中央空調(diào)系統(tǒng)水泵變頻節(jié)能改造方案

中央空調(diào)系統(tǒng)水泵變頻節(jié)能改造方案中央空調(diào)系統(tǒng)水泵變頻節(jié)能改造方案 三 中央空三 中央空調(diào)調(diào)系系統(tǒng)統(tǒng)構(gòu)成及工作原理構(gòu)成及工作原理 1 冷凍機(jī)組 通往各個房間的循環(huán)水由冷凍機(jī)組進(jìn)行 內(nèi)部熱交換 作用 使冷凍 水降溫為 5 7 并通過循環(huán)水系統(tǒng)向各個空調(diào)點(diǎn)提供外部熱交換源 內(nèi)部熱交 換產(chǎn)生的熱量 通過冷卻水系統(tǒng)在冷卻塔中向空氣中排放 內(nèi)部熱交換系統(tǒng)是中 央空調(diào)的 制冷源 2 冷凍水塔 用于為冷凍機(jī)組提供 冷卻水 3 外部熱交換 系統(tǒng) 由兩個循環(huán)水系統(tǒng)組成 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)由冷凍泵及冷凍管道組成 從冷凍機(jī)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(nèi)進(jìn)行熱交換 帶走房間內(nèi)的熱量 使房間 內(nèi)的溫度下降 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)由冷卻泵 冷卻水管道及冷卻塔組成 冷凍機(jī)組進(jìn)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(jìn)行熱交換 然后再將降了溫的冷卻水 送回到冷凍機(jī)組 如此不斷循環(huán) 帶走冷凍機(jī)組成釋 放的熱量 4 冷卻風(fēng)機(jī) 室內(nèi)風(fēng)機(jī) 安裝于所有需要降溫的房間內(nèi) 用于將由冷凍水冷卻了的冷空氣 吹入房間 加速房間內(nèi)的熱交換 冷卻塔風(fēng)機(jī)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(diào)系統(tǒng)的四個部分都可以實(shí)施節(jié)電改造 但冷凍水機(jī)組和冷卻水機(jī)組的 改造改造后節(jié)電效果最為理想 文章中我們將重點(diǎn)闡述對冷凍機(jī)組和冷卻機(jī)組 的變頻調(diào)速技術(shù)改造 四 中央空四 中央空調(diào)變頻調(diào)變頻系系統(tǒng)統(tǒng)改造方案改造方案 現(xiàn)將內(nèi)蒙古某飯店的中央空調(diào)系統(tǒng)的變頻節(jié)能改造方案做一具體介紹 1 中央空調(diào)原系統(tǒng)簡介 1 1 該集飯店中央空調(diào)系統(tǒng)改造前的主要設(shè)備和控制方式 450 冷噸冷氣主機(jī) 2 臺 型號為特靈二極式離心機(jī) 兩臺并聯(lián)運(yùn)行 冷凍水泵 2 臺 揚(yáng)程 28 米配有功 率 45KW 冷卻水泵有 2 臺 揚(yáng)程 35 米 配用功率 75KW 均采用兩用一備的方 式運(yùn)行 冷卻塔 2 臺 風(fēng)扇電機(jī) 11KW 并聯(lián)運(yùn)行 室內(nèi)風(fēng)機(jī) 4 臺 5 5KW 并聯(lián) 運(yùn)行 1 2 原系統(tǒng)的運(yùn)行及存在問題 該飯店是一家五星飯店 為了給客入營造一個良 好的居住環(huán)境 飯店大部空間采用全封密的 且飯店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 由于中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時必須按天氣最熱 負(fù)荷最大時設(shè)計(jì) 且留有 10 20 左右的設(shè)計(jì)余量 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)的調(diào)節(jié) 這樣 冷凍水 冷卻水系統(tǒng)幾乎長期在大流量 小溫差的狀態(tài)下運(yùn)行 造成了能 量的極大浪費(fèi) 而且冷凍 冷卻水泵采用的均是 Y 起動方式 電機(jī)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(jī)械沖擊和停泵時的水錘現(xiàn)象 容易對機(jī)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(fèi)用 設(shè)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(tǒng)實(shí)際負(fù)荷的變化 其熱力工況的平衡只 