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摘要：首先对中央空调用能现状进行说明，对系统各用能部份(主机、水泵、冷却塔风机、末端风机等)进行深入的了解，对影响系统制冷效率的环境及人为因素进行分析；再采用计算机、PLC、触摸屏、变频器、冷凝器在线清洗装置、温度传感器、湿度传感器压力传感器等和各种电气设备进行系统硬件设计，然后对可编程逻辑控制器进行系统编程、用组态王对系统进行上位组态；最后给出实际案例节能情况分析。
关键词：中央空调；变频；在线清洗；节能；模糊控制；组态；节电率。
中图分类号：TP229文献标志码：A
引言
目前全国电力供求矛盾突出，环境污染问题日益严重，为了保证中央空调系统有较高的运行效率和较好的运行状态，如何提高中央空调主机、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔、末端风机等设备的运行效率，降低其能耗是当务之急。按照国家标准，中央空调系统的最大负载能力是按照当地气温最高，负荷最大的工作环境来设计的，就系统本身而言，负载能力存在着很大的富裕空间，而实际上系统又很少运行在这些极限条件下，导致中央空调系统主机97%的时间在70%负荷以下运行，实际负荷总不能达到满负荷，特别是在冷气需求量较少的情况下，主机运行负荷更低。
1中央空调系统用能概况
1.1中央空调系统用能现状及分析
现代建筑内，中央空调系统能耗占建筑总能耗的30%～60%。在发达国家，供热和供冷空调能耗占社会总能耗的25%～30%。目前全国中央空调系统耗电量已占社会总用电量的20%左右。
每年100%~70%负载量在6、7、8、9月份出现；70%~40%负载量在5、10月份出现；40%以下负载量在1、2、3、4、11、12月份出现；可见一年中系统负载率在50%以下的时间占全部运行时间的50%以上，节能空间巨大，对中央空调系统实施节能控制，具有现实和长远的意义。
1.2影响制冷效率主要因素
影响中央空调系统制冷效率的主要因素有：环境因素、机组因素、人为因素，这三种因素之间不存在主次关系，任何一种因素都可能导致系统制冷效率极低。
1.2.1环境因素：
环境因素是多变的、不可预测的、随机的，主要来自于冷却塔周围环境温湿度、负载区域环境温湿度和负载大小等的随机变化。针对这种特性，可以采用中央空调自适应变频节能系统。
1.2.2机组因素：
冷凝器铜管结垢，蒸发器铜管结油,干燥过滤器堵塞,制冷剂太少,膨胀阀开启度不对等。当冷凝器换热不良时，冷凝压力就会升高，此时冷却效率会降低，为达到同样的冷却量，耗电量就会上升。冷凝压力每升高9.8Pa（1Kgf/平方厘米），耗电量增加6%-8%。冷凝器铜管过水侧脏：主要原因是随着冷却循环水的水温变化和水量因蒸发减少，水中各种离子浓度超过其本身的浓度时，就会生成沉淀，形成水垢，而水中溶解氧的存在的不断富集，又为藻类和细菌的滋生提供了充足的养分，形成生物粘泥。这些水垢、粘泥及腐蚀物附着在冷凝器铜管上，给中央空调的安全和节能运行带来严重的危害。针对这种因素的特征，可以采用中央空调冷凝器在线清洗装置。
1.2.3人为因素：
物业管理工程人员的技术水平不高，很多运行人员不能像有经验的专家一样，根据季节、时间、天气、负载等情况，调整系统各设备的运行状态，满足用冷和节能目的。针对这种因素的特征，可以采用节能系统优化控制。
2节能系统设计
2.1设计理论
2.1.1风机水泵变频节能
以水泵为例，水泵是传送流体的装置，其负载消耗的能量与流量成立方比的关系。运行人员通常都采用调节出口阀门进行流量控制，实际运行时不论流量的大小，拖动设备的电动机所消耗的电量变化很小。如果采用改变设备转速的方式调节流量，当流量下降时，电量消耗将以三次方的比例下降。因此水泵设备中，在保证流量需求的前提下，采用变频调速的方式来调节流量，可以大大降低电力能量的消耗，以达到节能目的。
2.1.2节能系统优化控制
