中央空調(diào)水泵節(jié)能方案

一、中央空調(diào)運行控制方法分析
    
    中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計首先是根據(jù)室外氣象參數(shù)和室內(nèi)空調(diào)設(shè)計參數(shù)計算冷負(fù)荷，按分區(qū)結(jié)構(gòu)特點，根據(jù)產(chǎn)品樣本選擇相應(yīng)的設(shè)備，組合成一個系統(tǒng)。但空調(diào)系統(tǒng)絕大部分時間是在不滿負(fù)荷的情況下工作。在不滿負(fù)荷工作的控制方式不合理，系統(tǒng)能效比會大大降低。現(xiàn)在空調(diào)系統(tǒng)在運行調(diào)節(jié)方式上，風(fēng)水系統(tǒng)主要是閥門（手動、自動閥門調(diào)節(jié)），主機利用卸荷方式，而這些方式是犧牲了阻力能耗來適應(yīng)末端負(fù)荷要求，造成運行成本居高不下。
    
    若采用變頻控制，能量的傳遞和運輸環(huán)節(jié)控制為變水量（VWV）和變風(fēng)量（VAV），使傳遞和運輸耦合并達(dá)到最佳溫差置換，其動力僅為其它控制系統(tǒng)的30~60%，而且節(jié)能是雙效的，因為對制冷主機的需求能耗同時下降。主機采用變頻節(jié)能控制，保持設(shè)計工況下的制冷劑運動的物理量（如溫差、壓力等）變化，節(jié)能較其它調(diào)荷方式明顯，如約克（YORK）的YT型離心式冷水機組，配置變頻機組在部分負(fù)荷下能效比可降至0.2kw/冷噸，可見變頻控制方式在空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用前景十分廣闊。
    
    過去由于價格的原因，在中央空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)推廣較難。在變頻技術(shù)、計算機自動化控制技術(shù)非常成熟的今天，用此技術(shù)與暖通空調(diào)專業(yè)技術(shù)相結(jié)合，它并不是一門高價的技術(shù)，在小功率空調(diào)中其經(jīng)濟(jì)性都可承受，在中央空調(diào)系統(tǒng)中更不應(yīng)該成問題：
    （1）中央空調(diào)運行時間更長，節(jié)能問題更突出；
    （2）變頻控制在整個系統(tǒng)中所占的造價比例不高；
    （3）變頻控制器的容量越大，每千瓦功率單價越低。
    
    中央空調(diào)系統(tǒng)采用變頻器是可行的，其投資回收一般在6～12個月，以變頻控制器使用壽命10年計，其凈收益在10倍投資額以上。
    
    二、中央空調(diào)調(diào)速節(jié)能原理
    
    制冷機通過壓縮機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)機風(fēng)口的冷卻盤管中，由風(fēng)機吹送冷風(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，由冷卻水泵將帶來熱量的冷卻水帶到散熱水塔上由水塔風(fēng)扇對其進(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。
    
    舊操作系統(tǒng)為“星-三角轉(zhuǎn)換起動”全壓運行，此時空調(diào)機組在滿負(fù)荷狀態(tài)下工作，系統(tǒng)在起動電機時不能平滑起動，起動時對電網(wǎng)沖擊大，長時間頻繁起動將造成電機的絕緣性下降，電機溫升過高，在運行過程中不能有效的根據(jù)病房與辦公樓的需求，對溫度進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，只能工頻最大量進(jìn)給，這將勢必造成能量的浪費。
    
    而通過變頻頻改造后，能根據(jù)房間的制冷及制熱的需求自動調(diào)節(jié)冷凍泵及冷卻泵的流量而達(dá)到節(jié)能降耗的目地。
    
    （1）由于目前冷卻水循環(huán)泵為工頻滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)，在制冷周期的前期和后期，環(huán)境溫度較低，冷卻水回水溫度較低，會造成溴化鋰結(jié)晶，導(dǎo)致空調(diào)機組效率降低，甚至保護(hù)。采用變頻恒溫差控制后，回水溫度得到有效控制，將大大提高空調(diào)機組的效率，達(dá)到節(jié)能目地
    
    （2）由于冷凍水循環(huán)泵也在工頻滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)，而不能根據(jù)室內(nèi)溫度的要求自動調(diào)節(jié)流量，而通過變頻改造后冷凍泵能根據(jù)室外溫度及室內(nèi)溫度要求能自動調(diào)節(jié)流量，提高效率，達(dá)到節(jié)能目地。
    
