中央空调节能改造方案2.doc
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DT6中央空調變頻節能改造方案
一、中央空調系統的構成及工作原理……………………………………………2
二、中央空調運行現狀………………………………………………………………3
三、耗電高的原因……………………………………………………………………3
四、變流量系統的節流調節…………………………………………………………3
五、節能原理…………………………………………………………………………4
六、變頻器用於中央空調節能方案…………………………………………………5
①冷凍泵的變頻改造………………………………………………………………5
②冷卻泵的變頻改造………………………………………………………………7
中央空調變頻節能改造方案一……………………………………………………8
中央空調變頻節能改造方案二……………………………………………………10
節能效益評估………………………………………………………………………11
中央空調變頻器改造系統配置表…………………………………………………12
DT6中央空調變頻節能改造方案
一、中央空調系統的構成及工作原理
通常的中央空調系統主要由製冷機組、冷卻水組循環系統、冷凍水循環系統、風機盤管系統和冷卻塔組成，如圖一所示。
圖一中央空調系統原理圖
製冷機組通過壓縮機將製冷劑壓縮成液態後送蒸發器中與冷凍水進行熱交換，將冷凍水製冷；冷凍水泵將冷凍水送到各房間風機風口的冷卻盤管中，和空氣進行熱交換，再由風機將冷空氣吹送到房間中達到降溫的目的。
而在製冷過程中製冷劑蒸發後會釋放出大量熱量，通過冷凝器與冷卻迴圈水進行熱交換，再由冷卻泵將帶走熱量的冷卻水送到冷卻塔上，進行噴淋冷卻，由冷卻塔風扇加快其與大氣之間的熱交換，最終將熱量散發到大氣中去。
可以看出，中央空調系統的工作過程是一個不斷地進行熱交換的能量轉換過程，在這裏，冷凍水和冷卻水循環系統是能量的主要傳遞者。
二、中央空調運行現狀
DT6事業處中央空調系統，主機選用武漢麥克維爾公司生產的冰水機組，冷凍水採用閉式循環系統、冷卻水迴圈採用開式循環系統。
正式投入運行以來，系統運轉正常，總體性能良好。
但是，由於該系統總功率達364kW，耗電多，運行費用高。
三、耗電高的原因
中央空調系統在設計時是按現場最大冷量需求量來考慮的，其冷卻泵，冷凍泵按單台設備的最大工況來考慮的，在實際使用中有90%多的時間，冷卻泵、冷凍泵都工作在非滿載狀態下。
而用閥門、自動閥調節不僅增大了系統節流損失，而且由於對空調的調節是階段性的，造成整個空調系統工作在波動狀態。
四、變流量系統的節流調節
我們的中央空調水系統採用離心水泵，下面結合離心水泵的特性曲線對各種調節方法作說明：
通過調節水泵出口閥門開度，增減管道阻力，改變管道特性曲線的方法，即節流調節。
圖二定性地表示了水泵的工作特性曲線和管路特性曲線及調節過程：
圖二節流調節流量過程
圖二中，點1為水泵的設計工作點，此時設計流量Q1，揚程為H1，當中央空調負荷減少，需要流量降為Q2時，通過節流調節，增加壓頭損失△H=H2-H3，管路特性曲線由He1-Q變為He2-Q，實現流量調節目的，此時水泵的效率由η1降至η2，由於節流造成的額外的功率消耗△N=（Q2△H）／η2。
可見，節流調節增加管道阻力，額外增加了的功率消耗，不利於節能。
可見，節流調節增加管道阻力，額外增加了的功率消耗，不利於節能。
五、節能原理
由流體傳輸設備水泵、風機的工作原理可知：
