變頻器在中央空調(diào)冷卻水、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用
bmller 2022-09-30
引言：
作為建筑內(nèi)部重點(diǎn)耗能設(shè)備，中央空調(diào)系統(tǒng)的耗電一般要占整座建筑電耗的 40% 以上。而中央空調(diào)機(jī)組是以滿足使用場(chǎng)所的最大冷熱量來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而在實(shí)際應(yīng)用中絕大多數(shù)用戶在使用時(shí)，冷熱負(fù)荷是變化的，一般與最大設(shè)計(jì)供冷熱量存在著很大的差異，系統(tǒng)各部分 90% 以上運(yùn)行在非滿載額定狀態(tài)。傳統(tǒng)的中央空調(diào)水、風(fēng)系統(tǒng)均采用調(diào)節(jié)閥門(mén)或風(fēng)門(mén)開(kāi)度的方式來(lái)調(diào)節(jié)水量和風(fēng)量，這種調(diào)節(jié)方式的缺點(diǎn)不僅是消耗大量能量，而且調(diào)節(jié)品質(zhì)難以達(dá)到理想狀態(tài)而導(dǎo)致空調(diào)的舒適度不良。
應(yīng)用交流變頻技術(shù)通過(guò)對(duì)中央空調(diào)的末端空調(diào)風(fēng)機(jī)箱、冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷凍水 / 冷卻水水泵、甚至主機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速等進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，從而使空調(diào)各子系統(tǒng)風(fēng)量、水流量等負(fù)荷工況參數(shù)按負(fù)荷情況得到適時(shí)調(diào)節(jié)，不但能改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，達(dá)到閥門(mén)、風(fēng)門(mén)節(jié) / 回流調(diào)節(jié)、變極調(diào)速等落后調(diào)節(jié)方式所不能相比的調(diào)節(jié)性能，改善空調(diào)的舒適性；更能到達(dá)節(jié)約大量電能，降低設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用。隨著變頻技術(shù)的成熟和發(fā)展，“一天的電費(fèi)用兩天的電”不再是天方夜譚。對(duì)中央空調(diào)進(jìn)行變頻節(jié)能改造是降本增效的一條捷徑。中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理:
制冷機(jī)通過(guò)壓縮機(jī)將制冷劑壓縮成液態(tài)后送蒸發(fā)器中與冷凍水進(jìn)行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風(fēng)機(jī)風(fēng)口的冷卻盤(pán)管中，由風(fēng)機(jī)吹送冷風(fēng)達(dá)到降溫的目的。經(jīng)蒸發(fā)后的制冷劑在冷凝器中釋放出熱量，與冷卻循環(huán)水進(jìn)行熱交換，由冷卻水泵將帶有熱量的冷卻水送到散熱水塔上由水塔風(fēng)扇對(duì)其進(jìn)行噴淋冷卻，與大氣之間進(jìn)行熱交換，將熱量散發(fā)到大氣中去，如下圖所示：
冷凍水循環(huán)系統(tǒng) ：
由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍主機(jī)流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，通過(guò)各房間的盤(pán)管，帶走房間內(nèi)的熱量，使房間內(nèi)的溫度下降。同時(shí)，房間內(nèi)的熱量被冷凍水吸收，使冷凍水的溫度升高。溫度升高了的循環(huán)水經(jīng)冷凍主機(jī)后又成為冷凍水，如此循環(huán)不已。
從冷凍主機(jī)流出，進(jìn)入房間的冷凍水簡(jiǎn)稱為“出水”，流經(jīng)所有房間后回到冷凍主機(jī)的冷凍水簡(jiǎn)稱為“回水”。無(wú)疑回水的溫度將高于出水的溫度形成溫差。
冷卻水循環(huán)系統(tǒng) ：
冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍主機(jī)在進(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冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換，然后再將降溫了的冷卻水，送回到冷凍機(jī)組。如此不斷循環(huán)，帶走了冷凍主機(jī)釋放的熱量。
流進(jìn)冷凍主機(jī)的冷卻水簡(jiǎn)稱為“進(jìn)水”，從冷凍主機(jī)流回冷卻塔的冷卻水簡(jiǎn)稱為“回水”。同樣，回水的溫度將高于進(jìn)水的溫度形成溫差。
中央空調(diào)節(jié)能改造的必要性：
