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空調系統變頻節能改造
瀏覽數:1430   發布時間:2016-2-23

由于中央空調系統都是按最大負載并增加一定余量設計,而實際上在一年中,滿負載下運行最多只有十多天,甚至十多個小時,幾乎絕大部分時間負載都在70%以下運行。通常中央空調系統中冷凍主機的負荷能隨季節氣溫變化自動調節負載,而與冷凍主機相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動調節負載,幾乎長期在100%負載下運行,造成了能量的極大浪費,也惡化了中央空調的運行環境和運行質量。    


隨著變頻技術的日益成熟,利用變頻器、PLC、數模轉換模塊、溫度傳感器、溫度模塊等器件的有機結合,構成溫差閉環自動控制系統,自動調節水泵的輸出流量;采用變頻調速技術不僅能使商場室溫維持在所期望的狀態,讓人感到舒適滿意,可使整個系統工作狀態平緩穩定,更重要的是其節能效果高達30%以上,能帶來很好的經濟效益。    


中央空調系統構成及工作原理    


1、冷凍機組:通往各個房間的循環水由冷凍機組進行“內部熱交換”作用,使冷凍水降溫為5~7℃。并通過循環水系統向各個空調點提供外部熱交換源。內部熱交換產生的熱量,通過冷卻水系統在冷卻塔中向空氣中排放。內部熱交換系統是中央空調的“制冷源”。    


2、冷凍水塔:用于為冷凍機組提供“冷卻水”。    


3、“外部熱交換”系統:由兩個循環水系統組成:    


⑴、冷凍水循環系統由冷凍泵及冷凍管道組成。從冷凍機組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道,在各個房間內進行熱交換,帶走房間內的熱量,使房間內的溫度下降。    


⑵、冷卻水循環系統由冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍機組進行熱交換,使水溫冷卻的同時,必將釋放大量的熱量,該熱量被冷卻水吸收,使冷卻水溫度升高,冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入水塔,使之在冷卻塔中與大氣進行熱交換,然后再將降了溫的冷卻水,送回到冷凍機組,如此不斷循環,帶走冷凍機組成釋放的熱量。    


4、冷卻風機    


⑴、室內風機:安裝于所有需要降溫的房間內,用于將由冷凍水冷卻了的冷空氣吹入房間,加速房間內的熱交換;    


⑵、冷卻塔風機用于降低冷卻塔中的水溫,加速將“回水”帶回的熱量散發到大氣中去。    


中央空調系統的四個部分都可以實施節電改造。但冷凍水機組和冷卻水機組的改造改造后節電效果最為理想,文章中我們將重點闡述對冷凍機組和冷卻機組的變頻調速技術改造。    


次要說明冷卻風機的變頻調速技術改造。    


中央空調變頻系統具體改造方案    


現將淅江省嘉興市某集團公司辦公樓的中央空調系統的變頻節能改造方案做一具體介紹。    


1.中央空調原系統簡介:    


1.1該集團中央空調系統改造前的主要設備和控制方式:450冷噸冷氣主機2臺,型號為特靈二極式離心機,兩臺并聯運行;冷凍水泵2臺,揚程28米配有功率45KW,冷卻水泵有2臺,揚程35米,配用功率75KW。均采用兩用一備的方式運行。冷卻塔2臺,風扇電機11KW,并聯運行。室內風機4臺,5.5KW,并聯運行。    

1.2原系統的運行及存在問題:該集團是一家合資企業,為了給員工營造一個良好的工作環境,辦公樓大部空間采用全封密的,且公司大部分空間自然通風效果不好,所以對夏季冷氣質量的要求較高。所以除了一些節假日外,其它時間中央空調都是全開的。由于中央空調系統設計時必須按天氣最熱、負荷最大時設計,且留有10%-20%左右的設計余量。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的調節。這樣,冷凍水、冷卻水系統幾乎長期在大流量、小溫差的狀態下運行,造成了能量的極大浪費。而且冷凍、冷卻水泵采用的均是Y—△起動方式,電機的起動電流均為其額定電流的3—4倍,在如此大的電流沖擊下,接觸器的使用壽命大大下降;同時,啟動時的機械沖擊和停泵時的水錘現象,容易對機械器件、軸承、閥門和管道等造成破壞,從而增加維修工作量、維修費用、設備也容易老化。另外由于冷凍泵軸輸送的冷量不能跟隨系統實際負荷的變化,其熱力工況的平衡只能由人工調整冷凍主機出水溫度,以及大流量小溫差來掩蓋。這樣,不僅浪費能量,也惡化了系統的運行環境、運行質量。特別是在環境溫度偏低、某些末端設備溫控稍有失靈或靈敏度不高時,將會導致大面積空調室溫偏冷,感覺不適,嚴重干擾中央空調系統的運行質量。因為空調偏冷的問題經常接到員工的投訴,處理這些投訴造成不少人力資源的浪費。    


