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大金空調

 


  標題:廣州大金空調:變頻中央空調節能控制系統方案
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廣州大金空調:變頻中央空調節能控制系統方案

一、引言


中央空調是大廈里的耗電大戶,每年的電費中空調耗電占60% 左右,因此中央空調的節能改造顯得尤為重要。


由于設計時,中央空調系統必須按天氣最熱、負荷最大時設計,并且留10-20%設計余量,然而實際上絕大部分時間空調是不會運行在滿負荷狀態下,存在較大的富余,所以節能的潛力就較大。其中,冷凍主機可以根據負載變化隨之加載或減載,冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應調節,存在很大的浪費。


本泵系統的流量與壓差是靠閥門和旁通調節來完成,因此不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現象,不僅大量浪費電能,而其還造成中央空調最末端達不到合理效果的情況。為了解決這些問題需使水泵隨著負載的變化調節水流量并關閉旁通。再因水泵采用的是Y-△起動方式,電機的起動電流均為其額定電流的3-4倍,一臺90%KW的電動機其起動電流將達到500A,在如此大的電流沖擊下,接觸器、電機的使用壽命大大下降,同時起動時的機械沖擊和停泵時水錘現象,容易對機械零件、軸承、閥門、管道等造成破壞,從而增加維修工作量和備品、備件費用。


二、中央空調系統的工作原理及組成結構


由主機、冷凍水循環系統、冷卻水循環部分三大部分組成。如下圖所示:






中央空調系統按負載類型可將其分為兩大類:


1、恒轉矩型負載:如螺桿式或離心式制冷主壓縮機系統的壓縮機,不僅對軸輸出的轉矩具有最小值限定的需要,而且其轉速與功率的關系也近似表現為線性特性。
2、平方轉矩型負載:如冷卻循環水系統、冷媒循環水系統(熱泵循環水系統)、冷卻塔風機系統、盤管風機系統等的風機、水泵類負載,他們對軸距沒有嚴格的需求,其軸功率與轉速具有顯著的立方關系特征。不同的負載類型具有不同的轉矩、功率關系特性,節能空間各有不同。
2.1制冷壓縮機的節能調節原理


以蒸汽壓縮式制冷循環為例,中央空調的制冷系統其制冷循環過程如上圖所示。就中央空調制冷壓縮機而言,壓縮機本身已采用改變膨脹閥或扇門的開度調節制冷劑的流量方式,因此一般不建議對制冷壓縮機進行節能改造。


2.2風機水泵節能調節原理


由流體力學理論可知,離心式流體傳輸設備(如離心式水泵、風機等)的輸出流量Q與其轉速n成正比:輸出壓力p(揚程)與其速度n的平方成正比;輸出功率N與其速度n的三次方成正比,用數學公式可表示為:


Q∝n    P∝n2    N ∝n3


由上述原理可知,降低水泵的轉速,水泵的輸出功率就可以下降更多。改造前我們需要判斷系統是否具有節能潛力。由于中央空調系統所具有的特殊性,主要從兩個方面來考慮:首先是泵本身的額定流量與揚程指標和運行時實際輸出表現;其次是系統對實際供水需求量所要求的溫度差,或壓力與機組指標之間的偏差大小。以冷凍泵為例,采用實時采集進出水溫度數據,通過智能溫度控制運算處理,輸出4-20mA的模擬信號,決定變頻器對泵的調節方向與調節幅度。為了避免出現“斷流”現象,泵的轉速應限定在一定值以上,這個下限(最低供給揚程和流量)可以通過變頻器的輸出下限頻率來設定,(經驗值=35.00Hz)在保證足夠的揚程和流量的前提下(避免中央空調系統低壓檢測或報警動作),建議采用溫度控制方式來實現。


三、SVF-EV變頻節能系統結構圖


3.1冷凍水泵系統的閉環控制(檢測進、出水溫差)


中央空調系統冷凍循環水的標準進出水溫度為:12℃/7℃,額定指標冷凝器標準進出水允許溫差為5℃。如進出水溫差為2℃,因此從溫差現象角度上看,冷凍循環水的實際需求量僅為供給量得2℃/5℃=40%,在變頻調速情況下,泵的實際轉速只要工作在額定轉速的40%就可以滿足要求,泵的能耗僅約為額定能耗10%以下,能量的交換不充分原因致使系統的制冷效果變差,因此節能空間非常大。


在保證最末端設備冷凍水流量供給的情況下,確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率(一般取25.00Hz),將其設定為下限頻率,鎖定冷凍水泵的最低工作速度,通過智能溫度控制器檢測冷凍進出水溫度差值,來控制變頻器的頻率增減,使冷凍回水溫度大于設定溫度時頻率無極上調。


3.2制熱模式下冷凍水泵系統的閉環控制(檢測進水、水溫差)


該模式是在中央空調中熱泵運行即制熱時(秋、冬季),和冷凍水泵系統的控制方案一樣,同上。


3.3冷卻循環水泵開環控制(檢測進出、水溫差)


