變頻器在中央空調系統(tǒng)中的節(jié)能應用

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　一、 水泵節(jié)能改造的必要性

　　中央空調是大廈里的耗電大戶，每年的電費中空調耗電占60%左右，因此中央空調的節(jié)能改造顯得尤為重要。

　　由于設計時，中央空調系統(tǒng)必須按天氣最熱、負荷最大時設計，并且留10-20%設計余量，然而實際上絕大部分時間空調是不會運行在滿負荷狀態(tài)下，存在較大的富余，所以節(jié)能的潛力就較大，其中，冷凍主機可以根據(jù)負載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應調節(jié)，存在很大的浪費。

　　水泵系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門和旁通調節(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最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節(jié)水流量并關閉旁通。

　　再因水泵采用的是Y-△起動方式，電機的起動電流均為其額定電流的3～4倍，一臺90KW的電動機其起動電流將達到500A，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機的使用壽命大大下降，同時，起動時的機械沖擊和停泵時水垂現(xiàn)象，容易對機械散件、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。

　　綜上，為了節(jié)約能源和費用，需對水泵系統(tǒng)進行改造，經(jīng)市場調查與了解采用成熟的變頻器來實現(xiàn)，以便達到節(jié)能和延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。

　　這是因為變頻器能根據(jù)冷凍水泵和冷卻水泵負載變化隨之調整水泵電機的轉速，在滿足中央空調系統(tǒng)正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵作出相應調節(jié)，以達到節(jié)能目的。水泵電機轉速下降，電機從電網(wǎng)吸收的電能就會大大減少。  

　　二、 水泵節(jié)能改造的方案

　　中央空調系統(tǒng)通常分為冷凍（媒）水和冷卻水兩個系統(tǒng)，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)國內外最新資料介紹，并多處通過對在中央空調水泵系統(tǒng)進行閉環(huán)控制改造的成功范例進行考察，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現(xiàn)。

　　1、 冷凍（媒）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，將其設定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調節(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定溫度時頻率無極上調。

　　〔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，將其設定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調節(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定溫度時頻率無極上調，當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。

　　無錫伊萊克電氣有限公司生產(chǎn)的系列智能變頻器都具有以上功能，通過安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器來檢測冷凍水的回水溫度，并可直接通過設定變頻器參數(shù)使系統(tǒng)溫度調控在需要的范圍內。

　　另外，針對已往改造的方案中首次運行時溫度交換不充分的缺陷，無錫伊萊克電氣有限公司生產(chǎn)的系列智能變頻器增加了首次起動全速運行功能，通過設定變頻器參數(shù)可使冷凍水系統(tǒng)充分交換一段時間，然后再根據(jù)冷凍回水溫度對頻率進行無極調速，并且變頻器輸出頻率是通過檢測回水溫度信號及溫度設定值經(jīng)ＰＩＤ運算而得出的。

　　2、 冷卻水系統(tǒng)的閉環(huán)控制

　　目前，在冷卻水系統(tǒng)進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節(jié)冷卻水流量，當中中央空調冷卻水出水溫度低時，減少冷卻水流量；當中中央空調冷卻水出水溫度高時，加大冷卻水流量，從而達到在保證中中央空調機組正常工作的前提下達到節(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，將其設定為下限頻率并鎖定，變頻冷卻水泵的頻率是取冷卻管進、出水溫度差和出水溫度信號來調節(jié)，當進、出水溫差大于設定值時，頻率無極上調，當進、出水溫差小于設定值時，頻率無極下調，同時當冷卻水出水溫度高于設定值時，頻率優(yōu)先無極上調，當冷卻水出水溫度低于設定值時，按溫差變化來調節(jié)頻率，進、出水溫差越大，變頻器的輸出頻率越高；進、出水溫差越小，變頻器的輸出頻率越低。

　　無錫伊萊克電氣有限公司通過市場調查與了解，并經(jīng)多方實踐應用與論證，現(xiàn)用于冷卻水系統(tǒng)閉環(huán)控制的系列智能變頻器采用同制冷模式下冷凍水泵系統(tǒng)閉環(huán)控制一樣的控制方式。

　　與其他廠家的控制方式相比，其優(yōu)點有：

　　1、只需在中中央空調冷卻管出水端安裝一個溫度傳感器，簡單可靠。

　　2、當冷卻水出水溫度高于溫度上限設定值時，頻率直接優(yōu)先上調至上限頻率。

　　3、當冷卻水出水溫度低于溫度下限設定值時，頻率直接優(yōu)先下調至下限頻率。而采用冷卻管進、出水溫度差來調節(jié)很難達到這點。

　　4、當冷卻水出水溫度介于溫度下限設定值與溫度上限設定值時，通過對冷卻水出水溫度及溫度上、下限設定值進行ＰＩＤ計算，從而達到對頻率進行無極調速，閉環(huán)控制迅速準確。

　　5、節(jié)能效果更為明顯。當冷卻水出水溫度低于溫度上限設定值時，采用冷卻管進、出水溫度差來調節(jié)方式?jīng)]有將出水溫度低這一因素加入節(jié)能考慮范圍，而僅僅由溫度差來對頻率進行無極調速，而采用上、下限溫度來調節(jié)方式充分考慮這一因素，因而節(jié)能效果更為明顯，通過對多家用戶市場調查，平均節(jié)電率要提高5％以上，節(jié)電率達到20％～40％。

　　6、具有首次起動全速運行功能。通過設定變頻器參數(shù)中的數(shù)值可使水系統(tǒng)充分交換一段時間，避免由于剛起動運行時熱交換不充分而引起的系統(tǒng)水流量過小。

　　經(jīng)蘇錫常及上海、杭州、河南、江西、鎮(zhèn)江、山東、南京等地區(qū)數(shù)十家單位長期使用，無錫英福電氣有限公司生產(chǎn)的系列智能變頻器節(jié)電率均在40％左右，節(jié)電效果顯著，產(chǎn)品性能可靠，還可大大延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命，由此可為中中央空調使用單位帶來較好的經(jīng)濟效益。