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作者簡介：樓芳芳（1981-），女，浙江東陽人，碩士，研究方向為控制理論與控制工程，現(xiàn)就職于北京ABB電氣傳動系統(tǒng)有限公司，任OEM支持工程師。
摘 要：常規(guī)的HVAC系統(tǒng)是按照最大冷熱負(fù)荷進(jìn)行選型設(shè)計的，耗電量是非常大的。使用ABB變頻器對系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)和泵進(jìn)行控制后，能根據(jù)負(fù)荷量調(diào)節(jié)運(yùn)行速度，能有效節(jié)能至少30%。
關(guān)鍵詞：HVAC；變頻器；節(jié)能
Abstract：We make type selection design of conventional HVAC system in accordance with the largest cooling and heating load，and this results in a tremendous waste of electricity.After using ABB inverters to control the fans and pumps，the system can adjust running speed according to the load and thus successfully save energy 30% at least.
Key words：HVAC；inverter；Drive Energy-saving
1 HVAC系統(tǒng)的應(yīng)用概況
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，HVAC（Heating Ventilating and Air Conditioning暖通空調(diào)）系統(tǒng)已進(jìn)入賓館、飯店、工礦企業(yè)、辦公樓等各領(lǐng)域。常規(guī)HVAC系統(tǒng)是按照最大冷熱負(fù)荷進(jìn)行選型設(shè)計。而全年最熱及最冷的天氣只有幾天，因而中央空調(diào)大多數(shù)時間是在低于機(jī)組額定負(fù)荷即部分負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，造成了電能極大的浪費。隨著科技的發(fā)展，變頻器已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，其價格便宜，技術(shù)成熟，特別是對風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能改造目前已在工業(yè)領(lǐng)域中廣泛推廣，平均節(jié)電量達(dá)30%以上。
ABB傳動公司新工廠大樓，分兩期進(jìn)行建造，在HVAC、恒壓供水、空氣壓縮機(jī)等都用到了ACS550變頻器進(jìn)行控制，有效節(jié)約電能約50%，減少了無功功率。
2 BMS系統(tǒng)的工作狀況
ABB傳動公司大樓的BMS系統(tǒng)（Building Management System）是HVAC的控制中心，通過控制室的HMI界面，可以完整清楚的監(jiān)控整個大樓的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行情況（如圖1所示），如各個對應(yīng)位置的風(fēng)機(jī)和泵的運(yùn)行狀況、室內(nèi)不同測控點的溫度等。管理員可以根據(jù)情況，在HMI界面上修改設(shè)定值和其他參數(shù)，如變頻器頻率、溫度設(shè)定值等，以滿足某些時段的特別需求。表1顯示了在冬季和夏季時所需的溫度值和變頻器的參數(shù)設(shè)定值，變頻器將自動變換頻率以達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的溫度范圍。
在季節(jié)變換或者節(jié)假日的時候，系統(tǒng)也可以自動變換參數(shù)，以滿足需求并達(dá)到節(jié)能目的。如晚間和周末時段切換到休眠，即節(jié)能狀態(tài)，變頻器使得設(shè)備保持低速運(yùn)行，既能維持室內(nèi)溫濕度，又達(dá)到節(jié)能效果。當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度在設(shè)定值左右小范圍波動的時候，變頻器頻率設(shè)定值不變，溫控儀反饋的溫度信號通過DDC控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)管道閥門的開度，調(diào)節(jié)冷、熱風(fēng)的流量以調(diào)節(jié)溫度。這樣可以避免變頻器和空調(diào)設(shè)備頻繁變換工況，延長生命周期。
圖1 BMS系統(tǒng)的HMI界面
3 ABB傳動公司大樓節(jié)能設(shè)計說明
（1）地下電機(jī)室的電機(jī)為生產(chǎn)中測試變頻器所用，同時也作為負(fù)載，因此部分電機(jī)起到發(fā)電機(jī)的作用，產(chǎn)生的電能供給大樓作為照明電使用。
（2）板式換熱器設(shè)有一套凝結(jié)水回收裝置，將蒸汽凝結(jié)水通過回收裝置送到熱力公司。
（3）地下電機(jī)室夏季排風(fēng)利用地下室的降溫效應(yīng)，為高散熱的電機(jī)房提供較低溫度的冷卻空氣，節(jié)約了空調(diào)降溫的能源或減少了降溫風(fēng)量（風(fēng)機(jī)的功率）；選用的是自然排風(fēng)（排風(fēng)機(jī)1臺*18.5kW+2臺*2.2kW），如果利用制冷機(jī)（1臺*100KW）降溫，會大大增加電能。
