中央空调变频解决方案-自己编写

中央空调变频节能解决方案一、前言中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计，而实际上在一年中，满负载下运行最多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在100%负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。二、问题的提出原系统的运行及存在问题:由于中央空调系统设计时必须按天气最热、负荷最大时设计，且留有10%-20%左右的设计余量。其中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的调节。这样，冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行，造成了能量的极大浪费。而且冷冻、冷却水泵采用的均是Y—△起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3—4倍，在如此大的电流冲击下，接触器的使用寿命大大下降；同时，启动时的机械冲击和停泵时的水锤现象，容易对机械器件、轴承、阀门和管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备件费用。另外,由于冷冻泵轴输送的冷量不能跟随系统实际负荷的变化，其热力工况的平衡只能由人工调整冷冻主机出水温度，以及大流量小温差来掩盖。这样，不仅浪费能量，也恶化了系统的运行环境、运行质量。特别是在环境温度偏低、某些末端设备温控稍有失灵或灵敏度不高时，将会导致大面积空调室温偏冷，感觉不适，严重干扰中央空调系统的运行质量。三、节能改造的可行性分析1、中央空调系统简介中央空调主要由冷水机组、冷冻水循环系统、冷却水循环系统、风机盘管系统和散热水塔组成。其工作原理如图1：图1.中央空调工作原理图冷水机组由压缩机将制冷剂压缩成液态后送冷凝器，在冷凝器中释放出热量并与冷却循环水进行热交换，由冷却水泵将带有热量的冷却水输送到冷却水塔中喷淋并与大气之间进行热交换，同时水塔风扇对其进行抽风，增加空气对流速度，将冷却水中的热量散发到大气中去。经过冷凝器的高压液态制冷剂在送蒸发器的过程中产生汽化，并与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻水泵将冷冻水送到各房间风口的风机盘管中，由风机吹送冷风到房间里达到降温的目的。中央空调机组传统的调整方法为：1.冷冻水循环系统冷冻水循环系统由冷冻泵、分水器、集水器、各风机盘管及冷冻水管道组成。从冷水机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入分水器并被送入各层的冷冻水管道，在各个房间风口的风机盘管中进行热交换，带走房间内热量，从而使房间内的温度下降。然后再进入到集水器送回冷水机组。其控制方式为通过手动或自动调整分水器出口各层冷冻水管道上的阀门的开度来控制进入各层房间风机盘管中的冷冻水流量，以达到控制各个房间温度的目的。在该循环系统中，冷冻水泵始终处于额定转速运行，由于各层冷冻水的流量调整是分别进行的，为了保持最高层或最不利端的压力及进出水的压力平衡，所以在分水器和集水器之间加接了旁路管道，通过手动或自动调整旁路管上的阀门来平衡循环系统的压力。2.冷却水循环系统冷却水循环系统由冷却泵及冷却水管道及冷却塔组成。当压缩机将气态的制冷剂压缩成液态时，将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升高了温度的冷却水压入冷却水塔，使之在冷却水塔中与大气进行热交换，并用风扇对其强迫风冷。然后再将降了温的冷却水送回到冷水机组。如此不断循环，带走冷水机组释放的热量。在该系统中，冷却水泵和冷却风扇始终运行在额定转速，管道中的冷却水是靠阀门进行流量和压力调整。2、系统节能的可能性泵是一种平方转矩负载，其转速n与流量Q,扬程H及泵的轴功率N的关系如下式所示：Q1=Q2(n1/n2)H1=H2(n12/n22)N1=N2(n13/n23)(1-1)上式表明，泵的流量与其转速成正比，泵的扬程与其转速的平方成正比,泵的轴功率与其转速的立方成正比。当电动机驱动泵时，电动机的轴功率P(kw)可按下式计算:P=ρQH/ηcηF×10-2(1-2)式中：P：电动机的轴功率（KW）Q：流量（m3/s）ρ：液体的密度（Kg/m-2）ηc:传动装置效率ηF：泵的效率H：全扬程（m）调节流量的方法：图2泵的工作曲线如图2所示，曲线1是阀门全部打开时，供水系统的阻力特性；曲线2是额定转速时，泵的扬程特性。这时供水系统的工作点为A点：流量QA，扬程HA；由（1-2）式可知电动机轴功率与面积OQAAHA成正比。