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(shí)際上在一年中,滿(mǎn)負載下運行最多只有十多天,甚至十多個(gè)小時(shí),幾乎絕大部分時(shí)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(dòng)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(dòng)調節負載,幾乎長(cháng)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(huán)境和運行質(zhì)量。
隨著(zhù)變頻技術(shù)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(huán)自動(dòng)控制系統,自動(dòng)調節水泵的輸出流量;采用變頻調速技術(shù)不僅能使商場(chǎng)室溫維持在所期望的狀態(tài),讓人感到舒適滿(mǎn)意,可使整個(gè)系統工作狀態(tài)平緩穩定,更重要的是其節能效果高達30%以上,能帶來(lái)很好的經(jīng)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(gè)房間的循環(huán)水由冷凍機組進(jìn)行“內部熱交換”作用,使冷凍水降溫為5~7℃。并通過(guò)循環(huán)水系統向各個(gè)空調點(diǎn)提供外部熱交換源。內部熱交換產(chǎn)生的熱量,通過(guò)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(gè)循環(huán)水系統組成:
⑴、冷凍水循環(huán)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(gè)房間內進(jìn)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(huán)系統由冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍機組進(jìn)行熱交換,使水溫冷卻的同時(shí),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(jìn)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(huán),帶走冷凍機組成釋放的熱量。
4、冷卻風(fēng)機
⑴、室內風(fēng)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(fēng)機用于降低冷卻塔中的水溫,加速將“回水”帶回的熱量散發(fā)到大氣中去。
中央空調系統的四個(gè)部分都可以實(shí)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(diǎn)闡述對冷凍機組和冷卻機組的變頻調速技術(shù)改造。
次要說(shuō)明冷卻風(fēng)機的變頻調速技術(shù)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(jiǎn)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(lián)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(fēng)扇電機11KW,并聯(lián)運行。室內風(fēng)機4臺,5.5KW,并聯(lián)運行。
1.2原系統的運行及存在問(wèn)題:該集團是一家合資企業(yè),為了給員工營(yíng)造一個(gè)良好的工作環(huán)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(fēng)效果不好,所以對夏季冷氣質(zhì)量的要求較高。所以除了一些節假日外,其它時(shí)間中央空調都是全開(kāi)的。由于中央空調系統設計時(shí)必須按天氣最熱、負荷最大時(shí)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(cháng)期在大流量、小溫差的狀態(tài)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(dòng)方式,電機的起動(dòng)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(shí),啟動(dòng)時(shí)的機械沖擊和停泵時(shí)的水錘現象,容易對機械器件、軸承、閥門(mén)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(shí)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(lái)掩蓋。這樣,不僅浪費能量,也惡化了系統的運行環(huán)境、運行質(zhì)量。特別是在環(huán)境溫度偏低、某些末端設備溫控稍有失靈或靈敏度不高時(shí),將會(huì )導致大面積空調室溫偏冷,感覺(jué)不適,嚴重干擾中央空調系統的運行質(zhì)量。因為空調偏冷的問(wèn)題經(jīng)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(shí)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(huán)自動(dòng)調速系統。對冷凍、冷卻水泵進(jìn)行改造,以節約電能、穩定系統、延長(cháng)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(fēng)機)的工作原理可知:水泵、風(fēng)機的流量(風(fēng)量)與其轉速成正比;水泵、風(fēng)機的壓力(揚程)與其轉速的平方成正比,而水泵、風(fēng)機的軸功率等于流量與壓力的乘積,故水泵、風(fēng)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(zhù)的,這種節能回報是看到見(jiàn)的。特別是調節范圍大、啟動(dòng)電流大的系統及設備,通過(guò)圖三可以直觀(guān)的看出在流量變化時(shí)只要對轉速(頻率)稍作改變就會(huì )使水泵軸功率有更大程度上的改變,就因此特點(diǎn)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(yè)的調速領(lǐng)域。
根據上述原理可知:改變水泵、風(fēng)機的轉速就可改變水泵、風(fēng)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(dòng)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(huán))使用,冷凍變頻調速控制柜供兩臺冷凍水泵切換(循環(huán))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(lián)動(dòng)控制功能與原工頻系統的聯(lián)動(dòng)控制功能相同,變頻節能系統與原工頻系統之間設置了聯(lián)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(huán)自動(dòng)控制系統,自動(dòng)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(shù)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(shí)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(shí)間與空調主機轉換時(shí)間一致,均為一個(gè)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(guò)接觸器、啟停按鈕、轉換開(kāi)關(guān)進(jìn)行電氣和機械互鎖。確保每臺水泵只能由一臺變頻器拖動(dòng),避免兩臺變頻器同時(shí)拖動(dòng)同一臺水泵造成交流短路事故;并且每臺變頻器任何時(shí)間只能拖動(dòng)一臺水泵,以免一臺變頻器同時(shí)拖動(dòng)兩臺水泵而過(guò)載。
2.系統功能控制方式
上位機監控系統主要通過(guò)人機界面完成對工藝參數的檢測、各機組的協(xié)調控制以及數據的處理、分析等任務(wù),下位機PLC主要完成數據采集,現場(chǎng)設備的控制及連鎖等功能。具體工作流程:開(kāi)機:開(kāi)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(fā)出聯(lián)鎖信號,開(kāi)啟制冷機,由變頻器、溫度傳感器、溫度模塊組成的溫差閉環(huán)控制電路對水泵進(jìn)行調速以控制工作流量,同時(shí)PLC控制冷卻塔根據溫度傳感器信號自動(dòng)選擇開(kāi)啟臺數。當過(guò)濾網(wǎng)前后壓差超出設定值時(shí),PLC發(fā)出過(guò)濾堵塞報警信號。送風(fēng)機轉速的快慢是由回風(fēng)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(fēng)機的轉速,達到調節回風(fēng)溫度的目的。停機:關(guān)閉制冷機,冷水及冷卻水泵以及冷卻塔延時(shí)十五分鐘后自動(dòng)關(guān)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(shí)自動(dòng)開(kāi)啟補水泵補水。
2.4介紹系統節能改造原理
1、對冷凍泵進(jìn)行變頻改造控制原理說(shuō)明如下:PLC控制器通過(guò)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(lái)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(shuō)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(huán)速度和流量,加快熱交換的速度;反之溫差小,則說(shuō)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(huán)速度和流量,減緩熱交換的速度以節約電能;
2、對冷卻泵進(jìn)行變頻改造由于冷凍機組運行時(shí),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(jìn)行不斷循環(huán)的。