摘要：住宅中央空調(diào)目前主要有三種形式，即空氣－空氣管道機，空氣－水戶用機、多聯(lián)機和小區(qū)集中中央空調(diào)。三種形式各有利弊，未來住宅中央空調(diào)的發(fā)展方向是優(yōu)質(zhì)價廉、健康環(huán)保、性能穩(wěn)定，控制方便，高智能化。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對居住居住和工作環(huán)境的要求越來越高，居住環(huán)境的改善相應地帶動住宅中央空調(diào)行業(yè)的快速發(fā)展。2001年住宅中央空調(diào)市場需求量在10萬套左右，產(chǎn)值達40億元人民幣。據(jù)權威人士預計，到2006年，住宅中央空調(diào)將占據(jù)10％的家用空調(diào)市場。

1. 住宅中央空調(diào)方式

目前住宅中央空調(diào)常用的有以下幾種方式：戶式中央空調(diào)、多聯(lián)機和小區(qū)集中供冷供熱。

1.1 戶式中央空調(diào)

戶式中央空調(diào)的形式很多，目前市場上常用的有兩種：①一臺小型空氣－水熱泵室外機，帶幾臺室內(nèi)盤管。盤管數(shù)量根據(jù)房間的多少而定。盤管的形式根據(jù)個人喜好和裝修要求，能夠很好滿足個性化的要求，可以很好地解決新風問題。該機型和大型風冷熱泵原理基本一致，技術相對比較成熟，而且結合家庭使用的特點作了一些改進：將膨脹水箱和冷水泵全部內(nèi)置，增加輔助電加熱，控制上也有多種形式供用戶選擇，很多產(chǎn)品都采用PLC（可編程控制器）控制，用戶只需在技術人員的指導下將一些參數(shù)設定好，機組運行，能量調(diào)節(jié)和自我保護均可通過電腦自行控制，非常方便，還可以通過電話或電腦網(wǎng)絡遠程控制。由于該形式工程比較簡單，經(jīng)濟實用，所以目前在國內(nèi)用得很普遍。其缺點是容易滴水霉變，冬季運行的可靠性還需提高。

②小型空氣－空氣熱泵，室外機內(nèi)置壓縮機、冷凝器和各種輔助配件，室內(nèi)機內(nèi)置蒸發(fā)器和膨脹閥。根據(jù)制冷量大小可以配一只或兩只膨脹閥，通過銅管將室內(nèi)、外機連接，室內(nèi)機接風管將冷（熱）風送到各個房間，所以又稱管道機。相對于其它形式的家用中央空調(diào)，管道機初投資較少，若引入新風，其空氣品質(zhì)將得到較大改善。空氣－空氣熱泵工作穩(wěn)定性比空氣－水熱泵高，其缺點是由于采用風管送風，層高要求較高，控制不如空氣－水熱泵方便，浪費能源。該形式在美國用得比較多。

另外還有燃氣空調(diào)，太陽能空調(diào)，地溫空調(diào)，水源熱泵等多種形式，由于種種原因，使用得還不多，但隨著能源結構的改善，國家能源政策的調(diào)整，這些形式的家用中央空調(diào)也會走進千家萬戶。

1.2 多聯(lián)機

多聯(lián)式變冷媒量熱泵空調(diào)工程，目前以日本大金的VRV，青島海爾的MRV和美的的MDV為代表，它以制冷劑為輸送介質(zhì)，室外主機由室外側換熱器、壓縮機和其它制冷附件組成，末端由直接蒸發(fā)式換熱器和風機組成。該形式由于采用磁阻式直流電機、渦旋式壓縮機、直流風機電機及PAM脈沖振幅調(diào)控制和MIO （多段輸入和輸出）及BP（冷媒分配器）等先進技術，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻控制，所以能節(jié)能能源，特別是部分負荷下節(jié)能明顯。多聯(lián)式工程末端有天花板卡式嵌入式、風管連接式、掛壁式、暗藏式等多種形式供用戶選擇，能夠很好地配合室內(nèi)裝修和個性化的要求，控制也非常方便。該形式的缺點是制冷劑管道較多，容易泄漏，新風很難解決，安裝較復雜。該形式在日本使用得比較多，由于價格較高，在國內(nèi)只有部分中高收入家庭使用。