能由人工調(diào)整冷凍主機(jī)出水溫度 以及大流量小溫差來掩蓋 這樣 不僅浪費(fèi)能 量 也惡化了系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境 運(yùn)行質(zhì)量 特別是在環(huán)境溫度偏低 某些末端設(shè) 備溫控稍有失靈或靈敏度不高時 將會導(dǎo)致大面積空調(diào)室溫偏冷 感覺不適 嚴(yán) 重干擾中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量 因?yàn)榭照{(diào)偏冷的問題經(jīng)常接到客人的投訴 處 理這些投訴造成不少人力資源的浪費(fèi) 根據(jù)實(shí)際情況 我們向該飯店負(fù)責(zé)人提出 利用變頻器 人機(jī)界面 PLC 數(shù)模轉(zhuǎn) 換模塊 溫度模塊 溫度傳感器等構(gòu)成的溫差閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng) 對冷凍 冷卻 水泵進(jìn)行改造 以節(jié)約電能 穩(wěn)定系統(tǒng) 延長設(shè)備壽命 2 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的具體方案 中央空調(diào)系統(tǒng)通常分為冷凍 媒 水和冷卻水兩個系統(tǒng) 如下圖 左半部分為冷凍 媒 水系統(tǒng) 右半部分為冷卻水系統(tǒng) 根據(jù)國內(nèi)外最新資料介紹 并多處通過對 在中央空調(diào)水泵系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制改造的成功范例進(jìn)行考察 現(xiàn)在水泵系統(tǒng)節(jié) 能改造的方案大都采用變頻器來實(shí)現(xiàn) 1 冷凍 媒 水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制 制冷模式下冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制 該方案在保證最末端設(shè)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 將其設(shè)定為下限頻率并鎖定 變頻冷凍水泵的頻率調(diào)節(jié)是 通過安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度 再經(jīng)由 溫度控制器設(shè)定的溫度來控制變頻器的頻率增減 控制方式是 冷凍回水溫度大 于設(shè)定溫度時頻率無極上調(diào) 該模式是在中央空調(diào)中熱泵運(yùn)行 即制熱 時冷凍水泵系統(tǒng)的控制方案 同制 冷模式控制方案一樣 在保證最末端設(shè)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 將其設(shè)定為下限頻率并鎖定 變頻冷凍水泵的 頻率調(diào)節(jié)是通過安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫 度 再經(jīng)由溫度控制器設(shè)定的溫度來控制變頻器的頻率增減 不同的是 冷凍回 水溫度小于設(shè)定溫度時頻率無極上調(diào) 當(dāng)溫度傳感檢測到的冷凍水回水溫越高 變頻器的輸出頻率越低 2 2 冷卻水系統(tǒng)的閉環(huán)控制 目前 在冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行改造的方案最為常見 節(jié)電效果也較為顯著 該方案 同樣在保證冷卻塔有一定的冷卻水流出的情況下 通過控制變頻器的輸出頻率 來調(diào)節(jié)冷卻水流量 當(dāng)中央空調(diào)冷卻水出水溫度低時 減少冷卻水流量 當(dāng)中央 空調(diào)冷卻水出水溫度高時 加大冷卻水流量 從而達(dá)到在保證中央空調(diào)機(jī)組正常 工作的前提下達(dá)到節(jié)能增效的目的 現(xiàn)有的控制方式大都先確定一個冷卻泵變頻器工作的最小工作頻率 將其設(shè) 定為 下限頻率并鎖定 變頻冷卻水泵的頻率是取冷卻管進(jìn) 出水溫度差和出水溫 度信號來調(diào)節(jié) 當(dāng)進(jìn) 出水溫差大于設(shè)定值時 頻率無極上調(diào) 當(dāng)進(jìn) 出水溫差小 于設(shè)定值時 頻率無極下調(diào) 同時當(dāng)冷卻水出水溫度高于設(shè)定值時 頻率優(yōu)先無 極上調(diào) 當(dāng)冷卻水出水溫度低于設(shè)定值時 按溫差變化來調(diào)節(jié)頻率 進(jìn) 出水溫 差越大 變頻器的輸出頻率越高 