(完整版)普通中央空調(diào)水泵變頻改造節(jié)能方案.doc

1、普通中央空調(diào)水泵變頻改造節(jié)能方案普通中央空調(diào)水泵變頻改造節(jié)能方案：在中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水泵和冷卻水泵的容量是根據(jù)建筑物最大設(shè)計(jì)熱負(fù)荷選定的，且留有一定的設(shè)計(jì)余量。在沒有使用調(diào)速的系統(tǒng)中，水泵一年四季在工頻狀態(tài)下全速運(yùn)行，只好采用節(jié)流或回流的方式來調(diào)節(jié)流量，產(chǎn)生大量的節(jié)流或回流損失，且對水泵電機(jī)而言，由于它是在工頻下全速運(yùn)行，因此造成了能量的大大浪費(fèi)。由于四季的變化，陰晴雨雪及白天與黑夜時，外界溫度不同，使得中央空調(diào)的熱負(fù)荷在絕大部分時間里遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)負(fù)荷低。也就是說，中央空調(diào)實(shí)際大部分時間運(yùn)行在低負(fù)荷狀態(tài)下。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 67%的工程設(shè)計(jì)熱負(fù)荷值為 94-165W/m2 ，而實(shí)際上 83%的工程熱負(fù)

2、荷只有 58-93 W/m2 ，滿負(fù)荷運(yùn)行時間每年不超過 10-20 小時。實(shí)踐證明，在中央空調(diào)的循環(huán)系統(tǒng)(冷卻泵和冷凍泵)中接入變頻系統(tǒng)，利用變頻技術(shù)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量和壓力的變化用來取代閥門控制流量，能取得明顯的節(jié)能效果。一、普通中央空調(diào)工作系統(tǒng)1、工作簡述、中央空調(diào)啟動后，冷凍單元工作，蒸發(fā)器吸收冷凍水中的熱量，使之溫度降低；同時，冷凝器釋放熱量使冷卻水溫度升高。、降了溫的冷凍水通過冷凍泵加壓送入冷凍水管道，在各個房間由室內(nèi)風(fēng)機(jī)加速進(jìn)行熱交換，帶走房間內(nèi)的熱量使房間內(nèi)的溫度降低后，又流回冷凍水端。、而升了溫的冷卻水通過冷卻泵壓入冷卻塔，由冷卻塔風(fēng)機(jī)加速將冷卻水中的熱量散發(fā)到大氣中，使

3、水溫降低后，流回冷卻水端。、冷凍機(jī)組工作一段時間后，達(dá)到設(shè)定溫度，由溫度傳感器檢測出來，并通過中間繼電器及接觸器控制冷凍機(jī)停止工作，溫度回升到一定值后又控制其運(yùn)行。 二、普通中央空調(diào)存在的問題1、冷凍水，冷卻水循環(huán)泵不能根據(jù)實(shí)際需求來調(diào)整循環(huán)量，電機(jī)工作效率低下，造成大量電力浪費(fèi)，并加速機(jī)組磨損；2、 其控制接觸器等電器動作頻繁，導(dǎo)致使用壽命短，維修量大；而對于大容量系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制線路復(fù)雜，可靠性差，需專人負(fù)責(zé)；3、 整個系統(tǒng)運(yùn)行噪音大、控制性能差、耗電量大、使用壽命短 ;在維護(hù)管理，檢修調(diào)整方面工作量大，維護(hù)費(fèi)用高。三、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

4、）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）根據(jù)上述原理可知：降低水泵、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，水泵、風(fēng)機(jī)的功率可以下降得更多。例如:將供電頻率由50Hz 降為 45Hz ，則P45/P50=(45/50)3=0.729，即 P45=0.729P50 （ P 為電機(jī)軸功率）；將供電頻率由50Hz 降為 40Hz，則P40/P50=(40/50)3=0.512，即 P40=0.512P50 （ P 為電機(jī)軸功率）。由以上內(nèi)容可以看出，用變頻器進(jìn)行流量（風(fēng)量）控制時，可節(jié)約大量

5、電能。中央空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時是按現(xiàn)場最大冷量需求量來考慮的，其冷卻泵，冷凍泵按單臺設(shè)備的最大工況來考慮的，在實(shí)際使用中有 90%多的時間，冷卻泵、冷凍泵都工作在非滿載狀態(tài)下。而用閥門、自動閥調(diào)節(jié)不僅增大了系統(tǒng)節(jié)流損失，而且由于對空調(diào)的調(diào)節(jié)是階段性的，造成整個空調(diào)系統(tǒng)工作在波動狀態(tài)；而通過在冷卻泵、冷凍泵上加裝變頻器則可一勞永逸地解決該問題，還可實(shí)現(xiàn)自動控制，并可通過變頻節(jié)能收回投資。同時變頻器的軟啟動功能及平滑調(diào)速的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)工作狀態(tài)穩(wěn)定，并延長機(jī)組及網(wǎng)管的使用壽命。因此，隨熱負(fù)荷而改變水量的變流量空調(diào)水系統(tǒng)顯示了巨大的優(yōu)越性，因而得到越來越廣泛的應(yīng)用，采用SPWM 變頻