1.3 小區(qū)集中中央空調(diào)

小區(qū)集中中央空調(diào)近年來發(fā)展較快，由于存在如下問題：工程投資較多，工程維護較麻煩，分戶計費難以公平，工程同時利用系數(shù)低導致工程運行成本過高等等，房地產(chǎn)商一般不愿意搞小區(qū)集中中央空調(diào)，所以小區(qū)集中空調(diào)使用得并不多。但隨著中央空調(diào)技術的發(fā)展，小區(qū)集中空調(diào)也將走向成熟，為住宅中央空調(diào)提供更多的選擇。

2. 住宅中央空調(diào)發(fā)展方向

2.1 改善室內(nèi)空氣品質(zhì)IAQ

隨著人們環(huán)保和健康意識的增強，人們開始重視自己生活和工作環(huán)境的空氣品質(zhì)了，而且國家也制訂了相應的法規(guī)，對室內(nèi)空氣品質(zhì)作了嚴格的規(guī)定。因此住宅中央空調(diào)要順應人們的這種要求，不僅改善室內(nèi)空氣的溫濕度，還能明顯改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。

室內(nèi)空氣品質(zhì)，即人體舒適度和健康，人體舒適度是一個很復雜的問題，它是指人體的主觀感覺，同一個人在不同的狀態(tài)感覺會不一樣，比如工作性質(zhì)，衣著情況，溫度，相對濕度，風速，噪聲等，都會影響人體熱舒適性指標。我們要使人體感到舒適，只有通過先進的傳感技術，根據(jù)人體的活動量（人體代謝率），衣服熱阻，調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣溫度、相對濕度、風速、輻射量等。由于相關的專業(yè)協(xié)會沒有建立相應的行業(yè)標準和測試方法，所以實際操作還比較困難。健康我們追求的目標之一，現(xiàn)在很多家庭裝修都大量采用建筑復合材料、石材、粘接劑等，這些物質(zhì)在很長的時間內(nèi)（至少1~2年）都將會釋放大量有害氣體，如甲醛、丙酮、氡及其蛻變物等。2002年一季度上海市有關部門對該市使用一年以上的商品房進行了抽查，抽查結果是甲醛嚴重超標，平均達到 0.2g/m3空氣（國標是0.08g/m3空氣），平均合格率僅0.16%，不足0.2%.如果房間內(nèi)沒有通風換氣裝置及時將這些物質(zhì)排出或補充新鮮空氣的話，這些物質(zhì)會對人體造成很大危害�，F(xiàn)在很多廠家和研究機構正在研究采用過濾網(wǎng)，靜電除塵，用活性碳或光催化過濾器去除室內(nèi)異味及揮發(fā)性物質(zhì)，用LTC-M2觸媒技術清除空氣中的甲醛等，這些都可以提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，保證人體健康，但具體這些裝置怎么與住宅中央空調(diào)結合使用及其效果怎樣，都值得廠家和學者去重點研究。同時也是現(xiàn)代住宅中央空調(diào)的發(fā)展方向之一。

2.2 提高住宅中央空調(diào)的性價比

由于住宅中央空調(diào)絕大部分是采用風冷，所以機組性能系數(shù)（COP）較低。因此要想提高主機性能，主要提高機組的COP值，首先是提高壓縮機性能，采用高效變頻壓縮機，提高壓縮機加工和裝配精度，對壓縮機結構進行優(yōu)化設計等；其次要提高換熱器的換熱效率，采用新材料（比如用內(nèi)螺紋銅管波紋片），新工藝（加裝融霜電磁閥，合理配管等），優(yōu)化換熱器結構（比如銅管翅片布置排列方式）；還要改進風機、水泵結構（比如采用雙速風機，在冬季啟動高速，大風量，增強換熱效率，延長結霜時間，減少除霜時間）；目前，還應該完善機組性能系數(shù)的評價方法，僅采用的用某個工況下的COP值評價機組能耗是不夠的，很多專家都提出應該用季節(jié)性供冷（供熱）性能系數(shù)來評價機組能耗。目前已有這方面的評價軟件，使用結果證明能很好地與實際吻合。

