中央空调系统变频节能改造.doc

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1、中央空调系统变频节能改造中央空调系统已广泛应用于工业与民用领域，在宾馆、酒店、写字楼、商场、住院部大楼、工业厂房中的中央空调系统，其制冷压缩机组、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、冷却塔风机系统等的容量大多是按照建筑物最大制冷、制热负荷选定的，且再留有充足裕量。在没有使用具备负载随动调节特性的控制系统中，无论季节、昼夜和用户负荷的如何变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，造成了能量的巨大浪费。近年来由于电价的不断上涨，使得中央空调系统运行费用急剧上升，致使它在整个大厦营运成本费用中占据越来越大的比例，加之目前各生产、服务业竞争激烈，多数企业利润空间不够理想。因此电能费用的控制显然已经成为经

2、营管理者所关注的问题所在。如果采用调节速度的方式来调节流量，就可以从根本上防止电能浪费。近年来随着电力电子技术的发展，变频调速技术越来越成熟，因此推广变频调速在风机、泵类设备上的应用，对于减少能源浪费具有重要意义。 二、中央空调系统 中央空调系统主要由以下几部份组成： 1、 冷冻机组： 冷冻机组为中央空调的制冷源，通往各末端的循环水由冷冻机组进行内部热交换，降温为冷冻水。 2、冷却水塔： 冷却水塔用于为冷冻机组提供冷却水； 3、外部热交换系统由两个循环水系统组成； （1） 冷冻水循环系统： 由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各房间内进行热交换，带走房

3、间热量，使房间内的温度下降。 从冷冻机组流出、进入房间的冷冻水简称为出水：流经所有的房间后回到冷冻机组的冷冻水简称为回水。 （2）冷却水循环系统： 由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换，水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔与大气进行热交换，然后在将降了温的冷却水，送回到冷却机组。如此不断循环，带走了冷冻机组释放的热量。 流进冷冻机组的冷却水简称为进水；从冷冻机组流回冷却塔的冷却水简称为回水。 4、冷却风机有两种情况： （1）室内风机 安装于所有需要降温的房间内，用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房

4、间，加速房间内的热交换。 （2）冷却塔风机 用于降低冷却塔中的水温，加速将回水带回的热量散发到大气中去。 可以看出，中央空调系统是工作过程室一个不断地进行热交换的能量转换过程。在这里，冷冻水和冷却水循环系统是能量的主要传递者。因此，对冷冻水和冷却水循环系统的控制便是中央空调控制系统的重要组成部份。 三、中央空调变频调速系统的控制依据 中央空调系统的外部热交换两个循环系统来完成。循环水系统的回水与进（出）水温度之差，反映了需要进行热交换的热量。因此，根据回水与进水（出）水温度之差来控制循环水的流动速度，从而控制了进行热交换的速度，是比较合理的控制方法。 （1）冷冻水循环系统的控制 由于冷冻水的回

5、水温度是冷冻机组冷冻的结果，常常是比较稳定的。因此，单是回水温度的高低就足以反映房间内的温度。所以，冷冻泵的变频调速系统，可以简单地根据回水温度进行如下控制：回水温度高，说明房间温度高，应该提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度；反之，回水温度低，说明房间温度低，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度，以节约能源。简言之，对于冷冻水循环系统，控制依据是回水温度，即通过变频调速，实现水的恒温度控制。工作过程如下图： 运用四方变频进行节能改造的参数设置：F0.1=4，F8.0=0021，F8.1=0000，F8.2=根据实际需要进行设定。 （2）冷却水循环系统的控制： 由于冷却塔的水温是随环境温

6、度而变的，其单侧水温度不能准确地反映冷冻机组内产生热量的多少。所以，对于冷却泵，以进水和回水间的温差作为控制依据，而实现进水和回水的恒温差控制是比较合理的。温差大，说明冷冻机组产生的热量大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水的循环速度；温差小，说明冷冻机组产生的热量小，可以降低冷却泵的转速，减缓冷却水的循环速度，以节约能源。工作过程如下图： 运用四方通用变频器进行节能改造的参数设置：F0.1=8，F2.12=1，F8.0=0021，F8.1=0500，F8.2=根据实际需要进行设定。 四、中央空调系统进行变频改造的优点： 变频节能改造后除了可以节省大量的电能外还具有以下优点： 1、电机起动是软起动

7、电流从零到两倍额定电流变化，减小了大电流对电机的冲击，延长电机的使用寿命； 2、电机软起动转速从零开始缓慢升速，可以有效减少水泵或风机的机械磨损； 3、变频器是高性能的电力电子设备，具有较强的电机保护功能，能延长系统的各部件使用寿命； 4、经过改造后，可以使系统具有较高的可靠性，减少了环境噪音，减少了维修维护工作量。变频器在中央空调系统的节能应用 一、水泵节能改造的必要性 中央空调是大厦里的耗电大户，每年的电费中空调耗电占60%左右，因此中央空调的节能改造显得尤为重要。 由于设计时，中央空调系统必须按天气最热、负荷最大时设计，并且留10-20%设计余量，然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在

8、满负荷状态下，存在较大的富余，所以节能的潜力就较大，其中，冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应调节，存在很大的浪费。 水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通调节来完成，因此，不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调最末端达不到合理效果的情况。为了解决这些问题需使水泵随着负载的变化调节水流量并关闭旁通。 再因水泵采用的是Y-起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的34倍，一台90KW的电动机其起动电流将达到500A，在如此大的电流冲击下，接触器、电机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时水

