時間:2014-04-24 11:42:13來源:四方電氣
一、引言
雖然中央空調(diào)冷凍主機的負荷能隨季節(jié)氣溫變化自動調(diào)節(jié)負載,但是系統(tǒng)匹配的冷凍泵、冷卻泵及冷卻塔風(fēng)機卻不能自動調(diào)節(jié)負載,長期在100%負載下運行,造成了能量的極大浪費,具有很大的節(jié)能空間。
二、中央空調(diào)系統(tǒng)
如圖1所示為典型的中央空調(diào)系統(tǒng)圖,主要由冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)及冷凍主機三部分組成:
圖1 中央空調(diào)系統(tǒng)原理圖
冷凍水循環(huán)系統(tǒng)
該部分主要由冷凍水泵、終端風(fēng)機盤柜機及冷凍水管道等組成。從主機蒸發(fā)器流出的低溫冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道,進入室內(nèi)進行熱交換,帶走房間內(nèi)的熱量,最后回到主機蒸發(fā)器。室內(nèi)風(fēng)機盤柜用于將空氣吹過冷凍水管道,降低空氣溫度,加速室內(nèi)熱交換。
冷卻水循環(huán)系統(tǒng)
該部分由冷卻泵、冷卻水管道及冷卻水塔等組成。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)進行室內(nèi)熱交換的同時,必將帶走室內(nèi)大量的熱能。該熱能通過主機內(nèi)的冷媒傳遞給冷卻水,使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升溫后的冷卻水壓入冷卻水塔,使之與大氣進行熱交換。
制冷主機
中央空調(diào)主機部分由制冷壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流閥及冷媒等組成,其工作循環(huán)過程為,首先低溫低壓氣態(tài)冷媒被壓縮機加壓成高溫高壓液體,進入冷凝器中經(jīng)冷卻循環(huán)水冷卻并通過室外冷卻塔把熱量釋放到大氣中。隨后經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流降壓變成低壓氣液混合物進入蒸發(fā)器,冷媒在蒸發(fā)器中不斷氣化,同時吸收冷凍循環(huán)水中的熱量形成冷水。最后,蒸發(fā)器中氣化后的冷媒又變成了低壓氣體,重新進入了壓縮機,如此循環(huán)往復(fù)。
三、中央空調(diào)節(jié)能理論
由流體力學(xué)理論可知,離心式流體傳輸設(shè)備(如離心式水泵、風(fēng)機等)的輸出流量Q與其轉(zhuǎn)速n成正比;輸出壓力P(揚程)與其轉(zhuǎn)速n的平方成正比;輸出功率N與其轉(zhuǎn)速n的三次方成正比,用數(shù)學(xué)公式可表示為:
Q=K1×n
P=K2×n²
N=P×Q=K3×n³(K1K2K3為比例常數(shù))
由上述原理可知,采用變頻無極調(diào)速技術(shù)控制水泵的轉(zhuǎn)速方式調(diào)節(jié)流量,當(dāng)流量下降時,電能消耗將以三次方的比例下降。如將電機的供電頻率由50Hz降為40Hz,則理論上,電能消耗將減少48.8%。
四、中央空調(diào)改造方案
1、循環(huán)水系統(tǒng)的控制方案
冷凍水循環(huán)系統(tǒng)采用穩(wěn)定溫差(實時根據(jù)用冷量,調(diào)整變頻器的輸出頻率來穩(wěn)定溫差)、壓差(保證最高供冷處壓力滿足要求)等參數(shù)控制;冷卻水循環(huán)系統(tǒng)采用穩(wěn)定溫差、及冷卻塔環(huán)境溫濕度等參數(shù)控制,冷卻系統(tǒng)溫差及環(huán)境溫濕度控制,主機性能明顯優(yōu)于冷卻水出水溫度控制。將冷凍和冷卻水的進、出水溫差控制在4.5~5℃,控制系統(tǒng)根據(jù)負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),PLC根據(jù)監(jiān)控值控制變頻器工作頻率和水泵運行臺數(shù),從而調(diào)節(jié)循環(huán)水流量,控制中央空調(diào)系統(tǒng)熱交換的速度。
2、冷卻塔散熱系統(tǒng)控制方案
冷卻塔散熱系統(tǒng)溫度傳感器檢測冷卻塔出水溫度值,將冷卻塔出水溫度控制在27~29℃,PLC根據(jù)出水溫度控制冷卻塔風(fēng)機的運行臺數(shù)及變頻器的工作頻率,使冷卻水出水溫度達到設(shè)定值。
3、電氣控制方案
某大廈中央空調(diào)機組數(shù)據(jù)如下表:
