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變頻器在中央空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用
一、 水泵節(jié)能改造的必要性
中央空調(diào)是大廈里的耗電大戶,每年的電費中空調(diào)耗電占60%左右,因此中央空調(diào)的節(jié)能改造顯得尤為重要。
由于設(shè)計時,中央空調(diào)系統(tǒng)必須按天氣最熱、負荷最大時設(shè)計,并且留10-20%設(shè)計余量,然而實際上絕大部分時間空調(diào)是不會運行在滿負荷狀態(tài)下,存在較大的富余,所以節(jié)能的潛力就較大,其中,冷凍主機可以根據(jù)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(yīng)調(diào)節(jié),存在很大的浪費。
水泵系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門和旁通調(diào)節(jié)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(xiàn)象,不僅大量浪費電能,而且還造成中央空調(diào)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(diào)節(jié)水流量并關(guān)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90KW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垂現(xiàn)象,容易對機械散件、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。
綜上,為了節(jié)約能源和費用,需對水泵系統(tǒng)進行改造,經(jīng)市場調(diào)查與了解采用成熟的變頻器來實現(xiàn),以便達到節(jié)能和延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。
這是因為變頻器能根據(jù)冷凍水泵和冷卻水泵負載變化隨之調(diào)整水泵電機的轉(zhuǎn)速,在滿足中央空調(diào)系統(tǒng)正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵作出相應(yīng)調(diào)節(jié),以達到節(jié)能目的。水泵電機轉(zhuǎn)速下降,電機從電網(wǎng)吸收的電能就會大大減少。
二、 水泵節(jié)能改造的方案
中央空調(diào)系統(tǒng)通常分為冷凍(媒)水和冷卻水兩個系統(tǒng),左半部分為冷凍(媒)水系統(tǒng),右半部分為冷卻水系統(tǒng))。根據(jù)國內(nèi)外最新資料介紹,并多處通過對在中央空調(diào)水泵系統(tǒng)進行閉環(huán)控制改造的成功范例進行考察,現(xiàn)在水泵系統(tǒng)節(jié)能改造的方案大都采用變頻器來實現(xiàn)。
1、 冷凍(媒)水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制
〔1〕、制冷模式下冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制
該方案在保證最末端設(shè)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,將其設(shè)定為下限頻率并鎖定,變頻冷凍水泵的頻率調(diào)節(jié)是通過安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度,再經(jīng)由溫度控制器設(shè)定的溫度來控制變頻器的頻率增減,控制方式是:冷凍回水溫度大于設(shè)定溫度時頻率無極上調(diào)。
〔2〕、制熱模式下冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制
該模式是在中中央空調(diào)中熱泵運行(即制熱)時冷凍水泵系統(tǒng)的控制方案。同制冷模式控制方案一樣,在保證最末端設(shè)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,將其設(shè)定為下限頻率并鎖定,變頻冷凍水泵的頻率調(diào)節(jié)是通過安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度,再經(jīng)由溫度控制器設(shè)定的溫度來控制變頻器的頻率增減。不同的是:冷凍回水溫度小于設(shè)定溫度時頻率無極上調(diào),當溫度傳感檢測到的冷凍水回水溫越高,變頻器的輸出頻率越低。