住宅中央空調(diào)的主機性能不僅涉及主機性能，還要看安裝人員的水平和安裝質(zhì)量。性能再好的主機，工程安裝質(zhì)量很差，性能不能充分發(fā)揮，使主機性能大受影響。

住宅中央空調(diào)的價格主要受壓縮機、換熱器、風機和閥件影響。由于目前大部分住宅中央空調(diào)的壓縮機都是從國外進口的，而它的價格占整個機組造價的 1/3～1/4，加之一些關鍵閥件也需要進口，所以住宅中央空調(diào)價格還是很高。這也是影響它快速進入家庭的主要因素之一。但隨著技術進步，越來越多的部件被國產(chǎn)部件逐漸代替，相信住宅中央空調(diào)的性價比會越來越高。

2.3 機組的穩(wěn)定性和可靠性

由于住宅中央空調(diào)是給家庭使用，所以機組穩(wěn)定性要求非常高，很多國外品牌之所以大受歡迎，就是由于其穩(wěn)定性和可靠性比很多國產(chǎn)品牌高。由于中國各地區(qū)之間氣候差異很大，機組工作環(huán)境相差也很大，很多產(chǎn)品在惡劣的氣候下工作波動很大，甚至不能工作，特別冬季低溫工況，機組除霜和各種保護頻繁動作，嚴重影響空調(diào)的效果。在可靠性方面，雖然很多廠家都盡力提高機組可靠性，特別是對電氣自控，壓縮機的高、低壓，過載，過流，缺相等保護等方面進行可靠性設計，但離要求還有很大距離。另外，各種人為因素也會導致機組穩(wěn)定性和可靠性降低。

2.4 機組維護的便捷性

機組維護的便捷性是衡量技術成熟與否的標志，隨著計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展，很多產(chǎn)品增加機組自動維護功能，故障自動檢測，自動修復，自動報警，故障內(nèi)容自動顯示等。還可以通過網(wǎng)絡診斷故障，不管產(chǎn)品裝在世界哪個角落，通過互聯(lián)網(wǎng)，廠家可以清楚知道機組工作正常與否，并可指導用戶進行簡單維護，簡單問題廠家只需一個電話就可解決問題。

2.5 機組環(huán)保性

環(huán)保是人類共同關心的話題，對于住宅中央空調(diào)來說，它包含降低機組噪聲，降低能源消耗，使用對人類無害，可回收，可再生的制冷劑等。

2.6 提高智能化程度

隨著電子技術，計算機技術和網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，住宅中央空調(diào)的智能化程度已發(fā)展到一個新的高度。很多廠家和研究結構正在探索將智能除霜、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制、安防連控等新技術應用到住宅中央空調(diào)的前景和意義。有些技術已

　一.概況
　　鶴崗礦務局熱電廠位于中國的北方煤城——黑龍江鶴崗市，隸屬于礦務局工程，共四機六爐，包括兩臺50MW發(fā)電機組和兩臺25MW發(fā)電機組，四臺75噸鍋爐和兩臺220噸鍋爐。其中五號和六號爐為220噸鍋爐，目前正增建七號爐（220噸鍋爐）。
　　冬季除了正常向東北電網(wǎng)供電外，還要負責鶴崗大部分地區(qū)的供熱。長期以來我電廠220噸爐的送、引風機電機一直采用工頻運行的方式，依靠送、引風機的擋板來調(diào)整風量，維持鍋爐負壓，風機擋板的開度一般在40%左右，這樣大量的能量就浪費在風機的擋板上，造成該電廠的廠用電率高居不下。
　　夏季時，一般只運行一臺220噸鍋爐，就可以滿足負荷的要求。冬季為了供暖的需要，一般兩臺220噸鍋爐都要運行。6號爐和5號爐鍋爐給水工程采用母管制，鍋爐給水泵的配置為1用1備。當兩爐同時運行時，一臺工頻給水泵的給水量及給水壓力剛好滿足。在一臺鍋爐運行的時候，啟用一臺給水泵，但是給水泵的出口壓力為15MP，而現(xiàn)場實際需要的給水壓力僅為12.5MP，這樣給水泵的出口壓力過高，需要調(diào)整。因為給水泵是由定速電機拖動的，因此只能通過爐側閥門來控制給水流量和壓力，不但經(jīng)濟效益差，而且由于爐前給水壓力過高，對給水管道的安全運行還造成一定的隱患。
　　為了徹底解決上述問題，我廠決定對6號爐的四臺引送風機（兩臺引風機，兩臺送風機）及一臺給水泵進行技術改造，通過對電機調(diào)速來實現(xiàn)上述風機和給水泵的變速運行，對風量、給水流量及壓力進行合理調(diào)節(jié)，以達到改善工藝和節(jié)能的目的。