改造之前工頻運行,冷凍和冷卻進出水平均溫差在3.5℃左右,溫差越小改造節(jié)能空間越大。
圖2冷凍泵變頻電氣原理圖
冷凍泵變頻電氣原理如圖2所示,控制原理為:(PLC)先控制0#變頻器軟啟動電機M1,當(dāng)M1到達額定轉(zhuǎn)速時,仍未達到設(shè)定溫差值時,(PLC)控制M1切換工頻電網(wǎng)運行,然后再控制0#變頻器啟動M2,當(dāng)M2到達額定轉(zhuǎn)速時,仍未達到設(shè)定溫差值時,(PLC)控制1#變頻器啟動M3,此時0#變頻器給定50HZ額定頻率,主要控制1#變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速,控制冷凍水的循環(huán)速度;當(dāng)M3工作在下限轉(zhuǎn)速時,如果檢測值大于設(shè)定值,(PLC)控制電機M3停機,同時控制0#變頻器調(diào)節(jié),當(dāng)M2工作在下限轉(zhuǎn)速時,如果檢測值大于設(shè)定值,停止M1電機,0#變頻器通過調(diào)節(jié)M2水泵從而達到設(shè)定要求。
冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻塔系統(tǒng)變頻控制原理和冷凍水循環(huán)系統(tǒng)變頻控制原理相同,在方案中保留原工頻系統(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。
調(diào)試參數(shù)設(shè)置
1)F0.1=6,CC模擬量4~20mA輸入給定頻率,調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速;
2)F0.4=0001,選擇端子運行命令控制電機正轉(zhuǎn)、停止;
3)F0.6=0110,禁止水泵、風(fēng)機反轉(zhuǎn)運行;
4)F0.6=30,變頻器下限頻率設(shè)為30HZ,為確保水泵風(fēng)機有效流量及電機合適的溫升;
5)F4.0=1,變頻器啟動方式設(shè)置為轉(zhuǎn)速跟蹤再啟動,避免冷卻塔風(fēng)機由于外界風(fēng)力作用使風(fēng)機自轉(zhuǎn)而造成再生電能損壞變頻器。
調(diào)試主要事項
1、整改設(shè)備安裝完畢后,先將編好的程序?qū)懭隤LC,設(shè)定變頻器參數(shù),檢查電器部分并逐級通電調(diào)試;
2、投入試運行時,人為地減少負荷,觀察流量是否因頻率的降低而減小,并找到制冷機報警時的最低變頻器頻率,以及流量降低后管道末端的循環(huán)情況,使變頻器工作在一個最低的穩(wěn)定工作點;
3、用溫度計及時檢測各點溫度,以便檢驗溫度傳感器的精確度及校驗各工況狀態(tài)。
五、中央空調(diào)系統(tǒng)變頻改造的優(yōu)點
1、采用變頻器閉環(huán)控制,可按需要進行軟件組態(tài)并設(shè)定溫度進行PID調(diào)節(jié),使電機輸出功率隨熱負載的變化而變化,在滿足使用要求的前提下達到最大限度的節(jié)能;
2、變頻器具有軟啟軟停,減少了振動、噪音和磨損,延長了設(shè)備維修周期和使用壽命,并減少了對電網(wǎng)沖擊,提高了系統(tǒng)的可靠性;
3、變頻器對電機具有過壓、欠壓、過流、接地等多項保護措施,使系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)率和安全可靠性大大提高;
4、變頻器中直流電容器的隔離作用使輸入的功率因數(shù)接近于1,電動機的勵磁無功電流由電容器提供,可節(jié)約電網(wǎng)容量;
5、變頻調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)與原工頻控制系統(tǒng)互為互鎖,不影響原系統(tǒng)的運行,且在變頻調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)檢修或故障時,原工頻控制系統(tǒng)照樣可以正常運行。
六、小結(jié)
四方E380系列變頻器應(yīng)用于中央空調(diào)系統(tǒng),采用變頻閉環(huán)控制電機,按需要設(shè)定溫度,使設(shè)備儲備容量和隨時間季節(jié)的熱負載通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),在滿足使用要求下達到最大限度的節(jié)能。目前已成功應(yīng)用于多個中央空調(diào)節(jié)能改造現(xiàn)場,據(jù)統(tǒng)計分析節(jié)電率平均達到了30%以上。
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