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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，現就職于北京ABB電氣傳動系統有限公司，任OEM支持工程師。
摘 要：常規的HVAC系統是按照最大冷熱負荷進行選型設計的，耗電量是非常大的。使用ABB變頻器對系統中的風機和泵進行控制后，能根據負荷量調節運行速度，能有效節能至少30%。
關鍵詞：HVAC；變頻器；節能
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系統的應用概況
隨著我國國民經濟的不斷發展，HVAC（Heating Ventilating and Air Conditioning暖通空調）系統已進入賓館、飯店、工礦企業、辦公樓等各領域。常規HVAC系統是按照最大冷熱負荷進行選型設計。而全年最熱及最冷的天氣只有幾天，因而中央空調大多數時間是在低于機組額定負荷即部分負荷狀態下運行，造成了電能極大的浪費。隨著科技的發展，變頻器已廣泛應用于各行各業，其價格便宜，技術成熟，特別是對風機、水泵的節能改造目前已在工業領域中廣泛推廣，平均節電量達30%以上。
ABB傳動公司新工廠大樓，分兩期進行建造，在HVAC、恒壓供水、空氣壓縮機等都用到了ACS550變頻器進行控制，有效節約電能約50%，減少了無功功率。
2 BMS系統的工作狀況
ABB傳動公司大樓的BMS系統（Building Management System）是HVAC的控制中心，通過控制室的HMI界面，可以完整清楚的監控整個大樓的空調系統運行情況（如圖1所示），如各個對應位置的風機和泵的運行狀況、室內不同測控點的溫度等。管理員可以根據情況，在HMI界面上修改設定值和其他參數，如變頻器頻率、溫度設定值等，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設定值，變頻器將自動變換頻率以達到系統設定的溫度范圍。
在季節變換或者節假日的時候，系統也可以自動變換參數，以滿足需求并達到節能目的。如晚間和周末時段切換到休眠，即節能狀態，變頻器使得設備保持低速運行，既能維持室內溫濕度，又達到節能效果。當室內環境溫度在設定值左右小范圍波動的時候，變頻器頻率設定值不變，溫控儀反饋的溫度信號通過DDC控制系統調節管道閥門的開度，調節冷、熱風的流量以調節溫度。這樣可以避免變頻器和空調設備頻繁變換工況，延長生命周期。
圖1 BMS系統的HMI界面
3 ABB傳動公司大樓節能設計說明
（1）地下電機室的電機為生產中測試變頻器所用，同時也作為負載，因此部分電機起到發電機的作用，產生的電能供給大樓作為照明電使用。
（2）板式換熱器設有一套凝結水回收裝置，將蒸汽凝結水通過回收裝置送到熱力公司。
（3）地下電機室夏季排風利用地下室的降溫效應，為高散熱的電機房提供較低溫度的冷卻空氣，節約了空調降溫的能源或減少了降溫風量（風機的功率）；選用的是自然排風（排風機1臺*18.5kW+2臺*2.2kW），如果利用制冷機（1臺*100KW）降溫，會大大增加電能。
（4）地下電機室冬季排風設有熱回收裝置，回收的熱量給車間和地下車庫供暖使用。原理是用風機控制氣流反向流動，利用電機房的散熱，來使地下室保持合適的溫度，節約了采暖所需的能源。
（5）在過渡季節和冬季，室外溫度在0℃～15℃的情況下，設有自由冷卻系統提供冷源，這樣節省了冷凍機的運行，從而節省了電能。
（6）系統中所有設備（大多數為水泵、風機類）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顯示了變頻器的應用情況）。
4 變頻器在HVAC系統中的應用
變頻調速在HVAC系統中的應用越來越多。在HVAC系統中應用變頻器控制風機和水泵，是當今最有效的節能方法，因為當變頻器使得風機和泵的速度降下來的時候，可以節省的能源是非常巨大的。通常狀況下我們的空調系統很少時候是滿負荷運行的（表1顯示了各個設備的工作狀態），所以存在巨大的節能空間，使用變頻器控制風機和泵在HVAC系統中是非常必要的。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傳動公司大樓的應用情況做了詳細分析，結果見表1。
表1 風機和泵在變頻和工頻狀態下的耗能量對照表
通過以上數據得知，應用變頻器后，不但能全天保持室內溫濕度恒定，而且節能量是非常可觀的，夏天能達到平均節能58%（冬天62%），每天能節能約4889度電能（冬天4471度）。據統計，ABB傳動公司大樓二期設備（空調、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，半年內節省電費約88.0萬元RMB，約占已耗生活總電能的50%。
5 HVAC系統中使用變頻器的必要性
變頻器在HVAC系統中的應用，主要是針對風機和泵類，下面以典型設備冷卻水泵和冷卻塔風機為例具體說明其必要性。
（1）冷卻水泵變頻控制
中央空調冷水機組進行熱交換，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行熱交換，然后再將降了溫的冷卻水，送回到冷水機組。從冷水機組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，在個房間內進行熱交換，帶走房間內熱量，使房間內的溫度下降。冷卻水泵的功率是根據空調冷凍機組的壓縮機滿負荷工作設計的，若環境溫度及各種外界因素使得冷凍機組不需要開啟全部壓縮機組，此時空調的冷凝系統所需要的冷卻量也相應地減小，這時就可以通過變頻調速器來調節冷卻水泵的轉速，降低冷卻水的循環速度及流量，使冷卻水的冷負荷被冷凝系統充分利用，從而達到節能目的。從ABB傳動公司大樓中央空調系統的變頻器應用的情況來看，其冷卻水泵在低流量運行時，可以大幅度節省電力。
（2）冷卻塔風機變頻控制
冷卻塔風機用于降低冷卻塔的水溫，加速將“回水”帶回的熱量散發到大氣中去。風機功率若較小，節電不如水泵明顯。但風機采取變頻控制能極大地有助于冷卻水恒溫，這對于機組制冷恒溫極為關鍵；且能使機組溶液循環穩定，獲得最大限度的節省燃料。冷卻塔風扇低轉速運行還能大幅度減少漂水，節省水源、延緩水質劣化、減少水霧對周圍的影響。大功率風機的節電效果仍很明顯。
（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、漸弱式，能消除電機啟動對電網的沖擊。并可避免電機因過載而引起的故障。由于電機經常處于低負荷運行，能大幅度延長電機、水泵及風機的壽命，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、末端設備也起到了保護作用。另一方面，設備噪音、震動均減小，保護了環境。
——轉自《自動化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號