二.調(diào)速方式的選擇
　　目前，大功率高壓異步電動機的主要調(diào)速方式有以下幾種：串級調(diào)速、液力偶合器調(diào)速及變頻調(diào)速等。
　　串級調(diào)速——優(yōu)點是可以回收轉(zhuǎn)差功率，所以調(diào)速效率比較高，但存在的問題也很多：它不適合于鼠籠型異步電機，必須更換電機；不能實現(xiàn)軟起動，啟動過程非常復雜；啟動電流大；調(diào)速范圍有限；響應慢，不易實現(xiàn)閉環(huán)控制；功率因數(shù)和效率低，并隨轉(zhuǎn)速的調(diào)低急劇下降；很難實現(xiàn)同PLC、DCS等控制工程的配合，對提高裝置的整體自動化程度和實現(xiàn)優(yōu)化控制無益；同時因控制裝置比較復雜、諧波污染大對電網(wǎng)有較大干擾；進一步限制了它的使用，屬落后技術。
　　液力偶合器調(diào)速——屬低效調(diào)速方式，調(diào)速范圍有限，高速丟轉(zhuǎn)約5%-10%，低速轉(zhuǎn)差損耗大,最高可達額定功率的15%,因效率與速度成正比，低速時效率極低，精度低、線性度差、響應慢，啟動電流大，裝置大，必須加裝在設備與電機之間，不適合改造；無法軟啟動，偶合器故障時，無法切換運行，維護復雜、費用大，不能滿足提高裝置整體自動化水平的需要。
　　高壓變頻器調(diào)速——由于應用了先進的電力電子技術、計算機控制技術、現(xiàn)代通信技術和高壓電氣、電機拖動等綜合性領域的學科技術，因此具有其它調(diào)速方式無法比擬的優(yōu)點：
　�、僮冾l器采用液晶顯示數(shù)字界面，調(diào)整觸摸式面板，可隨時顯示電壓電流、頻率、電機轉(zhuǎn)速，可非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態(tài)。
　�、诰�確的頻率分辨率和高的調(diào)速精度，完全可以滿足各種生產(chǎn)工藝工況的要求。
　�、鄹邏鹤冾l器具有國際通用的外部接口，可以同可編程控制器（PLC）和工控機等各種儀表相連，并可與原設備控制回路相連接，構成部分閉環(huán)工程，如與原DCS工程實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和連鎖控制等。
　　④具有就地和異地操作功能，另可通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能。
　�、菥哂须娏﹄娮颖Ｗo和工業(yè)電氣保護功能，保證變頻器和電機在正常運行和故障時的安全可靠。
　�、揠姍C可實現(xiàn)軟啟動、軟制動；啟動電流小，小于電機的額定電流；電機啟動時間可連續(xù)可調(diào)，減少了對電網(wǎng)影響。
　�、邷p少配件的損耗，延長設備使用壽命，提高勞動生產(chǎn)效率。
　　綜合上述調(diào)速方式，我電廠選擇了當前最為先進的調(diào)速形式——高壓變頻調(diào)速，通過對眾多高壓變頻器廠家綜合考評，決定選用北京利德華福電氣技術有限公司生產(chǎn)的單元串聯(lián)多電平結構的高壓變頻器，該變頻器具有如下優(yōu)點：
　�、僭趪鴥�(nèi)高壓變頻器廠家中業(yè)績最多，工程運行穩(wěn)定；
　　②全中文界面顯示，適合國內(nèi)用戶；
　�、坩槍�國內(nèi)用戶量身定做，盡量考慮國內(nèi)電網(wǎng)的綜合因素，在其可靠性，安全性方面有其獨到的技術優(yōu)勢；
　�、軆�(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關系，適應多變的現(xiàn)場需要。

