變頻器中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)方案低壓節(jié)能控制系統(tǒng)

變頻器中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)方案低壓節(jié)能控制系統(tǒng)

一、引言

低壓節(jié)能控制系統(tǒng)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。

由于設計時，中央空調(diào)系統(tǒng)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(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調(diào)節(jié)，存在很大的浪費。

本泵系統(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，而其還造成中央空調(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(xiàn)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(diào)系統(tǒng)的工作原理及組成結構

由主機、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)部分三大部分組成。

中央空調(diào)系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)為線性特性。

2、平方轉矩型負載：如冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、冷媒循環(huán)水系統(tǒng)（熱泵循環(huán)水系統(tǒng)）、冷卻塔風機系統(tǒng)、盤管風機系統(tǒng)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(jié)能空間各有不同。

2.1制冷壓縮機的節(jié)能調(diào)節(jié)原理

以蒸汽壓縮式制冷循環(huán)為例，中央空調(diào)的制冷系統(tǒng)其制冷循環(huán)過程如上圖所示。就中央空調(diào)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(diào)節(jié)制冷劑的流量方式，因此一般不建議對制冷壓縮機進行節(jié)能改造。

2.2風機水泵節(jié)能調(diào)節(jié)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(shù)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(tǒng)是否具有節(jié)能潛力。由于中央空調(diào)系統(tǒng)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(xiàn)；其次是系統(tǒng)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(shù)據(jù)，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(diào)節(jié)方向與調(diào)節(jié)幅度。為了避免出現(xiàn)“斷流”現(xiàn)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(jīng)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(diào)系統(tǒng)低壓檢測或報警動作），建議采用溫度控制方式來實現(xiàn)。

三、SVF-EV變頻節(jié)能系統(tǒng)結構圖

3.1冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制（檢測進、出水溫差）

中央空調(diào)系統(tǒng)冷凍循環(huán)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(xiàn)象角度上看，冷凍循環(huán)水的實際需求量僅為供給量得2℃/5℃=40%，在變頻調(diào)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(tǒng)的制冷效果變差，因此節(jié)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(diào)。

3.2制熱模式下冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制（檢測進水、水溫差）

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

3.3冷卻循環(huán)水泵開環(huán)控制（檢測進出、水溫差）

中央空調(diào)系統(tǒng)標準冷卻循環(huán)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(huán)系統(tǒng)進行室內(nèi)熱交換的同時，并帶走室內(nèi)大量的熱能，能量從主機內(nèi)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(huán)系統(tǒng)同時受室內(nèi)外環(huán)境溫度及室內(nèi)熱負荷兩方面影響，循環(huán)水管道單側的水溫不能準確反映該系統(tǒng)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(nèi)溫度的依據(jù)是合理的節(jié)能方式。在外界環(huán)境溫度不變的情況下，溫差大，說明室內(nèi)熱負荷較大，應提高冷卻泵的轉速，增大冷卻水循環(huán)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(jié)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(huán)水的總供應流量來實現(xiàn)向標準溫差參考值靠近，從而達到節(jié)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(jù)電機運行電流的大小來判斷，若只簡單的從冷媒循環(huán)水系統(tǒng)的電機實際運行電流來看，就會發(fā)生沒有多少節(jié)電空間的錯誤判斷。所以，應根據(jù)實際運行工況點數(shù)據(jù)做依據(jù)：如系統(tǒng)設備容量選型、不同季節(jié)、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(diào)系統(tǒng)基本上沒有與標準指標相一致的情況，大多數(shù)系統(tǒng)都存在著溫差偏小，揚程過高，流量過大等現(xiàn)象，利用變頻調(diào)速技術，把系統(tǒng)多余的流量、揚程節(jié)省下來，使系統(tǒng)工作在耗能最佳工況下（揚程和流量均無多余的狀態(tài)下），從而達到既滿足系統(tǒng)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(tǒng)的現(xiàn)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(tǒng)缺少有效的冷卻效果監(jiān)測，沒有充分利用自然冷卻狀態(tài)下節(jié)約電能的機會，導致冷卻塔風機處于兩種極端狀態(tài)；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(qū)間作為風機頻率調(diào)節(jié)依據(jù)，實行溫度PID變風量調(diào)節(jié)。經(jīng)實際運行測試，在變風量控制方式下的能耗僅為工頻啟?？刂品绞降?0%左右。況且變風量控制完全規(guī)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(jù)大量典型的中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造案例統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在成功的中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造實現(xiàn)后，其冷卻塔風機系統(tǒng)節(jié)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(tǒng)則可達到50%以上。

四、SVF-EV中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)特點

1、變頻器界面為雙LED顯示，監(jiān)控參數(shù)豐富；鍵盤布局簡潔、操作方便。

2、溫度/溫差傳感器為數(shù)字雙屏LED顯示，溫度參數(shù)設定方便，易于監(jiān)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(tǒng)的正常運作。

4、加裝變頻器后，電機具有軟啟動及無極調(diào)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(tǒng)實現(xiàn)了對溫度的PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，室內(nèi)溫度變化平穩(wěn)，令舒適度大大提高。

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