由于設(shè)計(jì)時(shí)，中央空調(diào)系統(tǒng)必須按天氣最熱、負(fù)荷最大時(shí)設(shè)計(jì)，并且留10-20％設(shè)計(jì)余量，然而實(shí)際上絕大部分時(shí)間空調(diào)是不會(huì)運(yùn)行在滿負(fù)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(jī)可以根據(jù)負(fù)載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負(fù)載變化作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，存在很大的浪費(fèi)。水泵系統(tǒng)的流量與壓差以前是靠閥門(mén)和旁通調(diào)節(jié)來(lái)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(fèi)電能，而且還造成中央空調(diào)最末端達(dá)不到合理效果的情況。為解決這些問(wèn)題需使水泵隨著負(fù)載的變化調(diào)節(jié)水流量并關(guān)閉旁通。 再因水泵采用的是Y—△起動(dòng)方式，電機(jī)的起動(dòng)電流平均為其額定電流的3～4倍，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機(jī)的使用壽命大大下降，同時(shí)，起動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖擊和停泵時(shí)的水錘現(xiàn)象，容易對(duì)機(jī)械零件、軸承、閥門(mén)、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費(fèi)用。
節(jié)能系統(tǒng)介紹：
采用G系列變頻器實(shí)現(xiàn)智能模糊控制，根據(jù)冷凍、冷卻出回水的溫差進(jìn)行自動(dòng)變頻運(yùn)行，在滿足冷氣量需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)電率，最高可達(dá)60%以上。
冷凍系統(tǒng)進(jìn)行恒溫控制。而以回水溫度信號(hào)作為目標(biāo)信號(hào)，使壓差的目標(biāo)值可以在一定范圍內(nèi)根據(jù)回水溫度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。就是說(shuō)，當(dāng)房間溫度較低時(shí)，使壓差的目標(biāo)值適當(dāng)下降一些，減小冷凍泵的平均轉(zhuǎn)速，提高節(jié)能效果。這樣一來(lái)，既考慮到了環(huán)境溫度的因素，又改善了節(jié)能效果。
具體方法是：在保證冷凍機(jī)組冷凍水流量所需前提下，確定一個(gè)冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，可將其設(shè)定為下限頻率。水泵電機(jī)頻率調(diào)節(jié)是通過(guò)安裝在系統(tǒng)管道上溫度傳感器測(cè)回水溫度。溫控器將其與設(shè)定值進(jìn)行比較。當(dāng)冷凍回水溫度大于設(shè)定值時(shí)，變頻器輸出上限頻率，水泵電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)冷凍回水溫度小于設(shè)定溫度時(shí)電機(jī)以設(shè)定的頻率曲線工作。系統(tǒng)圖如下：
冷卻系統(tǒng)以壓差信號(hào)為反饋信號(hào)，進(jìn)行恒壓差控制，系統(tǒng)如圖所示：
主要的功能有：
*變頻/工頻切換功能
如將轉(zhuǎn)換K1開(kāi)關(guān)置于“停”位，則不改變?cè)刂乒竦牟僮?，如要變頻運(yùn)行，則轉(zhuǎn)換1開(kāi)關(guān)必須置于“1號(hào)”位
*閉環(huán)全自動(dòng)運(yùn)行功能
將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K1置于“1”位，“變頻運(yùn)行”指示燈亮，此時(shí)變頻器的運(yùn)行頻率由PID自動(dòng)給定，無(wú)須人工調(diào)節(jié)。
*開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)功能
將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K1置于“1”位，“變頻運(yùn)行”指示燈亮，此時(shí)變頻器的運(yùn)行頻率通過(guò)設(shè)定變頻器參數(shù)F12=1，就可以通過(guò)調(diào)節(jié)電位器，人為設(shè)定。從運(yùn)行情況看，進(jìn)行變頻節(jié)能改造后：
*節(jié)能效果顯著；
*實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)電流大幅度下降，避免了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊；
*設(shè)備運(yùn)行更平穩(wěn)，消除了啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)；
*實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)全自動(dòng)控制，提高了自動(dòng)化水平，運(yùn)行安全可靠、無(wú)人值守。
結(jié)束語(yǔ)：
變頻器具有節(jié)能自動(dòng)運(yùn)行，能持續(xù)優(yōu)化電機(jī)效率，實(shí)現(xiàn)最大的節(jié)能效果，同時(shí)內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，方便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。一般整體節(jié)電效果達(dá)30％～60％，安全可靠、操作簡(jiǎn)單。
中央空調(diào)是現(xiàn)代物業(yè)大廈，賓館商場(chǎng)不可缺少的設(shè)施，它能給人們帶來(lái)四季如春，溫馨舒適的每一天，對(duì)中央空調(diào)實(shí)行節(jié)能改造，既節(jié)省了大量的電能，又保護(hù)了環(huán)境，更為重要的是為企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，大大加強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力！