三.工程配置方案
　　根據(jù)實際情況，四臺鍋爐風機變頻器及一臺給水泵變頻器的現(xiàn)場主回路均采用手動一拖一的方案，如右圖：
　　此結構是手動旁路的典型方案,原理是由3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3組成（其中QF為原高壓開關柜內(nèi)的斷路器）。要求QS2和QS3不能同時閉合，在機械上實現(xiàn)互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。在檢修變頻器時，有明顯斷電點，能夠保證人身安全，同時也可手動使負載投入工頻電網(wǎng)運行等。




四.高壓變頻器改造實施情況
根據(jù)現(xiàn)場實際設備，選擇變頻器的型號如下：


上述五臺高壓變頻器于2005年8月19日運抵現(xiàn)場，至10月1日，全部安裝調(diào)試完畢，并投入運行，累計工期為一個月。
　　用于鍋爐風機調(diào)速的變頻器安裝于零米處，在鍋爐主控間配備一臺上位機，同時對四臺風機變頻器進行監(jiān)控。另外對原有高壓開關柜控制回路進行改造，從變頻器控制柜取一對常開節(jié)點串入高壓開關柜的分閘回路，該節(jié)點定義為“合閘允許”，閉合有效。當變頻器送控制電自檢正常后，該節(jié)點閉合，可以通過原有的合閘回路給變頻器送高壓電。另從變頻器控制柜取一對常開節(jié)點并入高壓開關柜分閘回路，該節(jié)點定義為“緊急分斷”，閉合有效，當變頻器運行中出現(xiàn)重故障時，變頻器將自動停機，同時該節(jié)點閉合，高壓開關跳閘，斷開變頻器主回路高壓電源，對變頻器進行及時有效的保護。給水泵變頻器的高壓開關柜除了上述改造外，在變頻器運行前還將原有的電機差動保護回路斷開，如果電機需要轉(zhuǎn)入工頻運行，則該保護投入。
　　鍋爐給水泵變頻器安裝于給水泵旁，將上位機監(jiān)控工程安裝于給水泵操作間內(nèi)，對高壓開關柜同樣進行類似的改造，以滿足變頻器投運的要求。

五.運行情況及節(jié)能分析
　　四臺鍋爐風機變頻器從投運以來一直正常運行，由于6號鍋爐不是采用DCS控制方式，爐控操作盤上安裝空間有限，因此變頻器沒有使用硬連線方式進行遠程的控制，而是通過安裝一臺專用的監(jiān)控上位機對變頻器進行啟動、停止及設定頻率等相應操作。因為上位機無法安裝于司爐工正前方，在操作及時性上難以保證，因此當前四臺鍋爐風機變頻器運時仍需要擋風板配合，即：根據(jù)鍋爐負荷情況，通過上位機將變頻器調(diào)整到較低的運行頻率（一般在40赫茲左右），擋風板開度在80%左右，當鍋爐風量需要微調(diào)時，通過擋風板進行及時調(diào)整，保證風量調(diào)節(jié)的及時性。
　　給水泵變頻器投運以來運行一直都很正常，在6號爐或7號爐單獨運行時，給水泵采用變頻器調(diào)速控制，將爐側給水閥門全部打開。進入冬季供暖后，6號爐和7號爐同時運行時，單臺給水泵需要滿負荷運行才能滿足負荷要求，因此需要將變頻器退出運行，電機轉(zhuǎn)入工頻運行。待用戶7號爐投入運行時（在建，220噸鍋爐），則可以實現(xiàn)兩臺給水泵同時運行，一臺工頻運行，另一臺變頻運行，變頻給水泵將起到補充給水的作用，通過變速電機來調(diào)整鍋爐給水量及給水壓力。
　　變頻器投入運行以來，節(jié)能效果顯著，風機節(jié)能數(shù)據(jù)如下：



注：以上按每年365天計算，按現(xiàn)在6號爐每年累計共運行10個月計算運行系數(shù)為：10/12=0.833 , 每年可節(jié)約電費為：158×0.833=131 萬元

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