變頻器在中心空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用

變頻器在中心空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用
一、水泵節(jié)能改造的必要性 
中心空調(diào)是大廈里的耗電大戶，每年的電費(fèi)中空調(diào)耗電占60左右，因此中心空調(diào)的節(jié)能改造顯得尤為重要。 
由于設(shè)計(jì)時(shí)，中心空調(diào)系統(tǒng)必須按天氣最熱、負(fù)荷最大時(shí)設(shè)計(jì)，并且留10-20設(shè)計(jì)余量，然而實(shí)際上盡大部分時(shí)間空調(diào)是不會(huì)運(yùn)行在滿負(fù)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(jī)可以根據(jù)負(fù)載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負(fù)載變化作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，存在很大的浪費(fèi)。   溫濕度計(jì)| 紅外線測(cè)溫儀| 溫濕度儀| 紅外線溫度計(jì)| 露點(diǎn)儀| 亮度計(jì)| 溫度記錄儀| 溫濕度記錄儀
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(fèi)電能，而且還造成中心空調(diào)最末端達(dá)不到公道效果的情況。為了解決這些題目需使水泵隨著負(fù)載的變化調(diào)節(jié)水流量并封閉旁通。 
再因水泵采用的是Y-△起動(dòng)方式，電機(jī)的起動(dòng)電流均為其額定電流的3～4倍，一臺(tái)90KW的電動(dòng)機(jī)其起動(dòng)電流將達(dá)到500A，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機(jī)的使用壽命大大下降，同時(shí)，起動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖擊和停泵時(shí)水垂現(xiàn)象，輕易對(duì)機(jī)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、備件用度。 
綜上，為了節(jié)約能源和用度，需對(duì)水泵系統(tǒng)進(jìn)行改造，經(jīng)市場(chǎng)調(diào)查與了解采用成熟的變頻器來實(shí)現(xiàn)，以便達(dá)到節(jié)能和延長電機(jī)、接觸器及機(jī)械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。 
這是由于變頻器能根據(jù)冷凍水泵和冷卻水泵負(fù)載變化隨之調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在滿足中心空調(diào)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(yīng)調(diào)節(jié)，以達(dá)到節(jié)能目的。水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)從電網(wǎng)吸收的電能就會(huì)大大減少。 
其減少的功耗△P=P0〔1-(N1/N0)3〕（1）式 
減少的流量△Q=Q0〔1-(N1/N0)〕（2）式 
其中N1為改變后的轉(zhuǎn)速，N0為電機(jī)原來的轉(zhuǎn)速，P0為原電機(jī)轉(zhuǎn)速下的電機(jī)消耗功率，Q0為原電機(jī)轉(zhuǎn)速下所產(chǎn)生的水泵流量。 
由上式可以看出流量的減少與轉(zhuǎn)速減少的一次方成正比，但功耗的減少卻與轉(zhuǎn)速減少的三次方成正比。 
如：假設(shè)原流量為100個(gè)單位，耗能也為100個(gè)單位，假如轉(zhuǎn)速降低10個(gè)單位，由（2）式△Q=Q0〔1-(N1/N0)〕=100＊〔1-(90/100)〕=10可得出流量改變了10個(gè)單位，但功耗由（1）式△P=P0[1-(N1/N0)3]=100＊〔1-(90/100)3〕=27.1可以得出，功率將減少27.1個(gè)單位，即比原來減少27.1。 
再因變頻器是軟啟動(dòng)方式，采用變頻器控制電機(jī)后，電機(jī)在起動(dòng)時(shí)及運(yùn)轉(zhuǎn)過程中均無沖擊電流，而沖擊電流是影響接觸器、電機(jī)使用壽命最主要、最直接的因素，同時(shí)采用變頻器控制電機(jī)后還可避免水垂現(xiàn)象，因此可大大延長電機(jī)、接觸器及機(jī)械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。 
二、水泵節(jié)能改造的方案 
中心空調(diào)系統(tǒng)通常分為冷凍（媒）水和冷卻水兩個(gè)系統(tǒng)（如下圖，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(nèi)外最新資料介紹，并多處通過對(duì)在中心空調(diào)水泵系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制改造的成功范例進(jìn)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(shí)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(shè)備冷凍水流量供給的情況下，確定一個(gè)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(cè)冷凍水回水溫度，再經(jīng)過溫度控制器設(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(shí)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 
