变频器在中央空调的节能应用

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变频器在中央空调系统中的节能应用(1)一、水泵节能改造的必要性中央空调是大厦里的耗电大户，每年的电费中空调耗电占60%左右，因此屮央空调的节能改造显得尤为巫要。由于设计时，中央空调系统必须按天气城热、负荷故大时设计，并且留10-20%设计余量，然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下，存在较大的富余，所以节能的潜力就较大，其中，冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作HI相应调节，存在很大的浪费。水泵系统的流呈与压差是靠阀门和旁通调节来完成，因此，不可避免地存在较大截流损失和大流呈、高压力、低温差的现彖，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调最末端达不到合理效果的情况。为了解决这些问题需使水泵随着负载的变化调节水流量并关闭旁通。再因水泵采川的是丫-△起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3〜4倍，一台90KW的电动机其起动电流将达到500A,在如此大的电流冲击下，接触器、电机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时水垂现象，容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件费用。综上,为了节约能源和费用，需对水泵系统进行改造,经市场调查与了解采用成熟的变频器来实现，以便达到节能和延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。这是因为变频器能根据冷冻水泵和冷却水泵负载变化随之调整水泵电机的转速，在满足屮央空调系统正常工作的情况下使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调节，以达到节能目的。水泵电机转速下降，电机从电网吸收的电能就会大大减少。其减少的功耗△P=P0(1-(N1/NO)3)(1)式减少的流量AQ=Q0(1-(N1/NO))(2)式其中N1为改变后的转速，N0为电机原來的转速，P0为原电机转速F的电机消耗功率，Q0为原电机转速下所产生的水泵流量。由上式可以看岀流量的减少与转速减少的一次方成正比，但功耗的减少却与转速减少的三次方成正比。如：假设原流量为100个单位，耗能也为100个单位，如果转速降低10个单位，由(2)式AQ-QO(1-(N1/N0))=100*(1-(90/100))=10可得出流量改变了10个单位，但功耗由(1)式AP=P0[l-(Nl/N0)3]=100*(1-(90/100)3)=27.1可以得出,功率将减少27.1个单位,即比原来减少27.1%0再因变频器是软启动方式，采用变频器控制电机厉，电机在起动时及运转过程中均无冲击电流，而冲击电流是膨响接触器、电机使川寿命最主耍、最直接的因素,同时采用变频器控制电机后还可避免水垂现彖，因此可大人延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。二、水泵节能改造的方案中央空调系统通常分为冷冻(媒)水和冷却水两个系统(如下图，左半部分为冷冻(媒)水系统，右半部分为冷却水系统)。根据国内外最新资料介绍，并影处通过对在中央空调水泵系统进行闭环控制改造的成功范例进行考察，现在水泵系统节能改造的方案大都采川变频器來实现。1、冷冻(媒)水泵系统的闭环控制(1)、制冷模式下冷冻水泵系统的闭环控制该方案在保证最末端设备冷冻水流量供给的悄况F,确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率，将英设定为F 限频率并锁立，变频冷冻水泵的频率调廿是通过安装在冷冻水系统回水上管上的温度传感益检测冷冻水凹水温度，再经由温度控制器设定的温度來控制变频器的频率増减，控制方式是：冷冻冋水温度大于设定温度时频率无极上调。（2）、制热模式下冷冻水泵系统的闭环控制该模式是在中中央空调中热泵运行（即制热）时冷冻水泵系统的控制方案。同制冷模式控制方案一•样，在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率，将具设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，再经rh温度控制器设定的温度來控制变频器的频率增减。