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易能EDS2000系列變頻器在中央空調(diào)改造系統(tǒng)中的應用
一、 前言
中央空調(diào)是寫字樓、酒店、商場里的耗電大戶,大約占總耗電量的60%左右,因此中央空調(diào)的節(jié)能改造顯得尤為重要。由于在進行方案設計時,中央空調(diào)系統(tǒng)必須按天氣最熱、負荷最大時的工況進行設計,并且留有10-20%的設計余量,然而實際上絕大部分時間內(nèi)空調(diào)是不會運行在滿負荷狀態(tài)下的,存在很大的富余,其中,主機可以根據(jù)負載變化隨之加載或減載,而冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化做出相應調(diào)節(jié),存在很大的浪費。由于水的放熱系數(shù)與水流速的0.8次方呈正比、而水流的壓力損失與水流速的平方呈正比,因此水流速增高時,放熱系數(shù)的增加并不明顯,并且流速增加到一定程度時,幾乎就不再變化,而壓力損失卻非常大,因此當機組處在非額定負荷時,就可以通過循環(huán)水量的降低,從而減少動力消耗。中央空調(diào)水泵系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門和旁通調(diào)節(jié)來完成,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,不僅大量浪費電能,而且還造成中央空調(diào)末端達不到合理效果的情況。為了解決這些問題需使水泵隨著負載的變化調(diào)節(jié)流量并關閉閥門、旁通等。由于水泵多采用的是Y-△起動方式,電機的起動電流為其額定電流的3~4倍,一臺55KW的電動機其起動電流將達到300A以上,在如此大的電流沖擊下,空氣開關、接觸器、電機的使用壽命都將大大下降,同時,起動時的機械沖擊和停泵時的水錘現(xiàn)象,容易對軸承、閥門、管道等造成破壞,從而增加維修工作量和備品、備件費用。
典型的中央空調(diào)機組系統(tǒng)主要由冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)及主機三部分組成:
● 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)
該部分由冷凍泵、室內(nèi)風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(出水),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(回水)。室內(nèi)風機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)部分
該部分由冷卻泵、冷卻水管道、冷卻水塔及冷凝器等組成。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(出水),使之與大氣進行熱交換,降低溫度后再送回主機冷凝器(回水)。
● 主機
主機部分由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器及冷媒(制冷劑)等組成,其工作循環(huán)過程如下:
首先低壓氣態(tài)冷媒被壓縮機加壓進入冷凝器并逐漸冷凝成高壓液體。在冷凝過程中冷媒會釋放出大量熱能,這部分熱能被冷凝器中的冷卻水吸收并送到室外的冷卻塔上,最終釋放到大氣中去。隨后冷凝器中的高壓液態(tài)冷媒在流經(jīng)蒸發(fā)器前的節(jié)流降壓裝置時,因為壓力的突變而氣化,形成氣液混合物進入蒸發(fā)器。冷媒在蒸發(fā)器中不斷氣化,同時會吸收冷凍水中的熱量使其達到較低溫度。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。
二、工況能耗分析
在當今國家大力倡導節(jié)能環(huán)保的情勢下,各大型中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造勢在必行,2005年初中電博達節(jié)能科技有限公司對北京一家廈門商務會館的中央空調(diào)系統(tǒng)用易能EDS2000系列進行了變頻節(jié)能改造。2005年冬季正式投入使用,至今運行將近3年時間,根據(jù)客戶的反應,此變頻改造后的節(jié)能效果非常明顯,每年節(jié)電率約在38%,設備維護費每年減少約4萬元!下面就易能變頻器在廈門商務會館中央空調(diào)上的具體應用作一下總結以便大家探討之用