（4）地下電機(jī)室冬季排風(fēng)設(shè)有熱回收裝置，回收的熱量給車間和地下車庫供暖使用。原理是用風(fēng)機(jī)控制氣流反向流動，利用電機(jī)房的散熱，來使地下室保持合適的溫度，節(jié)約了采暖所需的能源。
（5）在過渡季節(jié)和冬季，室外溫度在0℃～15℃的情況下，設(shè)有自由冷卻系統(tǒng)提供冷源，這樣節(jié)省了冷凍機(jī)的運(yùn)行，從而節(jié)省了電能。
（6）系統(tǒng)中所有設(shè)備（大多數(shù)為水泵、風(fēng)機(jī)類）總安裝功率一期約532kW，變頻器使用功率約339kW，65%的功率采用了變頻控制；二期總安裝功率約495kW，變頻器使用功率約465kW，95%的功率選用了變頻器控制方式（以下表1顯示了變頻器的應(yīng)用情況）。
4 變頻器在HVAC系統(tǒng)中的應(yīng)用
變頻調(diào)速在HVAC系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越多。在HVAC系統(tǒng)中應(yīng)用變頻器控制風(fēng)機(jī)和水泵，是當(dāng)今最有效的節(jié)能方法，因為當(dāng)變頻器使得風(fēng)機(jī)和泵的速度降下來的時候，可以節(jié)省的能源是非常巨大的。通常狀況下我們的空調(diào)系統(tǒng)很少時候是滿負(fù)荷運(yùn)行的（表1顯示了各個設(shè)備的工作狀態(tài)），所以存在巨大的節(jié)能空間，使用變頻器控制風(fēng)機(jī)和泵在HVAC系統(tǒng)中是非常必要的。ABB傳動公司大樓一期和二期工程中共使用了57臺ABB變頻器。
對ABB變頻器在ABB傳動公司大樓的應(yīng)用情況做了詳細(xì)分析，結(jié)果見表1。
表1 風(fēng)機(jī)和泵在變頻和工頻狀態(tài)下的耗能量對照表
通過以上數(shù)據(jù)得知，應(yīng)用變頻器后，不但能全天保持室內(nèi)溫濕度恒定，而且節(jié)能量是非常可觀的，夏天能達(dá)到平均節(jié)能58%（冬天62%），每天能節(jié)能約4889度電能（冬天4471度）。據(jù)統(tǒng)計，ABB傳動公司大樓二期設(shè)備（空調(diào)、照明等）從08年4月正式投入使用，截至08年9月大樓共耗費生活用電176.91萬kWh，而這半年使用變頻器節(jié)省下來的電能約4889×180天＝88.0萬kWh，以每度電1.0元RMB的價格計算，半年內(nèi)節(jié)省電費約88.0萬元RMB，約占已耗生活總電能的50%。
5 HVAC系統(tǒng)中使用變頻器的必要性
變頻器在HVAC系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要是針對風(fēng)機(jī)和泵類，下面以典型設(shè)備冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)為例具體說明其必要性。
（1）冷卻水泵變頻控制
中央空調(diào)冷水機(jī)組進(jìn)行熱交換，冷卻水泵將熱交換后升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換，然后再將降了溫的冷卻水，送回到冷水機(jī)組。從冷水機(jī)組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，在個房間內(nèi)進(jìn)行熱交換，帶走房間內(nèi)熱量，使房間內(nèi)的溫度下降。冷卻水泵的功率是根據(jù)空調(diào)冷凍機(jī)組的壓縮機(jī)滿負(fù)荷工作設(shè)計的，若環(huán)境溫度及各種外界因素使得冷凍機(jī)組不需要開啟全部壓縮機(jī)組，此時空調(diào)的冷凝系統(tǒng)所需要的冷卻量也相應(yīng)地減小，這時就可以通過變頻調(diào)速器來調(diào)節(jié)冷卻水泵的轉(zhuǎn)速，降低冷卻水的循環(huán)速度及流量，使冷卻水的冷負(fù)荷被冷凝系統(tǒng)充分利用，從而達(dá)到節(jié)能目的。從ABB傳動公司大樓中央空調(diào)系統(tǒng)的變頻器應(yīng)用的情況來看，其冷卻水泵在低流量運(yùn)行時，可以大幅度節(jié)省電力。
（2）冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻控制
冷卻塔風(fēng)機(jī)用于降低冷卻塔的水溫，加速將“回水”帶回的熱量散發(fā)到大氣中去。風(fēng)機(jī)功率若較小，節(jié)電不如水泵明顯。但風(fēng)機(jī)采取變頻控制能極大地有助于冷卻水恒溫，這對于機(jī)組制冷恒溫極為關(guān)鍵；且能使機(jī)組溶液循環(huán)穩(wěn)定，獲得最大限度的節(jié)省燃料。冷卻塔風(fēng)扇低轉(zhuǎn)速運(yùn)行還能大幅度減少漂水，節(jié)省水源、延緩水質(zhì)劣化、減少水霧對周圍的影響。大功率風(fēng)機(jī)的節(jié)電效果仍很明顯。
（3）采用變頻器的其他益處
由于變頻器的啟動、停止過程是漸強(qiáng)、漸弱式，能消除電機(jī)啟動對電網(wǎng)的沖擊。并可避免電機(jī)因過載而引起的故障。由于電機(jī)經(jīng)常處于低負(fù)荷運(yùn)行，能大幅度延長電機(jī)、水泵及風(fēng)機(jī)的壽命，同時因沒有啟動、停止的沖擊，加上流量的減少，管路承壓及所受沖擊力減小，故對管道、閥門、末端設(shè)備也起到了保護(hù)作用。另一方面，設(shè)備噪音、震動均減小，保護(hù)了環(huán)境。
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