9、垂现象，容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件费用。 综上，为了节约能源和费用，需对水泵系统进行改造，经市场调查与了解采用成熟的变频器来实现，以便达到节能和延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。 这是因为变频器能根据冷冻水泵和冷却水泵负载变化随之调整水泵电机的转速，在满足中央空调系统正常工作的情况下使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调节，以达到节能目的。水泵电机转速下降，电机从电网吸收的电能就会大大减少。 其减少的功耗P=P01-(N1/N0)3（1）式 减少的流量Q=Q01-(N1/N0)（2）式 其中N1为改变后的转速，N0为电机原来的转速，

10、P0为原电机转速下的电机消耗功率，Q0为原电机转速下所产生的水泵流量。 由上式可以看出流量的减少与转速减少的一次方成正比，但功耗的减少却与转速减少的三次方成正比。如：假设原流量为100个单位，耗能也为100个单位，如果转速降低10个单位，由（2）式Q=Q01-(N1/N0)=1001-(90/100)=10可得出流量改变了10个单位，但功耗由（1）式P=P01-(N1/N0)3=1001-(90/100)3=27.1可以得出，功率将减少27.1个单位，即比原来减少27.1%。 再因变频器是软启动方式，采用变频器控制电机后，电机在起动时及运转过程中均无冲击电流，而冲击电流是影响接触器、电机使用寿

11、命最主要、最直接的因素，同时采用变频器控制电机后还可避免水垂现象，因此可大大延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。 二、水泵节能改造的方案 中央空调系统通常分为冷冻（媒）水和冷却水两个系统（如下图，左半部分为冷冻（媒）水系统，右半部分为冷却水系统）。根据国内外最新资料介绍，并多处通过对在中央空调水泵系统进行闭环控制改造的成功范例进行考察，现在水泵系统节能改造的方案大都采用变频器来实现。 600)this.width=600 1、冷冻（媒）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

12、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：

13、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。 无锡伊莱克电气有限公司生产的系列智能变频器都具有以上功能，通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器（如图，安装在冷冻水系统回水主管上的A处）来检测冷冻水的回水温度，并可直接通过设定变频器参数使系统温度调控在需要的范围内。 另外，针对已往改造的方案中首次运行时温度交换不充分的缺陷，无锡伊莱克电气有限公司生产的系列智能变频器增加了首次起动全速运行功能，通过设定变频器参数可使冷冻水系统充分交换一段时间，然后再根据冷冻回水温度对频率进行无极调速，并且变频器输出频率是通过检测回水温度信号及温度设定值经P

14、ID运算而得出的。 2、冷却水系统的闭环控制 目前，在冷却水系统进行改造的方案最为常见，节电效果也较为显著。该方案同样在保证冷却塔有一定的冷却水流出的情况下，通过控制变频器的输出频率来调节冷却水流量，当中中央空调冷却水出水温度低时，减少冷却水流量；当中中央空调冷却水出水温度高时，加大冷却水流量，从而达到在保证中中央空调机组正常工作的前提下达到节能增效的目的。 现有的控制方式大都先确定一个冷却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，变频冷却水泵的频率是取冷却管进、出水温度差和出水温度信号来调节，当进、出水温差大于设定值时，频率无极上调，当进、出水温差小于设定值时，频率无极下调，

15、同时当冷却水出水温度高于设定值时，频率优先无极上调，当冷却水出水温度低于设定值时，按温差变化来调节频率，进、出水温差越大，变频器的输出频率越高；进、出水温差越小，变频器的输出频率越低。 无锡伊莱克电气有限公司通过市场调查与了解，并经多方实践应用与论证，现用于冷却水系统闭环控制的系列智能变频器采用同制冷模式下冷冻水泵系统闭环控制一样的控制方式。 与其他厂家的控制方式相比，其优点有： 1、只需在中中央空调冷却管出水端安装一个温度传感器（如图，安装在冷却水系统中中央空调冷却水出水主管上的B处），简单可靠。 2、当冷却水出水温度高于温度上限设定值时，频率直接优先上调至上限频率。 3、当冷却水出水温度低

16、于温度下限设定值时，频率直接优先下调至下限频率。而采用冷却管进、出水温度差来调节很难达到这点。 4、当冷却水出水温度介于温度下限设定值与温度上限设定值时，通过对冷却水出水温度及温度上、下限设定值进行PID计算，从而达到对频率进行无极调速，闭环控制迅速准确。 5、节能效果更为明显。当冷却水出水温度低于温度上限设定值时，采用冷却管进、出水温度差来调节方式没有将出水温度低这一因素加入节能考虑范围，而仅仅由温度差来对频率进行无极调速，而采用上、下限温度来调节方式充分考虑这一因素，因而节能效果更为明显，通过对多家用户市场调查，平均节电率要提高5以上，节电率达到2040。 6、具有首次起动全速运行功能。通过设定变频器参数中的数值可使水系统充分交换一段时间，避免由于刚起动运行时热交换不充分而引起的系统水流量过小。 经苏锡常及上海、杭州、河南、江西、镇江、山东、南京等地区数十家单位长期使用，无锡伊莱克电气有限公司生产的系列智能变频器节电率均在40左右，节电效果显著，产品性能可靠，还可大大延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命，由此可为中中央空调使用单位带来较好的经济效益。