中央空调系统具有多干扰、多变量、大惯性、大时延等特点,。针对这一特点，我们将所有空调设备采用先进的计算机技术、模糊控制技术、系统集成技术和变频调速技术、冷凝器在线清洗技术，实现了中央空调系统运行的智能模糊控制，科学地解决了中央空调能量供应按末端负荷需要提供，在保障空调效果舒适性的前提下，最大限度地减少了空调系统的能源浪费，根据设定的温度控制、湿度控制、压差控制、流量控制来使设备达到最佳的匹配运行效果，使设备在最高效区域运行，以利于能源的综合利用，最大化地实现节能。
2.2系统设计
2.2.1．风机水泵变频节能设计
为使循环水量与主机负荷变化同步调节，采用成熟的变频调速技术对水循环系统、冷却塔散热系统进行改造，是降低中央空调系统能耗的较好解决方案。一方面能够控制冷冻（却）泵的转速，即改变冷冻（却）水的流量，来跟踪冷冻（却）水的需求量，随着主机负载的变化调节水泵转速、水流量，从而节约电能；另一方面，变频器能使电机实现软启动，电机在启动时及运转过程中均无冲击电流，可有效延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。
2.2.3．冷凝器在线清洗装置设计
通过发球装置将一定数量的特制胶球投入到冷凝器进口的冷却水管道中，胶球随冷却水进入冷凝器的换热管中。胶球挤压通过换热管时，反复擦拭换热管内壁，以阻止水中杂质在换热管内壁沉积形成污垢层。通过在冷凝器冷却水的出水口管道上安装的收球装置将胶球回收，重新回到发球装置形成一个循环。根据冷水主机实际运行状态，通过微电脑控制程序设置清洗频率和次数，达到自动在线清洗功能。
3系统节电率测算
3.1变频水系统单独计算法
这种节电率计算方式相对简单，容易操作。直接记录水泵开启运行时间和水泵实际用电量，然后使用水泵的额定功率进行简单的运算就能得到节电量。虽然这种计算忽略了水泵变频后对主机用电量的影响，但是这种影响非常小，中央空调主机的制冷效率是跟主机负载成抛物线形的关系。针对简单的中空调变频节能系统，推荐采用这种方式进行计算。
3.2相似日比较法
工程上常用相似日工频/变频比对方法测定节能率。计算方式为：在同一个中央空调系统中，使用相同的设备，用相同的能量计量仪表，监测期(1个工作日内运行改造前系统)与监控期(1个工作日内运行改造后系统)运行相同的时间段，且默认监测期与监控期的气候条件和负荷状态基本相同；计算节能率=(E0－E1)/E0，其中，E0为监测期(运行改造前系统)的耗能平均值，E1为监控期（运行改造后系统）的耗能平均值。
3.3多元线性回归分析计算
理论上常用多元线性回归分析测定节能率。将空调系统用电量作为因变量，平均室外温度或其他与空调高度相关之参数(如湿度、开机时间或入住率等)作为自变量。从系统改造验收运行之日起开始进行约2~4周的节能率验证期，验证达到约定效益(如节能率10%)后即正式开始节能运行。
4XX办公大楼空调改造节能分析
4.1经济效益
根据统计，系统节能改造后2013年和系统节能改造前2008相比节电量约134833KW.H，年节电率约10%，用电单价按0.95元/KW.H计算，节省电费：128091元。按12年计（使用寿命不只12年），供节省电费1537092元【12年节省电费-投入成本=收益：1537092-322000=1215092(元)】。
4.2环境效益
建筑减排是循环经济的重要内容。减排包括温室气体CO2的减排，有害气体烟尘、二氧化硫、氮氧化物减排、废水减排、垃圾减排。从对环境做出的贡献看，从该项目中央空调系统节能改造后每年可以节省40吨标煤，每年可以减少CO2排放105吨（一吨标煤产生2.62吨CO2）。
5结束语
冷冻水泵降低流量降低转速运行，人们担心会不会影响供水末端压力不足，而导致缺水现象。实际上，由于转速降低，虽然会使水泵供水压力降低，然而管道特性的压力损失也会随流量减少而减少，即需要的压力也会减少，供水压力与转速的二次方成比例降低，需要压力(管道损失)则与流量的二次方成比例减少，二者可以相互补偿。这一观点在许多工程实践中得到了证明。
参考文献：
[1]张承维;变频调速技术用于中央空调系统节能[D];贵州大学;2008年
[2]朱明杰;空调冷冻水系统的运行控制策略[D];同济大学;2007年
[3]龚明启;中央空调系统动态运行节能优化策略研究[D];广州大学;2006年