進(jìn) 出水溫差越小 變頻器的輸出頻率越低 2 3 介紹變頻節(jié)電原理 變頻節(jié)能原理 由流體傳輸設(shè)備 水泵 風(fēng)機(jī) 的工作原理可知 水泵 風(fēng)機(jī)的流量 風(fēng)量 與其轉(zhuǎn)速成正比 水泵 風(fēng)機(jī)的壓力 揚(yáng)程 與其轉(zhuǎn)速的平方成正比 而水 泵 風(fēng)機(jī)的軸功率等于流量與壓力的乘積 故水泵 風(fēng)機(jī)的軸功率與其轉(zhuǎn)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(jié)能的效果是十分顯著的 這種節(jié)能回報(bào)是看到見的 特別是調(diào)節(jié)范圍大 啟動電流大的系統(tǒng)及設(shè)備 通過 圖三可以直觀的看出在流量變化時只要對轉(zhuǎn)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(diǎn)使得變頻調(diào)速裝置成為一種趨勢 而且不斷 深入并應(yīng)用于各行各業(yè)的調(diào)速領(lǐng)域 根據(jù)上述原理可知 改變水泵 風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就可改變水泵 風(fēng)機(jī)的輸出功率 圖中陰影部分為同一臺水泵的工頻運(yùn)行狀態(tài)與變頻運(yùn)行狀態(tài)在隨著流量變化所 耗功率差 2 4 介紹系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)和控制方式 根據(jù)中央空調(diào)系統(tǒng)冷卻水系統(tǒng)的一般裝機(jī) 建議在冷卻水系統(tǒng)和冷凍水系統(tǒng)各 裝兩套 ABB ACS800 一體化變頻調(diào)速控制柜 其中冷卻變頻調(diào)速控制柜供兩臺 冷卻水泵切換 循環(huán) 使用 冷凍變頻調(diào)速控制柜供兩臺冷凍水泵切換 循環(huán) 使 用 變頻節(jié)能調(diào)速系統(tǒng)是在保留原工頻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝改裝的 變頻節(jié)能系統(tǒng) 的聯(lián)動控制功能與原工頻系統(tǒng)的聯(lián)動控制功能相同 變頻節(jié)能系統(tǒng)與原工頻系 統(tǒng)之間設(shè)置了聯(lián)鎖保護(hù) 以確保系統(tǒng)工作安全 利用變頻器 人機(jī)界面 PLC 數(shù) 模轉(zhuǎn)換模塊 溫度傳感器 溫度模塊等器件的有機(jī)結(jié)合 構(gòu)成溫差閉環(huán)自動控制 系統(tǒng) 自動調(diào)節(jié)水泵的輸出流量 為了達(dá)到節(jié)能目的提供了可靠的技術(shù)條件 5 系統(tǒng)主電路的控制設(shè)計(jì) 根據(jù)具體情況 同時考慮到成本控制 原有的電器設(shè)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(yùn)行 因備用泵轉(zhuǎn)換時間與空調(diào)主機(jī)轉(zhuǎn)換時 間一致 均為一個月轉(zhuǎn)換一次 切換頻率不高 決定將冷凍水泵和冷卻水泵電機(jī) 的主備切換控制利用原有電器設(shè)備 通過接觸器 啟停按鈕 轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行電氣 和機(jī)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 6 系統(tǒng)功能控制方式 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要通過人機(jī)界面完成對工藝參數(shù)的檢測 各機(jī)組的協(xié)調(diào)控制 以及數(shù)據(jù)的處理 分析等任務(wù) 下位機(jī) PLC 主要完成數(shù)據(jù)采集 現(xiàn)場設(shè)備的控制 及連鎖等功能 具體工作流程 開機(jī) 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(jī)發(fā)出聯(lián)鎖信號 開啟制冷 機(jī) 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(diào)速 以控制工作流量 同時 PLC 控制冷卻塔根據(jù)溫度傳感器信號自動選擇開啟臺數(shù) 當(dāng)過濾網(wǎng)前后壓差超出設(shè)定值時 PLC 發(fā)出過濾堵塞報(bào)警信號 