不同的是：冷冻回水温度小于设定温度时频率无极上调，当温度传感检测到的冷冻水回水温越高，变频器的输出频率越低。无锡伊萊克电气有限公司生产的系列智能变频器都具有以上功能，通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器（如图，安装在冷冻水系统冋水主管上的A处）來检测冷冻水的冋水温度,并可直接通过设定变频器参数使系统温度调控在需耍的范囤内。终卩端心中.央.空调王•机・，•冷却特变频器中央空调系统中的节能应用（2）1.概述建筑物能耗描述：大部份建筑物一年中，只有儿十天时间，中央空调处于最大负荷。中央空调冷负荷，始终处于动态变化Z中，如每天早晚，每季交韩，每年轮回，坏境及人文，实时影响中央空调冷负荷。--般，冷负荷在5'60%范围内波动，大多数建筑物每年至少70%是处于这种情况。而大多数屮央空调，因系统设计多数以最大冷负荷为最大功率驱动。这样，造成实际需要冷负荷与最人功率输出Z间的矛盾，实际造成巨大能源浪费，给公司造成巨额电费支岀，增加经营者的成本，降低企业竞争力。2.小央空调变频节能分析中央空调系统的构成屮央空调系统主要由以下儿个部分组成：1.冷水机组这是中央空调的“制冷源”，“心藏”，通往各个房间循环水由冷水机组进行“内部交换”，降温为“冷却水”。2.冷却水塔用于为冷水机组提供冷却水。3.外部热交换系统 由两个循环水系统组成(1)冷冻水循环系统由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷水机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在个房间内进行热交换，带走房间内热量，是房间内的温度下降。(2)冷却水循环系统由冷却泵及冷却水管道及冷却塔组成。冷水机组进行热交换,是水温冷却的同时，必将释放大就的热量。该热量被冷却水吸收，是冷却水温度升高。冷却泵将升了温冷却水压入冷却塔，使Z在冷却塔中与大气进行热交换，然后再降了温的冷却水，送回到冷水机组。如此不断循坏，带走冷水机组释放的热呈。1.冷却风机冇两种情况：室内风机。安装于所需要降温的房间内，用于将由冷冻水冷却了的空气吹入房间，加速房间内的热交换。冷却塔风机。用于降低冷却塔的水温，加速将“冋水”带回的热量散发到人气中去。川央空调系统的拖动1.冷水机组拖动系统2.冷冻泵拖动系统。由若干台水泵组成。3.冷却泵拖动系统。由若干台水泵组成。4.风机(包括室内风机和冷却塔风机)拖动系统。拖动系统不能调速，故能耗大。中央空调系统拖动节能经济指标分析。1.対冷冻泵拖动系统，冷却泵拖动系统，风机(包括室内风机和冷却塔风机)拖动系统。节能35%“55%。最小节能35乳最大达55%。2.对冷水机纽拖动系统节能20%30%o最小节能20%,最大达30%o对风机水泵类根据流体力学原理，风量Q与转速n的一次方成正比，风压H与转速n的二次方成疋比，轴功率与转速n的三次方成正比。即Q=Kl*nH=K2*n2Ps=K3*n3当所需风量减少，风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。如所需风量的80%,则转速也卜-降为额定转速的80%,而轴功率降51。2%：当所需风奉为而额定风就的50%时，而轴功率降12。5%»当然，转速降低时，效率也会冇所F降，同时还应考虑控制装置的附加损耗等影响。即使如此，这种节电效果也非常可观。通过实际证明，风机水泵类，节能40%-50%o对离心式水冷机组节能2概-35%.最小节能25%,.最大节能35%o 离心式水冷机组拖动特点。机械特性具冇恒转矩性质，故电机的轴功率PL与转速N成正比大影数处于长时间连续运动状态，但负载大小常有变动，为连续变动负载。飞轮力矩（GD2）大，故要求有较大的启动转矩。启动次数少，对升降时间无耍求。人筋数有口动卸载于装载装登，在口动卸栽或装载时，负我将突变。离心式水冷机组调速的必要1.从节能的角度看。（1）由于压缩机不（2）排除在满负载状态卜•长时间运行的可能性，（3）所以，（4）只能按最大需求来决定电动机的容量，（5）故设计裕量-•般偏大。在实际运行中，（6）轻载运行的时间所占的比例是非常高的。如采用变频调速，（7）可大大提高轻载运行时的工作效率。因此，（8）节能潜力是很大的。（9）有些调节方式（如调节阀门开度和改变叶片角度），（10）即使再需求量较小的情况下，（11）也不（12）能减少电动机的运行效率。采用了变频调速后，（13〉但雅求量较小时，（14）可降低电动机的转速，（15）减少电动机的运行功率，（16）从而（17）进一部实现节能。2.从运行质量的角度看。单电机拖动系统大影数不能根据负载的轻录连续进行调节，不能保持压力,流量,温度等参数的稳定，从而大大提高压缩机的工作性能。