基于变频和温控技术的医院空调系统节能改造

葛晓捷

【摘要】本文以医院空调系统的具体构成为基础，着重分析了空调系统变频节能控制应用原理，以实际为出发点对变频器在中央空调节能改造中的应用进行了探讨。

【关键词】医院中央空调；系统变频节能；改造技术

1 前言

随着社会经济发展水平以及人们生活水平的不断提高，中央空调的使用已经非常的普遍，在医院体系中，中央空调挥着重要的作用，但是医院空调系统进最大问题就是能耗大，增加了医院的运营成本，因此，对医院空调系统的改造节能是目前我们面临的主要问题。

2 医院空调系统的具体构成

2.1 冷冻机组

向各个房间内流动的循环水通过冷冻机这一设备发生内部热交换的反应，造成冷冻水降温的范围在5―7摄氏度。并经循环水这一系统提供给个空调点以外部热的实际交换源。通过内部热交换所产生出来的热量，经冷却水这一系统在冷却塔这一位置内向空气当中进行排放。可以说，中央空调系统中的制冷源就是内部热交换系统。

2.2 冷却水塔

主要应用于提供给冷却机组以冷却水。

2.3 外部热交换系统

这一系统主要由两种循环水系统构成：一种是冷冻水类型的循环系统，主要由冷冻泵和冷冻管道构成。其工作原理是从冷冻机组当中输出的冷冻水通过冷冻泵设备的加压操作输送到冷冻水管道中，然后在个房间之中进行热交换，这样就会把房间中存在的热量带走，使房间降温；另外一种是冷却水类型的循环系统，主要由冷却泵、冷却塔和冷却水管构成。其工作原理是冷冻机组在完成热交换后，在降低水温的同时，肯定会有大量的热能释放出来，在这些热量被冷却水全部吸收之后，冷却水自身的温度就会上升，此时，通过冷却泵将这些冷却水完整的压入到水塔中，促使它在冷却塔当中和大气实现了热交换，随后再输送降温后的冷却水到冷冻机组，通过这样的循环，释放冷冻机组的热量。

3 空调系统变频节能控制应用原理

（1）冷冻水泵变频控制：中央空调冷冻水泵的额定流量是根据空调满负荷工作设计的（且留有裕量），空调主机大部分时间没有达到满负荷，这时就可以通过变频器调速器来调节冷媒水泵的转速，降低冷冻水泵的循环流量，提高供回水温差，从而达到节能目的。水泵的节能是在维持主机高效率的条件下进行的，中央空调冷冻出水温度与冷冻的回水温度设计温差为5℃（出水7℃，回水12℃），采用在冷冻水的回水管路上安装温度传感器、PID智能温控器和变频器组成闭环控制系统，通过冷冻水的回水温度与设定值（12℃）的差值，即控制可使冷冻水泵的转速相应于负载的变化而变化。同时变频器设有下限值，下限的设置考虑了主机及最不利的末端仍能有效的工作。据测试，在低负荷运行时适当降低流量，如70%流量时，水泵输入功率约只需工频运行功率的40%，即节电60%。

（2）冷却水泵变频控制：中央空调的冷却水泵控制原理与冷冻水泵相类同，当空调负荷低或冷却水散热效果好时，也可以通过变频调速器来调节冷却水泵的转速，降低冷却水的循环流量，提高供回水温差，从而达到节能目的。由于冷却水温度取决于环境温度和冷却塔的散热效果，只需控制冷却出水的温度，即提高制温差。采用在出水管上安装温度传感器，PID智能温控器和变频器组成闭环控制系统，冷却水出水温度控制在35℃。与冷冻泵一样变频器设有下限值，保证主机仍能正常的工作，而且整个系统处于最佳的节能状态下。据测试，在低负荷运行时适当降低流量，如70%流量时，水泵输入功率约只需工频运行功率的40%，即节电60%。

（3）冷卻塔风机变频控制：风机功率一般都较小，节电不如水泵明显。但风机采取变频控制有助于冷却水恒温。冷却塔风扇低转速运行还能大幅度减少漂水，节省水源、延缓水质劣化、减小水雾及风机噪音对周围的影响。

4 变频器在医院空调系统节能改造中的应用

中央空调系统主要是由制冷系统、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、空气处理器和热水塔等部分组成的，因此，在其节能改造工作中也主要是从这几个方面入手进行总结和优化的。

水泵作为中央空调系统中极为关键和重要的组成部分，其在设计中是以当地每年夏天最热、负荷最大为基础进行设计的，且都是留有10～20%的设计余量，这就造成了在水泵的选择中必然都是选择一些功能较大的水泵体系，从而保证空调系统运行要求，但是这种设计标准应用同时，也造成大量的能源浪费，其中以冷冻主机的耗能最为严重，冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应调节，存在很大的浪费。

4.1 水泵节能改造的方案

中央空调系统通常分为冷冻（媒）水和冷却水两个系统。根据国内外最新资料介绍，并多处通过对在中央空调水泵系统进行闭环控制改造的成功范例进行考察，现在水泵系统节能改造的方案大都采用变频器来实现。

4.1.1 冷冻（媒）水泵系统的闭环控制

制冷模式下冷冻水泵系统的闭环控制

该方案在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减，控制方式是：冷冻回水温度大于设定温度时频率无极上调。

制热模式下冷冻水泵系统的闭环控制

该模式是在中中央空调中热泵运行（即制热）时冷冻水泵系统的控制方案。同制冷模式控制方案一样，在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减。不同的是：冷冻回水温度小于设定温度时频率无极上调，当温度传感检测到的冷冻水回水温越高，变频器的输出频率越低。

4.1.2 冷却水系统的闭环控制

目前，在冷却水系统进行改造的方案最为常见，节电效果也较为显著。该方案同样在保证冷却塔有一定的冷却水流出的情况下，通过控制变频器的输出频率来调节冷却水流量，当中中央空调冷却水出水温度低时，减少冷却水流量；当中中央空调冷却水出水温度高时，加大冷却水流量，从而达到在保证中中央空调机组正常工作的前提下达到节能增效的目的。

4.2 能量调节

变频空调节能的主要原因是：电机的效率提高（交流变频采用三相电机，直流变频采用直流电机，效率高过普通的单相异步电机）；系统的动态匹配，是系统总是处于良好的匹配状态；部分负荷时，相对扩大的换热器，降低了冷凝温度，提高了蒸发温度；没有停机，避免了系统平衡重新建立的浪费，同时也避免了温度波动较大从而产生的浪费。在改造中，仅仅因为变频空调器在运行过程中，机组很少停机，避免了普通空调器频繁启动，省却了额外的启动电能消耗，所以系统省电的说法是确缺乏说服力的。因为普通空调器运行中启动虽频繁，但启动时间却很短，每次约零点几秒的时间。变频空调虽然不需频繁启动，但其快速控温却是靠高频运行实现的，这一过程又是以高能耗换来的，甚至还要多余消耗内部转换所需的电能。

5 结束语

总之，医院节能改造须从整体考虑，合理利用能源、提高能源利用效率，医院节能改造应立足于能源与环境的可持续发展，应大力推广变频节能技术的使用，这样才能以最小的能源和环境消耗获得最佳的医疗环境，最终实现医院环境与自然环境的统一。

参考文献：

[1]贾虎成.户式中央空调水系统运行分析和改进[J]，2013

[2]苏明哲，张存泉.变频节能技术在中央空调水系统的应用[J].中国建设信息.供热制冷专刊，2013.