送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的快 慢是由回風(fēng)溫度與系統(tǒng)設(shè)定值相比較后 用 PID 方式控制變頻器 從而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī) 的轉(zhuǎn)速 達(dá)到調(diào)節(jié)回風(fēng)溫度的目的 停機(jī) 關(guān)閉制冷機(jī) 冷水及冷卻水泵以及冷卻 塔延時十五分鐘后自動關(guān)閉 保護(hù) 由壓力傳感器控制冷水及冷卻水的缺水保護(hù) 壓力偏低時自動開啟補(bǔ)水泵補(bǔ)水 2 7 介紹系統(tǒng)節(jié)能改造原理 對冷凍泵進(jìn)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(jī)的回水溫度和出水溫度讀入控制器內(nèi)存 并計(jì)算出溫差值 然后根 據(jù)冷凍機(jī)的回水與出水的溫差值來控制變頻器的轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)出水的流量 控制熱 交換的速度 溫差大 說明室內(nèi)溫度高系統(tǒng)負(fù)荷大 應(yīng)提高冷凍泵的轉(zhuǎn)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 則說明室內(nèi)溫度低 系 統(tǒng)負(fù)荷小 可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)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(jié)約電能 2 對冷卻泵進(jìn)行變頻改造由于冷凍機(jī)組運(yùn)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(jìn)行不斷循環(huán)的 冷卻水進(jìn)水出水溫差大 說明冷凍機(jī)負(fù)荷大 需冷卻水帶走的熱量大 應(yīng)提高冷 卻泵的轉(zhuǎn)速 加大冷卻水的循環(huán)量 溫差小 則說明 冷凍機(jī)負(fù)荷小 需帶走的熱 量小 可降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速 減小冷卻水的循環(huán)量 以節(jié)約電能 3 冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻控制通過檢測冷卻塔水溫度對冷卻塔風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速閉環(huán) 控制 使冷卻塔水溫度恒定在設(shè)定溫度 可以有效地節(jié)省風(fēng)機(jī)的電能額外損耗 能達(dá)到最佳節(jié)電效果 4 室內(nèi)風(fēng)機(jī)組變頻控制通過檢測冷房溫度對變風(fēng)機(jī)組的風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速閉環(huán) 控制 實(shí)現(xiàn)冷房溫度恒定在設(shè)定溫度 室內(nèi)風(fēng)機(jī)組變頻控制后可達(dá)到理想的節(jié)電 效果 并且空調(diào)效果較佳 2 5 系統(tǒng)流量 壓力保障 本方案的調(diào)節(jié)方式采用閉環(huán)自動調(diào)節(jié)控制 冷卻水泵系統(tǒng)和冷凍水泵系統(tǒng)的調(diào) 節(jié)方式基本相同 用溫度傳感器對冷卻 冷凍 水在主機(jī)上的出口水溫進(jìn)行采樣 轉(zhuǎn)換成電量信號后送至溫控器將該信號與設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算后輸出一類比信 號 一般為 4 20MA 0 10V 等 給 PLC 由 PLC 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 溫度傳感器 溫度模塊進(jìn)行溫差閉環(huán)控制 手動 自動切換和手動頻率上升 下降由 PLC 控制 最后把數(shù)據(jù)傳關(guān)到上位機(jī)人機(jī)界面實(shí)行監(jiān)視控制 變頻器根據(jù) PLC 發(fā)出的類比 信號決定其輸出頻率 以達(dá)到改變水泵轉(zhuǎn)速并調(diào)節(jié)流量的目的 冷卻 冷凍 水系統(tǒng)的變頻節(jié)能系統(tǒng)在實(shí)際使用中要考慮水泵的轉(zhuǎn)速與揚(yáng)程的平 方成正比的關(guān)系 以及水泵的轉(zhuǎn)速與管損平方成正比的關(guān)系 在水泵的揚(yáng)程隨轉(zhuǎn) 速的降低