北京廈門商務會館大廈概況:主樓8層,約50米高,地下兩層,總面積30000平方米。冷凍站設在大廈地下二層內(nèi),冷凍機采用直燃式溴化鋰制冷熱水機組,燃料為天然氣,冷量2326KW/臺,熱量1860KW/臺,共二臺(一備一用),總冷量4652KW(300萬KCAL/H),總熱量3720KW(240萬KCAL/H),單臺機冷水流量400米3/小時,給、回水溫度為7℃/12℃,溫差為5℃;熱水流量200米3/H,給、回水溫度為75℃/67℃,(該機最高溫度為95℃,為安全起見,選75℃)溫差為8℃。選用冷卻水泵、冷凍水泵各為55KW,二備二用,共8臺冬夏共用。商用電價較高,平均為0.8元/度?照{(diào)一年中使用的時間可分為三段:1、致冷天數(shù)為180天、致熱天數(shù)為120天,其他采用全新風。2、夏季2臺同時運行時間為10天;冬季2臺同時運行的時間為12天;3、冬、夏兩季每天致熱或致冷的時間各為16小時。
原水泵在制冷的180天時間里的電耗和運行費用如下:
夏季冷卻水泵電耗為:334400KWH;電費為:334400*0.8=267520元
原水泵在制熱的120天時間里的電耗和運行費用如下:
冬季冷卻水泵電耗:221760KWH,電費為:221760*0.8=177408元
所有水泵按額定功率運行計算以上兩項合計全年電費為:¥444928元,根據(jù)此大廈往年用電記錄顯示:2004年全年“以上兩項實際用電電費為:435928元”即水泵的實際運行功率為額定功率98%左右
● 下面就冷卻系統(tǒng)作下具體分析:
1、如上圖所示,P1、P2、P3、P4、P5為水壓表,V1、V2、V3為閥門。冷卻系統(tǒng)正常運行時(例如2#冷卻泵、3#冷卻泵運行,1#冷卻泵備用),泵入口壓力P4為0.4Mpa, 2#冷卻泵出口壓力P2為0.8Mpa,閥門V2后的壓力P5為0.65Mpa。顯然,2#冷卻泵增壓為0.8-0.4=0.4Mpa,冷卻水在閥門V2上的降壓為0.15Mpa。由此可見,泵施加到冷卻水上的能量有37%消耗在閥門V2上了。
2、冷凍水系統(tǒng)的情況與冷卻水系統(tǒng)相同,這里就不在贅述。
由以上分析可以得出這樣的結論:在空調(diào)機組非額定負荷運行狀態(tài)時,冷卻水泵、冷凍水泵卻長期處于滿負荷運行狀態(tài),電機作了大量的無用功,造成了大量電能的浪費。
三、改造方案
控制系統(tǒng)根據(jù)溫度傳感器檢測到的溫度信號值,經(jīng)模擬、數(shù)字信號轉換后,通過可編程控制器(PLC)和變頻器調(diào)整各泵電機的工作狀態(tài)(主要是轉速),保證各電機以最小功率輸出,精確地進行溫度控制,即使變頻控制回路發(fā)生故障,本控制系統(tǒng)的變頻—工頻切換功能也可將機組切換到工頻工作,以確保設備正常工作的需要。
夏季根據(jù)主機組的使用數(shù)量和給、回水溫差調(diào)整水泵運行的數(shù)量和轉速,當冷負荷變化較小時,通過機組的自身的能量系統(tǒng)調(diào)節(jié)主機組的出力,結合調(diào)整水泵的轉速,維持5度的溫差,保證機組的恒流量。當負荷變化較大,冷凍機組運行數(shù)量發(fā)生變化時,二臺機組同時工作,則四臺泵在額定轉速下運轉。 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的回水與出水的溫差,反應了需要交換的熱量多少。根據(jù)回水和出水溫差,控制循環(huán)水的流速來控制熱交換量,在滿足需要的前提下,達到節(jié)電的目的。溫差大說明冷卻機組產(chǎn)生的熱量大,應降低回水和出水的溫度差,通過加快控制循環(huán)水的速度來控制熱交換的速度,加速冷卻水的降溫;溫差小,說明冷卻機組產(chǎn)生的熱量小,可降低冷卻泵的循環(huán)速度?删幊炭刂破鳎≒LC)將傳感器檢測到的溫差信號同設定溫差比較后控制變頻器調(diào)整電機的轉速。下面分別針對兩套系統(tǒng)進行仔細說明:
1. 冷凍水系統(tǒng):
對于冷凍水系統(tǒng),由于低溫冷凍水溫度取決于蒸發(fā)器的運行參數(shù)(一般冷凍水出水溫度為7℃),只需要控制高溫冷凍水(回水)的溫度,即可以控制溫差,現(xiàn)采用溫度傳感器、PID調(diào)節(jié)器、變頻器組成閉還控制系統(tǒng),冷凍水回水溫度控制在12℃,使冷凍水泵的轉速隨著負載熱負荷的變化而變化?刂圃硪娤聢D:
2. 冷卻水系統(tǒng):
對于冷卻水系統(tǒng),取冷凝器兩側冷卻水的溫度作為控制參數(shù),采用溫度傳感器、PID調(diào)節(jié)器、變頻器、冷卻水泵組成閉還控制系統(tǒng),冷卻水溫差控制在T2,本系統(tǒng)為5℃,使冷卻水泵的轉速隨著負載熱負荷的變化而變化。控制原理見下圖:
根據(jù)廈門商務會館中央空調(diào)系統(tǒng)的實際情況以及對本系統(tǒng)改造的要求,冷卻水系統(tǒng)可以滿足制冷主機在100%制冷負荷時對冷卻水流量的要求(本系統(tǒng)為1200m3/h),在主機制冷負荷不足100%時,本系統(tǒng)根據(jù)冷卻出水和回水的溫度差,動態(tài)地調(diào)整泵電機轉速,并以最小的電能向制冷主機提供所需的冷卻水流量。
1、本系統(tǒng)設有流量下限(不能低于溴化鋰機組額定流量1200m3/h的60%即720m3/h左右),這樣就可以保證溴化鋰主機內(nèi)的流量保護開關在正常情況下不會動作。
2、本系統(tǒng)還設有壓力上限,管網(wǎng)內(nèi)的水壓不會超過管網(wǎng)及制冷主機所能承受的最大壓力。
3. 易能EDS2000系列變頻器簡單電氣接線圖:
廈門商務會館的中央空調(diào)變頻改造系統(tǒng)中用四臺EDS2000-4T0550G/P變頻器分別控制二臺冷凍泵、二臺冷卻泵。2臺EDS2000-4T0150G/P的變頻器控制冷卻塔見機,1臺EDS2000-4T0055G/P的控制補水泵,2臺EDS2000-4T0075G/P分別控制二臺熱水泵。
1、基本接線圖:
2、 參數(shù)設置如下:
1)根據(jù)電機銘牌額定數(shù)據(jù),對參數(shù)F0.05 ~ F0.09設置。
2)F0.00 =5,CCI模擬量4~20mA輸入給定頻率,調(diào)節(jié)電機轉速。
3)F0.02 = 1,選擇端子運行命令控制電機正轉、反轉、停止。
4)F0.17 = 30,變頻器下限頻率設為30HZ,為確保中央空調(diào)主機最低流量不致于損壞主機而設。
四、投資回報分析
此商務會館的中央空調(diào)系統(tǒng)用易能電氣的EDS2000系列改造后,2005年冬正式投入使用,至今快近3年時間,根據(jù)這3年的水泵年用電電費記錄表顯示,2006年、2007年電費分別為285682元、267358元。年節(jié)電率分別為34.5%,38.7%(與2004年水泵年耗電費435928元比較)
五、改造后的效果
滿足中央空調(diào)主機對冷卻水流量的要求,使中央空調(diào)主機能夠達到其額定的制冷量,滿足中央空調(diào)機組在夏季最熱時能提供足夠的致冷量;在冬季最冷時提供足夠的致熱量。
準確地進行溫度控制,提供更舒適的環(huán)境;循環(huán)水系統(tǒng)(包括冷卻水和冷凍水系統(tǒng))不能根據(jù)溫度來自動調(diào)節(jié)循環(huán)水的循環(huán)速度,只能靠人工手動調(diào)整閥門的開度來調(diào)節(jié)循環(huán)水的循環(huán)速度,從而無法進行準確地溫度控制。采用變頻控制系統(tǒng)后,可根據(jù)溫度傳感器反饋回來的溫度信號控制水的循環(huán)速度,從而進行準確地溫度控制。
節(jié)電效果明顯,節(jié)電率平均可達35%以上;原系統(tǒng)是用閥門來調(diào)整水的循環(huán)速度,當閥門關小時,循環(huán)水循環(huán)時阻力增加,浪費了大量的電能。采用了變頻控制系統(tǒng)后,可將閥門全部打開,通過調(diào)整電機的轉速來調(diào)整水的循環(huán)速度,節(jié)省了大量的電能。
大幅度地降低噪音,減少公害,保護環(huán)境,并節(jié)約運行時的蒸汽量。
原機組的電機起動時會出現(xiàn)較大的沖擊電流,采用變頻控制后,可以使電機起動時電流平緩上升,沒有電流和機械沖擊,另外,由于大功率電機停機時會產(chǎn)生很大的反饋沖擊電流,對設備造成一定程度的損害。采用變頻控制后,可使電機實現(xiàn)軟停,避免反饋電流造成的危害,有利于延長設備的使用壽命。
自動調(diào)整冷卻水泵工作狀態(tài),減少維護量,延長管網(wǎng)系統(tǒng)壽命;
本控制系統(tǒng)的變頻—工頻切換功能可以使變頻控制系統(tǒng)發(fā)生故障時將空調(diào)機組切換到工頻工作,以確?照{(diào)機組可以正常工作。
設有流量下限和壓力上限保證制冷主機及系統(tǒng)管網(wǎng)的運行安全。
狀 態(tài): 離線
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公司名稱:
深圳市易能電氣技術有限公司
聯(lián) 系 人:
郭軍雄
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傳 真:
26553516
地 址:
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