6、器調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，可以方便地調(diào)節(jié)水的流量，根據(jù)負(fù)荷變化的反饋信號經(jīng)PID 調(diào)節(jié)與變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使泵的轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷變化，這樣就可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，其節(jié)能率通常都在 20%以上。改造的節(jié)電率與用戶的使用情況密切相關(guān)，一般情況下，春、秋兩季運(yùn)行節(jié)電率較高，可達(dá) 40%以上，夏季由于用戶本身需要的電能就大，可節(jié)省的空間有限，一般在 20%左右。四、節(jié)能方案1、整體說明貴司中央空調(diào)系統(tǒng)目前有3 臺 55KW 冷卻泵， 3 臺45KW 冷凍泵。我們可對冷卻系統(tǒng)和冷凍系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。中央空調(diào)實(shí)際運(yùn)行時，冷卻系統(tǒng)和冷凍系統(tǒng)的進(jìn)、出水溫差（ T）約為 2oC，根據(jù)：冷凍水、冷卻水帶走的熱量（r ）=流量 (Q

7、) 溫差（ T）我們可以適當(dāng)提高溫差（T），降低流量 (Q)，即降低轉(zhuǎn)速，即可達(dá)到節(jié)能的目的。分析：采用變頻器配合可編程控制器組成控制單元，其中冷卻水泵，冷凍水泵均采用溫度自動閉環(huán)調(diào)節(jié)即用溫度傳感器對冷卻水、冷凍水的水溫進(jìn)行采樣，并轉(zhuǎn)換成電信號（一般為 420mA ， 010V 等）后送至 PLC ,PLC 將該信號與設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算后決定變頻器輸出頻率，以達(dá)到改變冷凍水泵、冷卻水泵轉(zhuǎn)速從而達(dá)到節(jié)能目的。冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻驅(qū)動：可編程控制器根據(jù)回水溫度信號控制變頻器驅(qū)動風(fēng)機(jī)，使風(fēng)機(jī)工作在最經(jīng)濟(jì)狀態(tài)而節(jié)約大量電能。中央空調(diào)系統(tǒng)變頻改造的原理示意圖如下：其中冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，回水與出水溫度之差，反應(yīng)了

8、需要進(jìn)行交換的熱量；根據(jù)回水和出水溫度之差，通過控制循環(huán)水的速度來控制熱交換的速度，在滿足系統(tǒng)冷卻需要的前提下，達(dá)到節(jié)電的目的。溫差大說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大循環(huán)速度，加速冷卻水的降溫；溫差小，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量小，可降低冷卻泵的循環(huán)速度，以節(jié)約電能。采用變頻調(diào)速器驅(qū)動，兩臺冷卻泵互為備用，可編程控制器（PLC）根據(jù)傳感器檢測到的溫差信號，同設(shè)定溫差比較后控制變頻器驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。（ PLC）先控制變頻器軟啟動電動機(jī)M1 ，當(dāng) M1到達(dá)額定轉(zhuǎn)速時，仍未達(dá)到設(shè)定溫差值時， （ PLC）控制 M1 切換到工頻電網(wǎng)運(yùn)行，然后再啟動M2 ，經(jīng)控制變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)M2 運(yùn)轉(zhuǎn)，從

9、而控制冷卻水的循環(huán)速度；當(dāng)電機(jī)M2工作在下限轉(zhuǎn)速值時，如果檢測值大于設(shè)定值，（ PLC）控制電機(jī)M1 停機(jī)，同時控制變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)M2 轉(zhuǎn)速從而達(dá)到設(shè)定要求。在冷凍循環(huán)系統(tǒng)中，由于出水溫度比較穩(wěn)定，因此僅回水溫度就足以反應(yīng)了房間的溫度，所以 PLC 可根據(jù)回水溫度進(jìn)行控制。回水溫度高，說明房間溫度高，應(yīng)提高冷凍泵轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)；反之回水溫度低說明房間溫度低，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度，以節(jié)約能源（其控制過程同冷卻泵循環(huán)系統(tǒng)類似）2、冷凍水系統(tǒng)控制（冷凍泵3 個，單臺45KW,4 極異步電機(jī)）對于冷凍水系統(tǒng)，由于低溫冷凍水溫度取決于蒸發(fā)器的運(yùn)行參數(shù)，只需控制高溫冷凍水（回水