中央空調系統標準冷卻循環進出水溫差為:4℃-8℃,冷卻塔標準進出水溫差為:3℃-5℃,用于采暖的熱水進出水溫度為:50℃/60℃,該部分由冷卻泵、冷卻水塔、及冷凝器等組成。冷凍水循環系統進行室內熱交換的同時,并帶走室內大量的熱能,能量從主機內的冷媒傳遞給冷凝器,使冷卻水溫升高;冷卻泵將升溫后的冷卻水輸送至冷卻水塔(出水),使之與大氣進行能量交換,使冷卻降低溫度后再送回主機冷凝器(回水)。因此,冷卻水循環系統同時受室內外環境溫度及室內熱負荷兩方面影響,循環水管道單側的水溫不能準確反映該系統的熱交換量。需在冷卻管進出水主管上安裝一個溫差傳感器如上所示,以出水與回水之間的溫差作為控制室內溫度的依據是合理的節能方式。在外界環境溫度不變的情況下,溫差大,說明室內熱負荷較大,應提高冷卻泵的轉速,增大冷卻水循環的速度;相應的,溫差小則減小冷卻泵轉速,此種方式將比單側回水溫度節能空間大5-10%左右。


    正是因為壓力與流量的過剩作用使水流過速、熱交換溫差偏小,因此可以通過降低熱泵循環水的總供應流量來實現向標準溫差參考值靠近,從而達到節約能量的目的。因此,在對實際運行工況考察時,不能簡單的依據電機運行電流的大小來判斷,若只簡單的從冷媒循環水系統的電機實際運行電流來看,就會發生沒有多少節電空間的錯誤判斷。所以,應根據實際運行工況點數據做依據:如系統設備容量選型、不同季節、不同時間負荷變化等因素的影響,在實際投入運行的中央空調系統基本上沒有與標準指標相一致的情況,大多數系統都存在著溫差偏小,揚程過高,流量過大等現象,利用變頻調速技術,把系統多余的流量、揚程節省下來,使系統工作在耗能最佳工況下(揚程和流量均無多余的狀態下),從而達到既滿足系統需求又使能耗減至最少。


3.4冷卻塔風機控制


冷卻塔風機系統的現狀分析,原控制方式采用直接啟動方式下的工頻全速運行。兩臺冷卻塔風機均在全速運行,系統缺少有效的冷卻效果監測,沒有充分利用自然冷卻狀態下節約電能的機會,導致冷卻塔風機處于兩種極端狀態;要么全速運轉、或人工停止,尤其在春、秋、冬季,由于人工操作不能及時響應冷卻塔出水溫度的變化而啟停風機,造成因操作管理上帶來能量的極大浪費。在改造時,對每套冷卻塔實施以進水溫度35℃為風機起始運行點,以30℃為停止運行點,在35℃-30℃溫度區間作為風機頻率調節依據,實行溫度PID變風量調節。經實際運行測試,在變風量控制方式下的能耗僅為工頻啟停控制方式的40%左右。況且變風量控制完全規避了人工啟停工頻運行方式下,因操作無實時性或管理不完善造成的能量浪費。根據大量典型的中央空調系統節能改造案例統計數據表明,在成功的中央空調系統節能改造實現后,其冷卻塔風機系統節能率均在40%以上,某些含有大容量冷卻塔蓄水池裝置的冷卻塔系統則可達到50%以上。


四、SVF-EV中央空調節能系統特點


1、變頻器界面為雙LED顯示,監控參數豐富;鍵盤布局簡潔、操作方便。


2、溫度/溫差傳感器為數字雙屏LED顯示,溫度參數設定方便,易于監控。


3、變頻器有過流、過載、過壓、過熱等多種電子保護裝置,并且有豐富的故障報警輸出功能,可有效保護供水系統的正常運作。


4、加裝變頻器后,電機具有軟啟動及無極調速功能,可使水泵和電機的機械磨損大為降低,延長設備壽命。


5、該系統實現了對溫度的PID閉環調節,室內溫度變化平穩,令舒適度大大提高。


五、結束語


目前,中央空調系統節能結束改造工程項的市場分布不僅廣泛,而且數量眾多,這為進行節能改造市場化應用和推廣奠定基礎。根據統計顯示,已投入運行的中央空調系統中,至少有70%以上未進行過節能改造,且具有很好的節能空間。將變頻技術應用于中央空調系統,對提升中央空調自動化水平、降低能耗、減少對電網的沖擊、延長機械及管網的使用壽命,都具有重要意義。


  6

頭像被遺忘的時光2樓

通過變頻頻改造后,能根據房間的制冷及制熱的需求自動調節冷凍泵及冷卻泵的流量而達到節能降耗的目地。
  (1)由于目前冷卻水循環泵為工頻滿負荷運轉,在制冷周期的前期和后期,環境溫度較低,冷卻水回水溫度較低,會造成溴化鋰結晶,導致空調機組效率降低,甚至保護。采用變頻恒溫差控制后,回水溫度得到有效控制,將大大提高空調機組的效率,達到節能目地
  (2)由于冷凍水循環泵也在工頻滿負荷運轉,而不能根據室內溫度的要求自動調節流量,而通過變頻改造后冷凍泵能根據室外溫度及室內溫度要求能自動調節流量,提高效率,達到節能目地。 
二、(3)減小空調開機、停機時對供電和系統的沖擊
  減小空調開/停機對電網的沖擊,由于循環水泵的功率較大,工頻起/停泵時,對電網的沖擊較大,影響其他設備的運行。采用變頻控制后,水泵實現軟起動、軟停止,其電流均小于額定電流,對電網不再產生沖擊。
  減小停泵時循環水的水垂效應,由于是變頻軟停止,且停泵過程可控制,可以完全消除停泵時的水垂效應,消除水垂對空調系統管網的沖擊。
  (4)降低設備的故障率
  采用變頻控制后,循環水泵大部分時間工作在額定功率以下,這將有力的降低設備的故障率,減少設備維修和維護。
  (5)提高設備的自動化程度
  實現對循環泵的過載、過流保護對冷水機組的冷卻水、冷凍水的溫度進行自動控制,保證機組的安全高效運行。
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