引言空调系统的能耗在建筑耗能中占比较大，科研院所有较多恒温恒湿实验室，其空调系统能耗约占建筑全年总能耗的50%~60%。空调系统中，风机电机的能耗约占空调系统能耗的28%。降低风机电机的能耗是空调系统节能改造的重要环节，有利于实现节能减排，具有可观的经济效益[1]。文中以科研院所精密空调改造项目为例，将普通风机改造为EC风机，通过实际数据分析改造效果。1项目概况螺纹楼一层机房内的2台空调机组K1、K2投入运行约5年，全年24 h不停机运行。部分实验室的温湿度精度要求高，为(20±0.2) ℃、50%±10%，一旦空调系统出现故障，将对实验室的科研工作造成较大的影响。空调系统的原有风机使用AC电机，通过皮带带动其运转，存在老化、运行效率低的问题，且风机的能效等级为3级，能耗高。风机皮带磨损产生的粉末会对空调设备造成影响，加快过滤器更换的频率。原K1、K2空调机组风机的实际电功率为6.815 kW、4.583 kW，实际风量为11 009.117 m3/h、6 659.593 m3/h，可以满足实验室温湿度精度的要求。根据现场实际情况及测量的数据，选用3台相同型号的EC风机，电功率为4.500 kW，风量为8 695.000 m3/h，能效等级为IE4，相当于国内1级能效等级。K1空调机组安装2台EC风机，为风墙形式，K2空调机组安装1台EC风机。2EC风机的优势EC风机具有节能、高效、故障率低、寿命长等优点，无皮带传动环节，运行更加平稳，噪声较小，减少了对皮带、轴承等部件保养更换的工作量，节省了维保费用[2-4]。与传统风机相比，安装EC风机方便快捷、工期短，可以减少因改造对实验室的影响。将多台型号相同的EC风机嵌入1个框架中做成风墙形式，可以降低故障对空调系统的影响[5]。其中1台风机出现故障时，其余风机可以提高转速，弥补风机故障造成的风量损失，无须停机维修。该形式适用于对空调系统运行稳定性要求高的实验室。EC风机在未达到满负荷运行时就可以满足改造前空调系统的风量和风压，若实验室需要进行风机改造或增加新风机设备，可以通过提高EC风机的运转频率满足加大风量和风压的要求，不用更换新的风机，可以节约更换风机的费用。3改造过程改造前分别在原风机电机上加装2块电表，测量并记录用电量。测量并记录空调风管风量、各房间出口风速及风压。将空调箱壁拆下，拆除原风机、电机等部件。预先焊接框架，粘贴保温板，将框架嵌入空调箱，再将EC风机嵌入框架。K1空调机组风量较大，将2台相同型号的EC风机嵌入1个框架中，做成风墙形式，并在2台风机之间加装挡板，减少气流干扰。安装变频控制箱，接通电路，将风机调至不同频率，记录风速、风量及风压。将EC风机调试至满足原风量、风压状态，待系统运行一段时间，各房间内温湿度精度达到要求后，测量用电量，并计算节能率。4风机改造对风量和风压的影响4.1风量在风管上选取1个截面，面积小于0.05 m2，采用等面积布点法布置测点，测点位于面积中心。在气流平稳的直管段选取测量截面，减少气流对测量结果的影响。为了保证测量结果准确，在K1、K2空调机组的直段风管上分别取1个断面，并在K1风管底部等面积开5个小孔，每个小孔设置5个风速点进行测量；在K2风管底部等面积开4个小孔，每个小孔设置5个风速点进行测量。取风速平均值并乘以风管截面积得出风量。等面积布点法测风量的截面布置如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.013.F001图1等面积布点法测风量的截面布置K1空调机组改造前风速如表1所示。K1空调机组改造前测量风速的平均值为4.712 m/s。测量截面尺寸为1.38 m×0.47 m，截面面积为0.649 m2，得出风量为11 009.117 m3/h。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.013.T001表1K1空调机组改造前风速位置编号测点1测点2测点3测点4测点5位置15.753.844.694.455.73位置25.253.295.424.336.48位置35.134.195.254.615.74位置44.893.144.964.704.98位置54.593.194.254.324.63m/s空调机组改造后将K1空调机组的EC风机频率分别调至30 Hz、33 Hz、35 Hz、38 Hz、40 Hz、50 Hz，测量机组的风速。K1空调机组改造后EC风机调至不同频率时的风速如表2所示。EC风机频率分别调至30 Hz、33 Hz、35 Hz、38 Hz、40 Hz、50 Hz时，风速平均值分别为4.461 m/s、4.571 m/s、4.721 m/s、4.871 m/s、5.042 m/s、5.469 m/s。