水泵、風機的流量（風量）與其轉速成正比；水泵、風機的壓力（揚程）與其轉速的平方成正比，而水泵、風機的軸功率等於流量與壓力的乘積，故水泵、風機的軸功率與其轉速的三次方成正比（即與電源頻率的三次方成正比）根據上述原理可知：
降低水泵、風機的轉速就，水泵、風機的功率可以下降得更多。
例如:
將供電頻率由50Hz降為45Hz，則P45/P50=（45/50）3=0.729，即P45=0.729P50（P為電機軸功率）；將供電頻率由50Hz降為40Hz，則P40/P50=（40/50）3=0.512，即P40=0.512P50（P為電機軸功率）。
由以上內容可以看出，用變頻器進行流量（風量）控制時，可節約大量電能，而通過在冷卻泵、冷凍泵上加裝變頻器則可一勞永逸地解決該問題，還可實現自動控制，並可通過變頻節能收回投資。
同時變頻器的軟啟動功能及平滑調速的特點可實現對系統的平穩調節，使系統工作狀態穩定，並延長機組及網管的使用壽命。
因此，隨熱負荷而改變水量的變流量空調水系統顯示了巨大的優越性，因而得到越來越廣泛的應用，採用SPWM變頻器調節泵的轉速，可以方便地調節水的流量，根據負荷變化的回饋信號經PID調節與變頻器組成閉環控制系統，使泵的轉速隨負荷變化，這樣就可以實現節能，其節能率通常都在20%以上。
改造的節電率與用戶的使用情況密切相關，一般情況下，春、秋兩季運行節電率較高，可達40%以上，夏季由於用戶本身需要的電能就大，可節省的空間有限，一般在20%左右。
圖三變頻調節流量過程
眾所周知．在一定條件下離心水泵的流量（Q）、壓頭（H）、軸功率（N）與泵的轉速（n,）存在近似關係，即。
圖3中n1-Q線、n2-Q線分別為同一離心水泵在轉速分別為n1、n2時的特性曲線，顯然由於n1變為n2，相應地Q1變為Q2，實現了流量的調節：
同時由於變頻調速無節流損失，且存在電動機功率變化是流量變化倍數的立方關係，因此採用變頻器調速調節時，節能效果非常顯著。
六、變頻器用於中央空調節能方案
對中央空調系統中冷凍泵、冷卻泵和冷卻塔的散熱風扇等進行變頻改造，最大限度地實現節能運行。
①冷凍泵的變頻改造
冷凍泵用於完成冷凍水在系統中的迴圈。
在冷凍水的循環系統中，經過製冷後變成一定溫度的冷凍水從製冷機組流出（簡稱為“出水”），由冷凍泵到各樓層、房間，流經各房間並進行熱交換後，回到製冷機組（簡稱為“回水”），並如此反復迴圈。
冷凍水循環系統中，回水與出水的溫差能反映出熱交換的熱量，也就反映了房間的溫度。
而由於冷凍水的出水溫度一般是由制凍機組內部自動控制，通常是比較穩定的，所以實際上單憑回水溫度的高低就足以反映房間內的溫度。
如果對冷凍泵進行變頻改造，根據回水溫度就能夠很方便地實現房間溫度的恒定。
當回水溫度高，說明房間溫度也高，這時就通過變頻器提高冷凍泵的轉速，加快冷凍水的迴圈速度，使房間溫度降低；反之，當回水溫度低，說明房間溫度低，則可以通過變頻器降低冷凍泵的轉速，減緩冷凍水的迴圈速度，讓房間溫度升高。
所以，冷凍泵的變頻改造方案如圖四所示。
圖四冷凍泵的變頻改造方案示意圖
需要注意的是，在各類製冷機組中，特別是壓縮機製冷的設備中，冷凍水的流量調節範圍有較為嚴格的限制。
通常不能低於額定流量的75％～80％，否則機組的安全保護系統會自動切斷運行以保證系統不發生凍結，我們麥克維爾機組要求冷凍水進出水壓差大於0.4MPa。
因此，不論使用何種調節方法，其流量調節的範圍不應低於系統的報警閾值。
可將變頻器的下限頻率設置在一個適當值以上來解決這一問題。
②冷卻泵的變頻改造
冷卻泵則用於完成冷卻水在系統中的迴圈。