今欲将流量减少为QB，主要的调节方法有两种：（1）转速不变，将阀门关小这时阻力特性如曲线3所示，工作点移至B点：流量QB，扬程HB，电动机的轴功率与面积OQBBHB成正比。（2）阀门开度不变，降低转速,这时扬程特性曲线如曲线4所示，工作点移至C点：流量仍为QB，但扬程为HC，电动机的轴功率与面积OQBCHC成正比。对比以上两种方法，可以十分明显地看出，采用调节转速的方法调节流量，电动机所用的功率将大为减小，是一种能够显著节约能源的方法。根据异步电动机原理n=60f/p(1-s)(1-3)式中：n:转速f:频率p:电机磁极对数s:转差率由（1－3）式可见，调节转速有3种方法，改变频率、改变电机磁极对数、改变转差率。在以上调速方法中，变频调速性能最好，调速范围大，静态稳定性好，运行效率高。因此改变频率而改变转速的方法最方便有效。根据以上分析,结合超市中央空调的运行特征，利用变频器、温差控制器和温度传感器等组成温差闭环自动控制，对中央空调水循环系统进行节能改造是切实可行，较完善的高效节能方案。由于中央空调机组中冷冻水循环系统、冷却水循环系统以及冷却水塔风机均为风机水泵系统，其负载特性为流量与轴转速成正比、水压（或风压）与轴转速的平方成正比，轴功率与轴转速的立方成正比。所以，如果我们将系统以电机为定转速运转，用阀门调节水流量和风流量的方法，改用根据所需的流量、风量调节电机转速的方法，就可获得大量的节电效果。从理论上来讲，在环境气压、气温等参数不变的情况下，当转速减少50%时，流量减少50%，扬程减少75%，功率消耗减少87.5%，节能效果非常显著。因而，我们可以采用变频装置对冷冻水泵和冷却水泵以及冷却风扇作调速的方法，来控制系统的流量和压力，达到节约能源的作用。四、节能改造的具体方案1、变频控制的原理从以上分析我们可以知道，对于中央空调的冷冻水循环系统、冷却水循环系统及冷却风扇电机使用调速方式能够降低系统的功耗。因而，我们可以采用变频器对水泵和风机作调速控制，其控制原理见图3。这其中分为3个部分：图3.中央空调变频控制工作原理图1.冷冻水泵的控制方式冷冻水泵的控制方式为：变频器作最高层（或最不利端）的压力PID闭环控制，保持最不利端的压力恒定，这样可防止压力损失并较大幅度提高效率，以取得好的节能效果。2.冷却水泵的控制方式由于冷却塔的水温是随环境温度而变化的，其单侧水温不能准确地反映冷冻机组产生热量的多少。所以，对于冷却水泵，以冷凝器进水和回水的温差作为控制依据，实现进水和回水间温差的PID恒温差控制较为合理。温差大，说明冷冻机组产生的热量大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水的循环速度；反之则应该降低转速。同时考虑到冷却水系统是个开式水系统，其有一个实际扬程问题，所以在系统中设定一个下限频率，以保证冷却水泵能可靠工作。这样能在各种环境下，使系统处于最佳状态，并达到节能的目的。3.冷却风扇的控制方式使用冷却风扇的目的是使进入冷却塔的冷却水在滴下时与空气充分接触，将热量通过气流传导到周围的大气中，将水温降下来。所以，冷却风扇以冷却塔出水温度作为控制对象，实现出水温度的PID控制，当出水温度高时加快风扇的速度，使冷却水加快冷却速度；而出水温度低时，则降低风扇速度，以降低能耗。变频设备选型考虑到设备的运行稳定性及性价比，以及水泵电机的匹配。选用艾克特AT500-T3通用型变频器；另外需选择温差控制器,该温差控制器可同时测量两路输入信号,适用于温差控制、压差控制、温度追踪控制、流量比值控制等系统,特别适用于制冷及供热空调系统中节能改造的温差控制；温度传感器选用电压型温度传感器，其额定温度输入范围-100℃—600℃，电压输出0—10V，对应的模拟数字输出-1000—6000。根据客户需求，变频器需要设置的参数有F0组（基本参数组），FA组PID参数组。五、技术改造后的运行效果估计1、节能效果及投资回报进行技术改造，系统的实际节电率与负荷状态、天气温度变化等因素有一定关系。估计平均节能在25%左右，经济效益十分显著。预计改造后投入运行不用一年即可收回成本。2、对系统的正面影响由于冷冻泵、冷却泵采用了变频器软启停，消除了原来Y-Δ启动大电流对电网的冲击，用电环境得到了改善；消除了Y-Δ启停水泵产生的水锤现象对管道、阀门、压力表等的损害;消除了原来直接启停水泵造成的机械冲击，电机及水泵的轴承、轴封等机械磨擦大大减少，机械部件的使用寿命得到延长；由于水泵大多数时间运行在额定转速以下，电机的噪声、温升及震动都大大减少，电气故障也比原来降低，电机使用寿命也相应延长。由于采用了温差闭环变频调速，提高了冷冻机组的工作效率，提高了自动化水平。原来几乎每天都要对冷冻机出水温度进行调整，改造后仅在环境温度变化较大时进行调整冷冻机出水温度。减少了人为因素的影响，大大优化了系统的运行环境、运行质量，超市的空调室温比原来更平稳均匀了。