    （3）減小空調(diào)開機、停機時對供電和系統(tǒng)的沖擊
    
    減小空調(diào)開/停機對電網(wǎng)的沖擊，由于循環(huán)水泵的功率較大，工頻起/停泵時，對電網(wǎng)的沖擊較大，影響其他設(shè)備的運行。采用變頻控制后，水泵實現(xiàn)軟起動、軟停止，其電流均小于額定電流，對電網(wǎng)不再產(chǎn)生沖擊。
    
    減小停泵時循環(huán)水的水垂效應(yīng)，由于是變頻軟停止，且停泵過程可控制，可以完全消除停泵時的水垂效應(yīng)，消除水垂對空調(diào)系統(tǒng)管網(wǎng)的沖擊。
    
    （4）降低設(shè)備的故障率
    
    采用變頻控制后，循環(huán)水泵大部分時間工作在額定功率以下，這將有力的降低設(shè)備的故障率，減少設(shè)備維修和維護(hù)。
    
    （5）提高設(shè)備的自動化程度
    
    實現(xiàn)對循環(huán)泵的過載、過流保護(hù)對冷水機組的冷卻水、冷凍水的溫度進(jìn)行自動控制，保證機組的安全高效運行。
    
    綜上，中央空調(diào)的循環(huán)水泵采用變頻控制具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，對系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造非常必要。
    
    三、中央空調(diào)變頻改造方案設(shè)計：
    
    3.1 冷卻水循環(huán)泵的變頻改造方案
    
    3.1.1 變頻控制方式，專業(yè)的冷卻泵變頻控制理論――恒溫差控制
    
    3.1.2 變頻節(jié)能控制原理
    
    變頻控制系統(tǒng)根據(jù)冷凍機的回水和出水的溫度差，改變冷卻水循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，即改變冷卻水的流量，從而保持冷凍機的回水與出水的溫度差恒定。
    
    水泵消耗的功率與轉(zhuǎn)速是立方關(guān)系，即
    
    P∝n3n――冷卻泵的轉(zhuǎn)速
    
    由此可見，水泵消耗的功率在理想狀態(tài)下，與冷水機組的制冷量成正比，即
    
    P∝QQ――,冷水機組的制冷量
    
    3.1.4 控制系統(tǒng)功能
    
    1.冷卻出水、回水溫度檢測、顯示
    
    2.恒溫差自動控制
    
    3.節(jié)能率：可達(dá)20％以上
    
    4.運轉(zhuǎn)泵與備用泵切換
    
    5.冷卻水過溫差、欠壓力報警
    
    6.冷卻水泵過載報警
    
    3.2 冷凍水循環(huán)泵的變頻改造方案
    
    3.2.1變頻控制方式
    
    1、冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制
    
   〔1〕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)。
    
   〔2〕制熱模式下冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制
    
    該模式是在中中央空調(diào)中熱泵運行（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。
    
    3.2.2控制系統(tǒng)功能
    
    1.冷凍水/熱水的出水、回水溫度檢測、顯示
    
    2.恒溫差控制/恒溫控制可選
    
    3.運轉(zhuǎn)泵與備用泵切換
    
    4.冷凍泵與熱水泵切換控制
    
    5.水溫過溫差、欠壓力報警
    
    6.循環(huán)水泵過載報警
    
    根據(jù)以上方案分析，結(jié)合實際水泵運行情況，現(xiàn)運行中央空調(diào)系統(tǒng)具的很大的節(jié)能空間，節(jié)電率可達(dá)到20%左右，進(jìn)行節(jié)能改造是非常有價值的。
    
    3.2.2控制系統(tǒng)的構(gòu)成
    
    1．變頻器：采用POWTRANTECHNOLOGY公司生產(chǎn)的節(jié)能型F變頻器，其軟件可以最大限度地提高電動機功率因數(shù)和電機效率。
    
    2．溫度、壓力變送器：系統(tǒng)采用高精度的溫度變送器對管網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測，以保證系統(tǒng)正常運行在要求的溫度范圍內(nèi)。
    
    3．控制儀表：采用英國儀表，控制精度高，故障率低。
    
    4．控制系統(tǒng)：采用北京公司的中央空調(diào)專用控制系統(tǒng)，具有良好的操作性，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
    
    5．低壓電器：空氣開關(guān)，接觸器，繼電器，按鈕等均采用進(jìn)口產(chǎn)品，保證系統(tǒng)運行的安全可靠。