無錫伊萊克電氣有限公司生產(chǎn)的系列智能變頻器都具有以上功能,通過安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器來檢測冷凍水的回水溫度,并可直接通過設(shè)定變頻器參數(shù)使系統(tǒng)溫度調(diào)控在需要的范圍內(nèi)。
另外,針對已往改造的方案中首次運行時溫度交換不充分的缺陷,無錫伊萊克電氣有限公司生產(chǎn)的系列智能變頻器增加了首次起動全速運行功能,通過設(shè)定變頻器參數(shù)可使冷凍水系統(tǒng)充分交換一段時間,然后再根據(jù)冷凍回水溫度對頻率進行無極調(diào)速,并且變頻器輸出頻率是通過檢測回水溫度信號及溫度設(shè)定值經(jīng)PID運算而得出的。
2、 冷卻水系統(tǒng)的閉環(huán)控制
目前,在冷卻水系統(tǒng)進行改造的方案最為常見,節(jié)電效果也較為顯著。該方案同樣在保證冷卻塔有一定的冷卻水流出的情況下,通過控制變頻器的輸出頻率來調(diào)節(jié)冷卻水流量,當中中央空調(diào)冷卻水出水溫度低時,減少冷卻水流量;當中中央空調(diào)冷卻水出水溫度高時,加大冷卻水流量,從而達到在保證中中央空調(diào)機組正常工作的前提下達到節(jié)能增效的目的。
現(xiàn)有的控制方式大都先確定一個冷卻泵變頻器工作的最小工作頻率,將其設(shè)定為下限頻率并鎖定,變頻冷卻水泵的頻率是取冷卻管進、出水溫度差和出水溫度信號來調(diào)節(jié),當進、出水溫差大于設(shè)定值時,頻率無極上調(diào),當進、出水溫差小于設(shè)定值時,頻率無極下調(diào),同時當冷卻水出水溫度高于設(shè)定值時,頻率優(yōu)先無極上調(diào),當冷卻水出水溫度低于設(shè)定值時,按溫差變化來調(diào)節(jié)頻率,進、出水溫差越大,變頻器的輸出頻率越高;進、出水溫差越小,變頻器的輸出頻率越低。
無錫伊萊克電氣有限公司通過市場調(diào)查與了解,并經(jīng)多方實踐應(yīng)用與論證,現(xiàn)用于冷卻水系統(tǒng)閉環(huán)控制的系列智能變頻器采用同制冷模式下冷凍水泵系統(tǒng)閉環(huán)控制一樣的控制方式。
與其他廠家的控制方式相比,其優(yōu)點有:
1、只需在中中央空調(diào)冷卻管出水端安裝一個溫度傳感器,簡單可靠。
2、當冷卻水出水溫度高于溫度上限設(shè)定值時,頻率直接優(yōu)先上調(diào)至上限頻率。
3、當冷卻水出水溫度低于溫度下限設(shè)定值時,頻率直接優(yōu)先下調(diào)至下限頻率。而采用冷卻管進、出水溫度差來調(diào)節(jié)很難達到這點。
4、當冷卻水出水溫度介于溫度下限設(shè)定值與溫度上限設(shè)定值時,通過對冷卻水出水溫度及溫度上、下限設(shè)定值進行PID計算,從而達到對頻率進行無極調(diào)速,閉環(huán)控制迅速準確。
5、節(jié)能效果更為明顯。當冷卻水出水溫度低于溫度上限設(shè)定值時,采用冷卻管進、出水溫度差來調(diào)節(jié)方式?jīng)]有將出水溫度低這一因素加入節(jié)能考慮范圍,而僅僅由溫度差來對頻率進行無極調(diào)速,而采用上、下限溫度來調(diào)節(jié)方式充分考慮這一因素,因而節(jié)能效果更為明顯,通過對多家用戶市場調(diào)查,平均節(jié)電率要提高5%以上,節(jié)電率達到20%~40%。
6、具有首次起動全速運行功能。通過設(shè)定變頻器參數(shù)中的數(shù)值可使水系統(tǒng)充分交換一段時間,避免由于剛起動運行時熱交換不充分而引起的系統(tǒng)水流量過小。
經(jīng)蘇錫常及上海、杭州、河南、江西、鎮(zhèn)江、山東、南京等地區(qū)數(shù)十家單位長期使用,無錫英福電氣有限公司生產(chǎn)的系列智能變頻器節(jié)電率均在40%左右,節(jié)電效果顯著,產(chǎn)品性能可靠,還可大大延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命,由此可為中中央空調(diào)使用單位帶來較好的經(jīng)濟效益。
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