行业应用
2009-11
25
中央空调水泵节能方案
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一、中央空调运行控制方法分析
中央空调系统设计首先是根据室外气象参数和室内空调设计参数计算冷负荷，按分区结构特点，根据产品样本选择相应的设备，组合成一个系统。但空调系统绝大部分时间是在不满负荷的情况下工作。在不满负荷工作的控制方式不合理，系统能效比会大大降低。现在空调系统在运行调节方式上，风水系统主要是阀门（手动、自动阀门调节），主机利用卸荷方式，而这些方式是牺牲了阻力能耗来适应末端负荷要求，造成运行成本居高不下。
若采用变频控制，能量的传递和运输环节控制为变水量（VWV）和变风量（VAV），使传递和运输耦合并达到最佳温差置换，其动力仅为其它控制系统的30~60%，而且节能是双效的，因为对制冷主机的需求能耗同时下降。主机采用变频节能控制，保持设计工况下的制冷剂运动的物理量（如温差、压力等）变化，节能较其它调荷方式明显，如约克（YORK）的YT型离心式冷水机组，配置变频机组在部分负荷下能效比可降至0.2kw/冷吨，可见变频控制方式在空调系统中应用前景十分广阔。
过去由于价格的原因，在中央空调系统中应用变频技术推广较难。在变频技术、计算机自动化控制技术非常成熟的今天，用此技术与暖通空调专业技术相结合，它并不是一门高价的技术，在小功率空调中其经济性都可承受，在中央空调系统中更不应该成问题：（1）中央空调运行时间更长，节能问题更突出；（2）变频控制在整个系统中所占的造价比例不高；（3）变频控制器的容量越大，每千瓦功率单价越低。
中央空调系统采用变频器是可行的，其投资回收一般在6～12个月，以变频控制器使用寿命10年计，其净收益在10倍投资额以上。
二、中央空调调速节能原理
制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中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风机风口的冷却盘管中，由风机吹送冷风达到降温的目的。经蒸发后的制冷剂在冷凝器中释放出热量，与冷却循环水进行热交换，由冷却水泵将带来热量的冷却水带到散热水塔上由水塔风扇对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换，将热量散发到大气中去。
旧操作系统为“星-三角转换起动”全压运行，此时空调机组在满负荷状态下工作，系统在起动电机时不能平滑起动，起动时对电网冲击大，长时间频繁起动将造成电机的绝缘性下降，电机温升过高，在运行过程中不能有效的根据病房与办公楼的需求，对温度进行有效的调节，只能工频最大量进给，这将势必造成能量的浪费。
而通过变频频改造后，能根据房间的制冷及制热的需求自动调节冷冻泵及冷却泵的流量而达到节能降耗的目地。
（1）由于目前冷却水循环泵为工频满负荷运转，在制冷周期的前期和后期，环境温度较低，冷却水回水温度较低，会造成溴化锂结晶，导致空调机组效率降低，甚至保护。采用变频恒温差控制后，回水温度得到有效控制，将大大提高空调机组的效率，达到节能目地
（2）由于冷冻水循环泵也在工频满负荷运转，而不能根据室内温度的要求自动调节流量，而通过变频改造后冷冻泵能根据室外温度及室内温度要求能自动调节流量，提高效率，达到节能目地。
（3）减小空调开机、停机时对供电和系统的冲击
减小空调开/停机对电网的冲击，由于循环水泵的功率较大，工频起/停泵时，对电网的冲击较大，影响其他设备的运行。采用变频控制后，水泵实现软起动、软停止，其电流均小于额定电流，对电网不再产生冲击。
减小停泵时循环水的水垂效应，由于是变频软停止，且停泵过程可控制，可以完全消除停泵时的水垂效应，消除水垂对空调系统管网的冲击。
（4）降低设备的故障率
采用变频控制后，循环水泵大部分时间工作在额定功率以下，这将有力的降低设备的故障率，减少设备维修和维护。
（5）提高设备的自动化程度
实现对循环泵的过载、过流保护
对冷水机组的冷却水、冷冻水的温度进行自动控制，保证机组的安全高效运行。
综上，中央空调的循环水泵采用变频控制具有明显的经济效益，对系统进行变频改造非常必要。
三、中央空调变频改造方案设计：
3.1冷却水循环泵的变频改造方案
3.1.1变频控制方式，专业的冷却泵变频控制理论――恒温差控制
3.1.2变频节能控制原理
变频控制系统根据冷冻机的回水和出水的温度差，改变冷却水循环泵的转速，即改变冷却水的流量，从而保持冷冻机的回水与出水的温度差恒定。
水泵消耗的功率与转速是立方关系，即
P ∝ n3 n――冷却泵的转速
由此可见，水泵消耗的功率在理想状态下，与冷水机组的制冷量成正比，即
P ∝ Q Q――,冷水机组的制冷量
3.1.4控制系统功能
1.冷却出水、回水温度检测、显示
2.恒温差自动控制
3.节能率：可达20％以上
4.运转泵与备用泵切换
5.冷却水过温差、欠压力报警
6.冷却水泵过载报警
3.2冷冻水循环泵的变频改造方案
3.2.1变频控制方式
1、 冷冻水泵系统的闭环控制
〔1〕、制冷模式下冷冻水泵系统的闭环控制
该方案在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减，控制方式是：冷冻回水温度大于设定温度时频率无极上调。
〔2〕、制热模式下冷冻水泵系统的闭环控制
该模式是在中中央空调中热泵运行（即制热）时冷冻水泵系统的控制方案。同制冷模式控制方案一样，在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减。不同的是：冷冻回水温度小于设定温度时频率无极上调，当温度传感检测到的冷冻水回水温越高，变频器的输出频率越低。
3.2.2控制系统功能
1.冷冻水/热水的出水、回水温度检测、显示
2.恒温差控制/恒温控制可选
3.运转泵与备用泵切换
4.冷冻泵与热水泵切换控制
5.水温过温差、欠压力报警
6.循环水泵过载报警
根据以上方案分析，结合实际水泵运行情况，现运行中央空调系统具的很大的节能空间，节电率可达到20%左右，进行节能改造是非常有价值的。
3.2.2控制系统的构成
1． 变频器：采用POWTRAN TECHNOLOGY 公司生产的节能型F变频器，其软件可以最大限度地提高电动机功率因数和电机效率。
2． 温度、压力变送器：系统采用高精度的温度变送器对管网进行监测，以保证系统正常运行在要求的温度范围内。
3． 控制仪表：采用英国仪表，控制精度高，故障率低。
4． 控制系统：采用太阳集团见好就收9728公司的中央空调专用控制系统，具有良好的操作性，可实现远程监控。
5． 低压电器：空气开关，接触器，继电器，按钮等均采用进口产品，保证系统运行的安全可靠。
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