在冷卻水的循環系統中，水流進製冷機組（簡稱為“進水”），和其冷凝器進行熱交換，帶走製冷機組製冷過程中產生的熱量，再由冷卻泵送上冷卻塔（簡稱為“回水”），在進行噴淋冷卻後又流進製冷機組，並如此反復迴圈。
在冷卻水循環系統中，由於冷卻塔的水溫是隨環境溫度而變的，其單側水溫度不能準確地反映製冷機組內產生熱量的多少。
所以，對於冷卻泵的變頻改造，應以回水和進水間的溫差3℃作為依據，實現恒溫差控制是比較合理的。
溫差大，則說明製冷機組產生的熱量多，應通過變頻器提高冷卻泵的轉速，以加快冷卻水的迴圈速度，帶走更多熱量；溫差小，則說明冷凍機組產生的熱量少，就可以通過變頻器降低冷卻泵的轉速，減緩冷卻水的迴圈速度，以節約能源。
冷卻泵的變頻改造方案如圖五所示。
圖五冷卻泵和散熱風扇的變頻改造方案
中央空調變頻節能改造方案一
一、針對蒸發器水泵改造方案：
1、一拖二即一台變頻器拖兩台水泵，具體為變頻器拖動一台水泵，頻率升到50HZ仍然不能滿足需要，此台水泵通過PLC自動切換為工頻△運行，另一台水泵經PLC指令變頻啟動並運行。
對於冷凍水系統，由於低溫冷凍水溫度取決於蒸發器的運行參數（A04冷凍水出水溫度定為10℃），只需控制高溫冷凍水（回水）的溫度，即可控制溫差，現採用溫度感測器、PID調節器和變頻器組成閉環控制系統，冷凍水回水溫度控制在T1（暫定為14℃），使冷凍水泵的轉速相應於熱負載的變化而變化。
2、優點：
由於採用變頻器一拖二運行方式，節省了一台變頻器，前期投資少。
3、存在的問題：
①變頻器自動切換時，頻率為50HZ，此時變頻器滿負荷運行，突然切斷負載，並轉換運行，電流大，對變頻器衝擊影響其使用壽命。
②變頻器切換時，其減載載入過程大約需要一分鐘的時間，而我們的麥克維爾冰水機組的流量開關為機械式，需滿足進水、出水回路壓差≥0.4MPa，由於變頻器在載入過程大約需要一分鐘的時間，所以機組很容易發生模擬量報警、停機。
二、針對冷凝器，取冷凝器兩側冷卻水的溫度作為控制參數，採用溫度感測器、PID溫差調節器和變頻器及冷卻水泵組成閉環控制系統，冷卻水溫差控制在△T2（暫定為3℃），使冷卻水泵的轉速相應於熱負載的變化而變化，而冷卻水的溫差保持在設定值不變，使系統在滿足主機工況不變條件下，冷卻水泵系統節能最大，而且冷卻水泵只需做一台變頻改造，由於我們的PLC可以使三台冷卻水泵按照一定的使用週期迴圈啟動使用，這樣可以使三台水泵的使用壽命加長，減少其單台泵的磨損。
三、方案一主回路視圖
四、方案一效果圖
中央空調變頻器改造方案一系統配置表
序號
名稱
型號
數量
品牌
價格
備註
1
變頻器
37KW
1
三墾
15500
冷卻水泵
2
變頻器
30KW
1
三墾
14300
冷凍水泵
3
PLC
S7-200
1
西門子
6000
4
斷路器
ABB
優先利用原啟動櫃ABB內部閒置
5
交流接觸器
施耐德
優先利用原啟動櫃內部閒置
6
熱繼電器
施耐德
同上
7
時間繼電器
施耐德
同上
8
進線電抗器
正泰
9
保險絲
正泰
10
電壓表
正泰
11
電流錶
正泰
12
互感器
正泰
13
指示燈（綠）
正泰
14
指示燈（紅）
正泰
15
指示燈（黃）
正泰
16
旋鈕開關
正泰
17
按鈕（綠）
正泰
18
按鈕（紅）
正泰
19
溫度感測器
3
德力西
20
PID溫差控制器
1
21
配電櫃
22
排風扇
23
壓差旁通閥
1
中央空調變頻節能改造方案二
一、針對蒸發器水泵改造方案：