EC风机频率调至35 Hz时的风速平均值(4.721 m/s)大于改造前的风速平均值(4.712 m/s)，此时风量为4.721×0.649×3 600=11 030.144 m3/h；EC风机频率调至50 Hz满负荷运行时，最大风量可以达到12 777.772 m3/h。K2空调机组改造前风速如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.013.T002表2K1空调机组改造后EC风机调至不同频率时的风速频率/Hz位置编号测点1测点2测点3测点4测点530位置14.733.974.334.036.04位置25.313.335.214.126.50位置34.873.174.754.486.22位置44.672.724.414.065.41位置54.332.434.233.334.8733位置14.844.084.444.146.15位置25.423.445.324.236.61位置34.983.284.864.596.33位置44.782.834.524.175.52位置54.442.544.343.444.9835位置14.994.234.594.296.30位置25.573.595.474.386.76位置35.133.435.014.746.48位置44.932.984.674.325.67位置54.592.694.493.595.1338位置15.144.384.744.446.45位置25.723.745.624.536.91位置35.283.585.164.896.63位置45.083.134.824.475.82位置54.742.844.643.745.2840位置16.144.255.974.319.92位置25.923.645.693.779.73位置35.033.385.453.668.08位置44.902.074.883.825.90位置54.331.944.343.455.4650位置16.564.676.394.7310.54位置26.344.066.114.1910.15位置35.453.805.874.088.50位置45.322.495.304.246.32位置54.752.364.763.875.88m/s10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.013.T003表3K2空调机组改造前风速位置编号测点1测点2测点3测点4位置15.214.824.744.70位置24.664.614.293.42位置34.414.174.032.84位置44.092.852.952.51位置53.792.242.632.69m/s由表3可知，K2空调机组改造前测量的平均风速值为3.783 m/s。测量截面尺寸为1.04 m×0.47 m，截面面积为0.489 m2，得出风量为6 659.593 m3/h。改造后将K2空调机组的EC风机频率分别调至20 Hz、25 Hz、28 Hz、33 Hz、40 Hz、50 Hz时，测量空调机组平均风速。K2空调机组改造后EC风机调至不同频率时的风速如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.013.T004表4K2空调机组改造后EC风机调至不同频率时的风速频率/Hz位置编号测点1测点2测点3测点420位置14.143.643.762.20位置24.003.493.302.10位置33.653.582.861.43位置43.442.882.601.60位置51.300.790.982.0025位置13.904.053.953.31位置23.703.953.402.55位置33.654.023.22.30位置43.103.502.652.40位置50.980.901.002.7028位置14.224.644.634.21位置24.114.253.743.07位置34.044.343.482.51位置43.854.123.402.68位置53.883.763.352.7733位置14.544.854.964.74位置24.404.674.333.33位置34.294.563.822.94位置44.154.483.582.83位置54.053.853.543.1840位置14.774.975.164.85位置24.694.854.583.45位置34.544.84.063.06位置44.454.763.982.93位置54.374.213.793.1950位置14.925.095.234.96位置24.744.864.623.49位置34.614.914.113.03位置44.474.793.983.06位置54.144.233.823.26m/s由表4可知，EC风机频率分别调至20 Hz、25 Hz、28 Hz、33 Hz、40 Hz、50 Hz时，风速平均值分别为2.687 m/s、2.961 m/s、3.753 m/s、4.055 m/s、4.273 m/s、4.316 m/s。