10、）的溫度，即可控制溫差，現(xiàn)采用溫度傳感器、PID 調(diào)節(jié)器和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使冷凍水泵的轉(zhuǎn)速相應(yīng)于熱負(fù)載的變化而變化。即不同的季節(jié)、不同的空調(diào)點(diǎn)負(fù)荷的多少要求循環(huán)水的流量和壓力不同，夏天或空調(diào)點(diǎn)較多時要求流量與壓力較高，而冬天或空調(diào)點(diǎn)較少時要求流量與壓力較低，因此設(shè)計(jì)變頻控制系統(tǒng)使供水系統(tǒng)滿足最佳流量與壓力，達(dá)到節(jié)能的目的。因空調(diào)設(shè)計(jì)時常對循環(huán)水系統(tǒng)考慮較多的滿負(fù)荷余量，所以變頻改造后可以節(jié)省大量的電能，節(jié)電效果非常理想。 3、冷卻水系統(tǒng)控制（冷卻泵2 個，單臺55KW ，4 極異步電機(jī)）對于冷卻水系統(tǒng)，取冷凝器兩側(cè)冷卻水的溫度作為控制參數(shù)，采用溫度傳感器、PID 溫差調(diào)節(jié)器和變頻器及冷

11、卻水泵組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，冷卻水溫差控制在T2（例如：5），使冷卻水泵的轉(zhuǎn)速相應(yīng)于熱負(fù)載的變化而變化，而冷卻水的溫差保持在設(shè)定值不變，使系統(tǒng)在滿足主機(jī)工況不變條件下，冷卻水泵系統(tǒng)節(jié)能最大。即冷卻水依靠冷卻泵給至冷卻塔，不同的內(nèi)部熱交換程度要求冷卻水循環(huán)的流量不同，因在空調(diào)設(shè)計(jì)時會考慮足夠多熱交換的余量，所以在冬春季節(jié)及空調(diào)點(diǎn)負(fù)荷少時會有大量能源浪費(fèi)，采用變頻恒壓控制設(shè)備對循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行控制，可節(jié)省大量的電能，節(jié)電率達(dá) 30%以上4、控制方式本方案在保留原工頻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝變頻控制系統(tǒng)，與原工頻系統(tǒng)之間僅設(shè)置連鎖以確保系統(tǒng)工作安全。同時要求 2 臺冷卻泵循環(huán)使用。圖 4：工頻 / 變頻切換簡圖五

12、、節(jié)能效果分析風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速可達(dá)到理想的節(jié)能效果。下面舉例說明采用變頻調(diào)速后系統(tǒng)的節(jié)能效果：假設(shè)中央空調(diào)的冷凍水泵功率PN=100KW ，全速時供水量為 QN, 每天的平均流量為80%QN，泵的空載損耗約為15%PN，則消耗功率為P=（100-100*15% ） *0.8*0.8*0.8+100*15%=58.52KW節(jié)電率為(100-58.52)/100=42.48%即使每天的平均流量為90%QN，則消耗功率為P=（100-100*15% ） *0.9*0.9*0.9+100*15%=76.97KW節(jié)電率為(100-76.97)/100=23.03%實(shí)踐證明，改造后系統(tǒng)節(jié)電率一般可達(dá)到2

13、0%-40%以上。六、系統(tǒng)選擇1、 器件選型從性價(jià)比的角度出發(fā)，主要器件變頻器和溫度傳感器選用進(jìn)口名牌部件國內(nèi)組裝的產(chǎn)品。低壓電器部份選用進(jìn)口產(chǎn)品。變頻器選用易驅(qū)變頻器 ED2003-FP 系列產(chǎn)品，因水泵負(fù)載不重，按 1： 1 的比例配置即可。溫度傳感器選用管道式溫度變送器。主要裝置：變頻器水溫傳感器、主斷路器交流接觸器 、熱過載繼電器電氣柜、指示燈/ 轉(zhuǎn)換開關(guān) / 按鈕交流電壓表、交流電流表、互感器、數(shù)碼 LED 顯示器 高穩(wěn)定度開關(guān)電源、控制電源濾波器 、可選裝置（控制系統(tǒng)可編程控制器； A/D 、 D/A 擴(kuò)展功能模塊） 。七、中央空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)變頻改造后的性能（ 1）采用變頻器閉環(huán)控制，可按需要進(jìn)行軟件組態(tài)并設(shè)定溫度進(jìn)行PID 調(diào)節(jié)，使電機(jī)輸出功率隨熱負(fù)