兩台水泵全為變頻並聯運行，同方案一，對於冷凍水系統，由於低溫冷凍水溫度取決於蒸發器的運行參數（A04冷凍水出水溫度定為10℃），只需控制高溫冷凍水（回水）的溫度，即可控制溫差，現採用溫度感測器、PID調節器和變頻器組成閉環控制系統，冷凍水回水溫度控制在T1（暫定為14℃），使冷凍水泵的轉速相應於熱負載的變化而變化。
優於方案一：
①由於兩台水泵全為並聯運行，載入減載全為軟平滑運行，而且不存在切換問題，所以能很好的保證冰水機組的正常運行，這也是我們中央空調節能的前提。
②兩台水泵同為變頻運行，同時根據負荷變化的返回信號，經PID調節，能非常準確和平穩的根據熱負荷量即用戶量的變化而平滑的調速，改變冷凍水的流量，使系統工作狀態穩定，並延長機組及管網的使用壽命，而且節能效果也比方案一台工頻運行一台變頻運行要好的多。
缺點：
前期投資大，回收週期長。
二、方案二效果圖
中央空調變頻器改造方案二系統配置
序號
名稱
型號
數量
品牌
價格
備註
1
變頻器
37KW
1
三墾
15500
冷卻水泵
2
變頻器
30KW
2
三墾
14300
冷凍水泵
3
PLC
S7-200
1
西門子
6000
4
斷路器
ABB
優先利用原啟動櫃ABB內部閒置
5
交流接觸器
施耐德
優先利用原啟動櫃內部閒置
6
熱繼電器
施耐德
同上
7
時間繼電器
施耐德
同上
8
進線電抗器
正泰
9
保險絲
正泰
10
電壓表
正泰
11
電流錶
正泰
12
互感器
正泰
13
指示燈（綠）
正泰
14
指示燈（紅）
正泰
15
指示燈（黃）
正泰
16
旋鈕開關
正泰
17
按鈕（綠）
正泰
18
按鈕（紅）
正泰
19
溫度感測器
3
德力西
20
PID溫差控制器
1
21
配電櫃
22
排風扇
23
壓差旁通閥
1
節能效益評估
種類
時間
改造前
運行功率（KW）
改造前流量（m3/h）
實際需要冷量
（KW）
改造後功率（KW）
改造後流量（KW）
每日節能
（KWH）
月節能
（26天計）（KWH）
月節能總計（KWH）
冷卻
水泵
白天
31（額定功率37）
234
24
183
207.2
5387.2
15334.8
晚上
31
234
5.8
44
冷凍
水泵
白天
40（額定功率30）
306
830
18.5
142
172
9947.6
晚上
40（額定功率30）
306
200
4.9
38
210.6
備註：
中央空調節能改造前，必須把所有的冷凍水、冷卻塔、冷卻水管網清洗乾淨。
DT6中央空調變頻節能改造方案
二○○六年六月下旬開始調試DT6中央空調冰水機組，最初使用時因為蒸發器進出水壓差為0.05MPa，接近於廠家設定的進出水壓差最小值0.04MPa，而且要開兩台冷卻水泵，所以不適合進行變頻器節能改造。
現在經我們檢查，蒸發器進出水壓差小，是由於一樓倉庫風櫃一直沒有投入使用其電動閥門沒有通電打開，水路部分截流，現在經通電打開後，進出水壓差為0.07MPa。
再加上近階段有人和為我們加藥劑清洗了中央空調冷卻塔及冷卻水循環系統、冷凍水循環系統，清除了冷凝器的水垢，增加了冷凝器的換熱效果，所以現在非常適合進行變頻器節能改造。
改造前，我們建議冷凍水進出水回路首端要做壓差旁通裝置，這樣假如末端一部分水路關閉或者阻塞，滿足不了進出水壓差大於0.04MPa，壓差旁通裝置打開保證機組正常運行不因為壓差小於設定值0.04MPa而跳機。
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營建機電工務一組二○○六年八月二十八日
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