根據實際情況,我們向該集團負責人提出:利用變頻器、人機界面、PLC、數模轉換模塊、溫度模塊、溫度傳感器等構成的溫差閉環自動調速系統。對冷凍、冷卻水泵進行改造,以節約電能、穩定系統、延長設備壽命。    


2.中央空調系統節能改造的具體方案    


2.1該中央空調節能系統具體裝機清單如表二:    


2.2介紹變頻節電原理:    


變頻節能原理:由流體傳輸設備(水泵、風機)的工作原理可知:水泵、風機的流量(風量)與其轉速成正比;水泵、風機的壓力(揚程)與其轉速的平方成正比,而水泵、風機的軸功率等于流量與壓力的乘積,故水泵、風機的軸功率與其轉速的三次方成正比(即與電源頻率的三次方成正比)。變頻器節能的效果是十分顯著的,這種節能回報是看到見的。特別是調節范圍大、啟動電流大的系統及設備,通過圖三可以直觀的看出在流量變化時只要對轉速(頻率)稍作改變就會使水泵軸功率有更大程度上的改變,就因此特點使得變頻調速裝置成為一種趨勢,而且不斷深入并應用于各行各業的調速領域。    


根據上述原理可知:改變水泵、風機的轉速就可改變水泵、風機的輸出功率。    


2.3介紹系統電路設計和控制方式    


根據中央空調系統冷卻水系統的一般裝機,建議在冷卻水系統和冷凍水系統各裝兩套傳動之星SD-YP系列一體化變頻調速控制柜,其中冷卻變頻調速控制柜供兩臺冷卻水泵切換(循環)使用,冷凍變頻調速控制柜供兩臺冷凍水泵切換(循環)使用。變頻節能調速系統是在保留原工頻系統的基礎上加裝改裝的,變頻節能系統的聯動控制功能與原工頻系統的聯動控制功能相同,變頻節能系統與原工頻系統之間設置了聯鎖保護,以確保系統工作安全。利用變頻器、人機界面、PLC、數模轉換模塊、溫度傳感器、溫度模塊等器件的有機結合,構成溫差閉環自動控制系統,自動調節水泵的輸出流量,為了達到節能目的提供了可靠的技術條件。如圖四所示:    


1.系統主電路的控制設計    


根據具體情況,同時考慮到成本控制,原有的電器設備盡可能的利用。冷凍水泵及冷卻水泵均采用一用一備的方式運行,因備用泵轉換時間與空調主機轉換時間一致,均為一個月轉換一次,切換頻率不高,決定將冷凍水泵和冷卻水泵電機的主備切換控制利用原有電器設備,通過接觸器、啟停按鈕、轉換開關進行電氣和機械互鎖。確保每臺水泵只能由一臺變頻器拖動,避免兩臺變頻器同時拖動同一臺水泵造成交流短路事故;并且每臺變頻器任何時間只能拖動一臺水泵,以免一臺變頻器同時拖動兩臺水泵而過載。    


2.系統功能控制方式    


上位機監控系統主要通過人機界面完成對工藝參數的檢測、各機組的協調控制以及數據的處理、分析等任務,下位機PLC主要完成數據采集,現場設備的控制及連鎖等功能。具體工作流程:開機:開啟冷水及冷卻水泵,由PLC控制冷水及冷卻水泵的啟停,由冷水及冷卻水泵的接觸器向制冷機發出聯鎖信號,開啟制冷機,由變頻器、溫度傳感器、溫度模塊組成的溫差閉環控制電路對水泵進行調速以控制工作流量,同時PLC控制冷卻塔根據溫度傳感器信號自動選擇開啟臺數。當過濾網前后壓差超出設定值時,PLC發出過濾堵塞報警信號。送風機轉速的快慢是由回風溫度與系統設定值相比較后,用PID方式控制變頻器,從而調節風機的轉速,達到調節回風溫度的目的。停機:關閉制冷機,冷水及冷卻水泵以及冷卻塔延時十五分鐘后自動關閉。保護:由壓力傳感器控制冷水及冷卻水的缺水保護,壓力偏低時自動開啟補水泵補水。    


2.4介紹系統節能改造原理    


1、對冷凍泵進行變頻改造控制原理說明如下:PLC控制器通過溫度模塊及溫度傳感器將冷凍機的回水溫度和出水溫度讀入控制器內存,并計算出溫差值;然后根據冷凍機的回水與出水的溫差值來控制變頻器的轉速,調節出水的流量,控制熱交換的速度;溫差大,說明室內溫度高系統負荷大,應提高冷凍泵的轉速,加快冷凍水的循環速度和流量,加快熱交換的速度;反之溫差小,則說明室內溫度低,系統負荷小,可降低冷凍泵的轉速,減緩冷凍水的循環速度和流量,減緩熱交換的速度以節約電能;    


2、對冷卻泵進行變頻改造由于冷凍機組運行時,其冷凝器的熱交換量是由冷卻水帶到冷卻塔散熱降溫,再由冷卻泵送到冷凝器進行不斷循環的。


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