中央空調水泵節能方案

一、中央空調運行控制方法分析
    
    中央空調系統設計首先是根據室外氣象參數和室內空調設計參數計算冷負荷，按分區結構特點，根據產品樣本選擇相應的設備，組合成一個系統。但空調系統絕大部分時間是在不滿負荷的情況下工作。在不滿負荷工作的控制方式不合理，系統能效比會大大降低。現在空調系統在運行調節方式上，風水系統主要是閥門（手動、自動閥門調節），主機利用卸荷方式，而這些方式是犧牲了阻力能耗來適應末端負荷要求，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節控制為變水量（VWV）和變風量（VAV），使傳遞和運輸耦合并達到最佳溫差置換，其動力僅為其它控制系統的30~60%，而且節能是雙效的，因為對制冷主機的需求能耗同時下降。主機采用變頻節能控制，保持設計工況下的制冷劑運動的物理量（如溫差、壓力等）變化，節能較其它調荷方式明顯，如約克（YORK）的YT型離心式冷水機組，配置變頻機組在部分負荷下能效比可降至0.2kw/冷噸，可見變頻控制方式在空調系統中應用前景十分廣闊。
    
    過去由于價格的原因，在中央空調系統中應用變頻技術推廣較難。在變頻技術、計算機自動化控制技術非常成熟的今天，用此技術與暖通空調專業技術相結合，它并不是一門高價的技術，在小功率空調中其經濟性都可承受，在中央空調系統中更不應該成問題：
    （1）中央空調運行時間更長，節能問題更突出；
    （2）變頻控制在整個系統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。
    
    中央空調系統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、中央空調調速節能原理
    
    制冷機通過壓縮機將制冷劑壓縮成液態后送蒸發器中與冷凍水進行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風機風口的冷卻盤管中，由風機吹送冷風達到降溫的目的。經蒸發后的制冷劑在冷凝器中釋放出熱量，與冷卻循環水進行熱交換，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扇對其進行噴淋冷卻，與大氣之間進行熱交換，將熱量散發到大氣中去。
    
    舊操作系統為“星-三角轉換起動”全壓運行，此時空調機組在滿負荷狀態下工作，系統在起動電機時不能平滑起動，起動時對電網沖擊大，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病房與辦公樓的需求，對溫度進行有效的調節，只能工頻最大量進給，這將勢必造成能量的浪費。
    
    而通過變頻頻改造后，能根據房間的制冷及制熱的需求自動調節冷凍泵及冷卻泵的流量而達到節能降耗的目地。
    
    （1）由于目前冷卻水循環泵為工頻滿負荷運轉，在制冷周期的前期和后期，環境溫度較低，冷卻水回水溫度較低，會造成溴化鋰結晶，導致空調機組效率降低，甚至保護。采用變頻恒溫差控制后，回水溫度得到有效控制，將大大提高空調機組的效率，達到節能目地
    
    （2）由于冷凍水循環泵也在工頻滿負荷運轉，而不能根據室內溫度的要求自動調節流量，而通過變頻改造后冷凍泵能根據室外溫度及室內溫度要求能自動調節流量，提高效率，達到節能目地。
    
    （3）減小空調開機、停機時對供電和系統的沖擊
    
    減小空調開/停機對電網的沖擊，由于循環水泵的功率較大，工頻起/停泵時，對電網的沖擊較大，影響其他設備的運行。采用變頻控制后，水泵實現軟起動、軟停止，其電流均小于額定電流，對電網不再產生沖擊。
    
    減小停泵時循環水的水垂效應，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，消除水垂對空調系統管網的沖擊。
    
    （4）降低設備的故障率
    
    采用變頻控制后，循環水泵大部分時間工作在額定功率以下，這將有力的降低設備的故障率，減少設備維修和維護。
    
    （5）提高設備的自動化程度
    
    實現對循環泵的過載、過流保護對冷水機組的冷卻水、冷凍水的溫度進行自動控制，保證機組的安全高效運行。
    
    綜上，中央空調的循環水泵采用變頻控制具有明顯的經濟效益，對系統進行變頻改造非常必要。
    
    三、中央空調變頻改造方案設計：
    
    3.1 冷卻水循環泵的變頻改造方案
    
    3.1.1 變頻控制方式，專業的冷卻泵變頻控制理論――恒溫差控制
    
    3.1.2 變頻節能控制原理
    
    變頻控制系統根據冷凍機的回水和出水的溫度差，改變冷卻水循環泵的轉速，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速是立方關系，即
    
    P∝n3n――冷卻泵的轉速
    
    由此可見，水泵消耗的功率在理想狀態下，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.節能率：可達20％以上
    
    4.運轉泵與備用泵切換
    
    5.冷卻水過溫差、欠壓力報警
    
    6.冷卻水泵過載報警
    
    3.2 冷凍水循環泵的變頻改造方案
    
    3.2.1變頻控制方式
    
    1、冷凍水泵系統的閉環控制
    
   〔1〕制冷模式下冷凍水泵系統的閉環控制
    
    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是通過安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經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的閉環控制
    
    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是通過安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經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。
    
    3.2.2控制系統功能
    
    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.循環水泵過載報警
    
    根據以上方案分析，結合實際水泵運行情況，現運行中央空調系統具的很大的節能空間，節電率可達到20%左右，進行節能改造是非常有價值的。
    
    3.2.2控制系統的構成
    
    1．變頻器：采用POWTRANTECHNOLOGY公司生產的節能型F變頻器，其軟件可以最大限度地提高電動機功率因數和電機效率。
    
    2．溫度、壓力變送器：系統采用高精度的溫度變送器對管網進行監測，以保證系統正常運行在要求的溫度范圍內。
    
    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：采用北京公司的中央空調專用控制系統，具有良好的操作性，可實現遠程監控。
    
    5．低壓電器：空氣開關，接觸器，繼電器，按鈕等均采用進口產品，保證系統運行的安全可靠。