措施，能够免除不合理的，效率较低的能源利用，在减少了中央空调系统能源损耗的同时，既可以提高能源的使用效率，对于解决当前电力供需矛盾，提高电网的负荷率和发电设备及输电设施利用率，保证电力系统安全运行，减小国家的电力投资等也具有重要的意义［2］。

1 中央空调原理

制冷机，冷却水循环系统，冷冻水循环系统，风机盘管系统和散热水塔共同组成了中央空调系统［3］。制冷机的工作原理是使用压缩机把制冷剂压缩成为液态之后，将其送至蒸发皿中与冷却水完成热交换处理。冷冻水制冷结束后，使用冷冻水泵将冷冻水送至位于各风机口的冷却排管中，同时通过风机吹送冷风，目的在于降低温度。经过蒸发完后的制冷剂在冷凝剂中释放出热量，再与冷却的循环水完成热交换功能。从冷却水泵所带来的有热量的冷却水送至散热水塔，且使用水塔风扇完成冷却，与此同时，与大气进行热交换，如图1 所示。

图1 中央空调系统原理图

2 中央空调节能措施

在现阶段的中央空调自动控制系统中，我们一般是使用变频器来达到节约能源的目的，且其一般都用在风机及水泵之上。我们要本着匹配电动机的原则来遴选合适的变频器装置。换句话说，电动机的功率是要高于变频器的输出功率的。只有当水泵和风机都处于满载状态下，且此时无法满足负载，才会需要开启其他的水泵和风机。因此我们得出，即使以节能为目的，我们需要采用变频器，但是其仍然无法满足所有的情况。

现如今，电机软起动控制主要采用电机软启动器、变频器的较多，然而它们成本较高且对维护人员的要求也高，磁力耦合器软起动则克服了这些缺点。

铜转子，永磁转子和控制器三部分组成了磁力耦合器。其中，铜转子与电动机轴连接，而永磁转子与风机(或水泵、或其它工作机)轴连接［4］。铜转子和永磁转子之间有气隙使电动机和工作机由原来的机械连接转变为磁连接，通过调节气隙来实现工作机轴的输出扭矩和转速变化;具有软启动/停止和过载保护功能。电动机和工作机之间的连接为磁连接是其显著的优点，排除了连轴器或其它机械连接的干扰;消除了因安装中对误差大而引起的机械振动、轴承磨损和密封损坏。它的体积小、结构简单、安装简便，适应各种恶劣环境且应用范围广。它的安装容易，维护量小，总成本低，寿命长(设计寿命30 年)［5］。将其安装在电动机和工作机之间，取代连轴器，不占用空间。

调速型磁力耦合器的无级调速性能好，可实现自动控制和遥控，过程控制精度高。取代变频器，不产生电磁谐波，无电网和通讯污染。

我们需要解决的就是突破常规方法，用磁力耦合器来控制中央空调的软起动，同时在此基础上还对空调系统所释放的能量进行回收利用，对中央空调系统中的冷却水实施回收利用，将其输入到集中供应的卫生热水系统中，如此，就可以使中央空调的节能控制得到更大优化。

冷却水泵电机应采用软启动。冷却水泵电动机启动频率系统设定为25 Hz。为保护空调系统的安全运行，冷却水系统最低运行频率设定值可根据用户的空调主机状况，设置为25 Hz 或30 Hz［6］。冷却水泵启动后，按智能控制器输出的控制参数值调节冷却水泵变频器的运行频率，控制冷却水泵的转速，动态调节冷却水的流量，使冷却水的进、出水温度逼近智能控制器给定的最优值。其中冷却水进水温度为32 ℃，出水温度为37 ℃，温差ΔT=5 ℃。

其中热回收利用的原理图如图2 所示。

图2 热回收利用原理图

3 结束语

中央空调系统的节能问题延伸到了各个领域，设计方案的完善、施工安装的精确和运行管理的科学性对空调节能都是极其重要的。但对节能的认识应该持有一个正确的观点，不能因为节能的目的而不能满足人们的合理要求，应该尽可能地提高利用效率来解决问题，我们要使用科学的中央空调系统节能方法。

该设计是作为贵州师范大学2013 年大学生创新创业训练计划科研项目来进行的。笔者参与了整个科研项目的设计实施过程。

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