該模式是在中中心空調(diào)中熱泵運(yùn)行（即制熱）時(shí)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(gè)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(cè)冷凍水回水溫度，再經(jīng)過溫度控制器設(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(shí)頻率無極上調(diào)，當(dāng)溫度傳感檢測(cè)到的冷凍水回水溫越高，變頻器的輸出頻率越低。 
廣州市駿凱電子科技有限公司生產(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（如圖，安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的A處）來檢測(cè)冷凍水的回水溫度，并可直接通過設(shè)定變頻器參數(shù)使系統(tǒng)溫度調(diào)控在需要的范圍內(nèi)。 
另外，針對(duì)已往改造的方案中首次運(yùn)行時(shí)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(dòng)全速運(yùn)行功能，通過設(shè)定變頻器參數(shù)可使冷凍水系統(tǒng)充分交換一段時(shí)間，然后再根據(jù)冷凍回水溫度對(duì)頻率進(jìn)行無極調(diào)速，并且變頻器輸出頻率是通過檢測(cè)回水溫度信號(hào)及溫度設(shè)定值經(jīng)ＰＩＤ運(yùn)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(jìn)行改造的方案最為常見，節(jié)電效果也較為明顯。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(diào)節(jié)冷卻水流量，當(dāng)中中心空調(diào)冷卻水出水溫度低時(shí)，減少冷卻水流量；當(dāng)中中心空調(diào)冷卻水出水溫度高時(shí)，加大冷卻水流量，從而達(dá)到在保證中中心空調(diào)機(jī)組正常工作的條件下達(dá)到節(jié)能增效的目的。 
現(xiàn)有的控制方式大都先確定一個(gè)冷卻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，變頻冷卻水泵的頻率是取冷卻管進(jìn)、出水溫度差和出水溫度信號(hào)來調(diào)節(jié)，當(dāng)進(jìn)、出水溫差大于設(shè)定值時(shí)，頻率無極上調(diào)，當(dāng)進(jìn)、出水溫差小于設(shè)定值時(shí)，頻率無極下調(diào)，同時(shí)當(dāng)冷卻水出水溫度高于設(shè)定值時(shí)，頻率優(yōu)先無極上調(diào)，當(dāng)冷卻水出水溫度低于設(shè)定值時(shí)，按溫差變化來調(diào)節(jié)頻率，進(jìn)、出水溫差越大，變頻器的輸出頻率越高；進(jìn)、出水溫差越小，變頻器的輸出頻率越低。 
廣州市駿凱電子科技有限公司通過市場(chǎng)調(diào)查與了解，并經(jīng)多方實(shí)踐應(yīng)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(diǎn)有： 
1、只需在中中心空調(diào)冷卻管出水端安裝一個(gè)溫度傳感器（如圖，安裝在冷卻水系統(tǒng)中中心空調(diào)冷卻水出水主管上的B處），簡單可靠。 
2、當(dāng)冷卻水出水溫度高于溫度上限設(shè)定值時(shí)，頻率直接優(yōu)先上調(diào)至上限頻率。 
3、當(dāng)冷卻水出水溫度低于溫度下限設(shè)定值時(shí)，頻率直接優(yōu)先下調(diào)至下限頻率。而采用冷卻管進(jìn)、出水溫度差來調(diào)節(jié)很難達(dá)到這點(diǎn)。 
4、當(dāng)冷卻水出水溫度介于溫度下限設(shè)定值與溫度上限設(shè)定值時(shí)，通過對(duì)冷卻水出水溫度及溫度上、下限設(shè)定值進(jìn)行ＰＩＤ計(jì)算，從而達(dá)到對(duì)頻率進(jìn)行無極調(diào)速，閉環(huán)控制迅速正確。 
5、節(jié)能效果更為明顯。當(dāng)冷卻水出水溫度低于溫度上限設(shè)定值時(shí)，采用冷卻管進(jìn)、出水溫度差來調(diào)節(jié)方式?jīng)]有將出水溫度低這一因素加進(jìn)節(jié)能考慮范圍，而僅僅由溫度差來對(duì)頻率進(jìn)行無極調(diào)速，而采用上、下限溫度來調(diào)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(duì)多家用戶市場(chǎng)調(diào)查，均勻節(jié)電率要進(jìn)步5％以上，節(jié)電率達(dá)到20％～40％。 
6、具有首次起動(dòng)全速運(yùn)行功能。通過設(shè)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(shí)間，避免由于剛起動(dòng)運(yùn)行時(shí)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)電效果明顯，產(chǎn)品性能可靠，還可大大延長電機(jī)、接觸器及機(jī)械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命，由此可為中中心空調(diào)使用單位帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益。