EC风机频率调至33 Hz时的风速平均值(4.055 m/s)大于改造前的风速平均值(3.783 m/s)，此时风量为4.055×0.489×3 600=7 138.422 m3/h；EC风机频率调至50 Hz满负荷运行时，其最大风量可以达到7 597.886 m3/h。4.2风压将风压测量仪软管的一端放在出风口的最大风流中，另一端放在普通大气环境下，读取出风口风压，并将风速计的叶轮放在出风口最大风流中，读取出风口风速。K1空调机组为房间1001、1002、1003、1005提供恒温恒湿环境，K2空调机组为房间1004、1007提供恒温恒湿环境。改造前各房间出风口风压及风速如表5所示。K1空调机组改造后EC风机调至不同频率时各房间的出风口风压及风速如表6所示。K1空调机组的EC风机频率调至35 Hz时，各房间出风口的风压、风速均大于或等于改造前的风压、风速。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.013.T005表5改造前各房间出风口风压及风速房间风压/Pa风速/(m/s)1 001323.31 002212.11 003122.01 004554.81 005172.41 007101.610.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.013.T006表6K1空调机组改造后EC风机调至不同频率时各房间的出风口风压及风速频率/Hz房间号风压/Pa风速/(m/s)301001273.01002201.91003111.81005141.9331001283.21002212.11003122.01005152.1351001323.31002222.41003122.21005202.4381001343.61002242.61003152.41005212.5K2空调机组改造后EC风机调至不同频率时各房间的出风口风压及风速如表7所示。K2空调机组的EC风机频率调至33 Hz时，各房间出风口的风压、风速均大于或等于改造前的数值。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.013.T007表7K2空调机组改造后EC风机调至不同频率时各房间的出风口风压及风速频率/Hz房间号风压/Pa风速/(m/s)251004354.31007101.5331004554.81007111.85风机改造前后的电量和节电率改造前分别在原风机电机上加装2块电表，连续2 d在同一时间读数，数值差为K1、K2空调机组风机电机改造前24 h的用电量。K1、K2空调机组改造前电表读数如表8所示。改造后K1、K2空调机组EC风机频率分别设定在35 Hz、33 Hz可以满足原风量、风压的要求。连续2 d在同一时间读数。K1、K2空调机组改造后电表读数如表9所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.013.T008表8K1、K2空调机组改造前电表读数日期K1空调机组电表读数K2空调机组电表读数9月17日142.23793.2259月18日305.799203.216kWh10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.013.T009表9K1、K2空调机组改造后电表读数日期K1空调机组电表读数K2空调机组电表读数1月10日16 537.20010 498.1201月11日16 665.06210 552.672kWh由表8、表9可知，K1空调机组改造前24 h的用电量为163.562 kWh，K2空调机组改造前24 h的用电量为109.991 kWh。K1空调机组改造后24 h的用电量为127.862 kWh，K2空调机组改造后24 h的用电量为54.552 kWh。根据改造前后的用电量可以得出K1空调机组风机电机改造后的节电率为21.827%，K2空调机组风机电机改造后的节电率为50.403%。6结语K1、K2空调机组改造后节电率高，EC风机的节能效果比传统风机显著。K2空调机组改造后风机在28 Hz时运行可以达到原来风量，但在33 Hz时运行可以达到原出风口风压，由于气流流向的差异导致EC风机的风压略低于传统风机的风压，所以EC风机适用于风管长度短且变径小的空调系统。K1空调机组安装2台EC风机做成风墙形式，K2空调机组安装1台EC风机，改造后K1、K2空调机组节电率为21.827%、50.403%，K2机组节电率更高。由于EC风机的电机功率普遍偏低，风量大的机组需要安装多台EC风机，且由于每台EC风机之间气流的影响会损耗部分功率，所以EC风机在风量小的空调系统中节电效果更明显。