中央空調(diào)系統(tǒng)水泵變頻改造技術(shù)

隨著變頻技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展和普及，在空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)普遍。如何選擇變頻控制思路是一個(gè)值得探討的問(wèn)題，如果選擇不合理可能會(huì)起不到應(yīng)有的效果甚至?xí)绊懙娇照{(diào)系統(tǒng)的正常使用。

變頻技術(shù)的日益成熟，利用變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器、溫度模塊等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成溫差閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的輸出流量；采用變頻調(diào)速技術(shù)不僅能使商場(chǎng)室溫維持在所期望的狀態(tài)，讓人感到舒適滿意，可使整個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)平緩穩(wěn)定，更重要的是其節(jié)能效果高達(dá)30%以上，能帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益。

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節(jié)能改造的必要性
中央空調(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，因此中央空調(diào)的節(jié)能改造顯得尤為重要。
      由于設(shè)計(jì)時(shí)，中央空調(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)際上絕大部分時(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)。
      水泵系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門和旁通調(diào)節(jié)來(lái)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，而且還造成中央空調(diào)最末端達(dá)不到合理效果的情況。為了解決這些問(wèn)題需使水泵隨著負(fù)載的變化調(diào)節(jié)水流量并關(guān)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，容易對(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、備件費(fèi)用。
采用變頻器控制能根據(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，在滿足中央空調(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(lái)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，如果轉(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(lái)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(guò)程中均無(wú)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(zhǎng)電機(jī)、接觸器及機(jī)械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。
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中央空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

1、冷凍機(jī)組：通往各個(gè)房間的循環(huán)水由冷凍機(jī)組進(jìn)行“內(nèi)部熱交換”作用，使冷凍水降溫為5~7℃。并通過(guò)循環(huán)水系統(tǒng)向各個(gè)空調(diào)點(diǎn)提供外部熱交換源。內(nèi)部熱交換產(chǎn)生的熱量，通過(guò)冷卻水系統(tǒng)在冷卻塔中向空氣中排放。內(nèi)部熱交換系統(tǒng)是中央空調(diào)的“制冷源”。
2、冷凍水塔：用于為冷凍機(jī)組提供“冷卻水”。
3、“外部熱交換”系統(tǒng)：由兩個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)組成：
⑴、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)由冷凍泵及冷凍管道組成。從冷凍機(jī)組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，在各個(gè)房間內(nèi)進(jìn)行熱交換，帶走房間內(nèi)的熱量，使房間內(nèi)的溫度下降。
⑵、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)由冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍機(jī)組進(jìn)行熱交換，使水溫冷卻的同時(shí)，必將釋放大量的熱量，該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高，冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入水塔，使之在冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換，然后再將降了溫的冷卻水，送回到冷凍機(jī)組，如此不斷循環(huán)，帶走冷凍機(jī)組成釋放的熱量。
4、冷卻風(fēng)機(jī)
⑴、室內(nèi)風(fēng)機(jī)：安裝于所有需要降溫的房間內(nèi)，用于將由冷凍水冷卻了的冷空氣吹入房間，加速房間內(nèi)的熱交換；
⑵、冷卻塔風(fēng)機(jī)用于降低冷卻塔中的水溫，加速將“回水”帶回的熱量散發(fā)到大氣中去。
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水泵變頻技術(shù)探討
1、中央空調(diào)系統(tǒng)，裝機(jī)功率分布

2、輔機(jī)改造尤其是水泵的節(jié)能改造被很多從事節(jié)能企業(yè)看好
　　2.1.中央空調(diào)系統(tǒng)水泵部分確實(shí)有改造空間。
　　2.2.國(guó)家有關(guān)部門對(duì)變頻改造的政策支持力度加大。
　　2.3.高昂的運(yùn)行費(fèi)用給用戶的壓力，也促使企業(yè)有了改造的動(dòng)力。
　　2.4.存在的問(wèn)題是：有些節(jié)能企業(yè)并不了解中央空調(diào)水系統(tǒng)的特點(diǎn)，一味夸大變頻改造的效果。
3、揚(yáng)程富余是目前中央空調(diào)水系統(tǒng)的普遍現(xiàn)象
　　3.1.開(kāi)式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)水泵揚(yáng)程的作用是不一樣的。
　　3.2.設(shè)計(jì)者一般對(duì)水系統(tǒng)要求的流量會(huì)進(jìn)行比較仔細(xì)的計(jì)算，對(duì)揚(yáng)程的要求按照水泵現(xiàn)成資料來(lái)取的為多。
　　3.3.老的水泵選型資料對(duì)大流量的水泵揚(yáng)程一般都比較高。
　　3.4.有些暖通空調(diào)設(shè)計(jì)者對(duì)自己的設(shè)計(jì)的不自信。

4、中央空調(diào)系統(tǒng)水泵楊程的計(jì)算
　　4.1.冷水機(jī)組阻力：由機(jī)組制造廠提供，一般為60~100kPa。（采用板式換熱器的設(shè)備在120kPa左右）
　　4.2.管路阻力：包括磨擦阻力、局部阻力。
　　4.3.空調(diào)未端裝置阻力。
　　4.4.冷卻塔部分的阻力。不管系統(tǒng)的大小，其實(shí)中央空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)的水阻相差不大，一般在0.15Mpa—0.25Mpa之間。
　　在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中，揚(yáng)程普遍偏大，主要原因有：
　　a.過(guò)大估計(jì)了水系統(tǒng)沿途的各種配件的阻力。
　　b.相互套用設(shè)計(jì)參數(shù)。
　　c.對(duì)自己設(shè)計(jì)不自信，總認(rèn)為大點(diǎn)保險(xiǎn)。
　　揚(yáng)程設(shè)計(jì)偏大，在使用中水泵電機(jī)功率因數(shù)很低，水泵電機(jī)電流比額定電流偏小。為水泵變頻改造提供了空間。

5、水泵變頻的基本原理
　　5.1.P(功率)=Q(流量)╳H(壓力)
　　5.2.流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比
　　5.3.壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比
　　5.4.功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比
　　5.5.變頻的主要目的是通過(guò)改變水泵的頻率，降低水泵轉(zhuǎn)速，提高水泵的功率因數(shù)以達(dá)到節(jié)能的目的。

6、水泵的變頻會(huì)損失大量流量
　　1.由于設(shè)計(jì)揚(yáng)程偏大，水泵的功率因數(shù)會(huì)很低（50%-60%）
　　2.變頻器是按照監(jiān)控水泵功率因數(shù)來(lái)決定變頻的比例。
　　3.自動(dòng)運(yùn)行變頻器的時(shí)候，基本變頻的比例都在30%
　　4.同時(shí)損失的30%流量就對(duì)系統(tǒng)的使用帶來(lái)了問(wèn)題。

7、中央空調(diào)系統(tǒng)水泵改造的出路
　　1.既然原設(shè)計(jì)揚(yáng)程偏大，那就調(diào)換一個(gè)水泵。
　　2.調(diào)換沒(méi)有現(xiàn)成的規(guī)格時(shí)，進(jìn)行水泵泵體的改造。

8、水泵泵體改造的辦法
　　決定水泵送水流量的關(guān)鍵是水泵葉輪的泵水槽寬度。
　　決定水泵揚(yáng)程的關(guān)鍵是水泵葉輪的外徑和泵殼的間距。

9、水泵節(jié)能改造的辦法
　　通過(guò)對(duì)水泵也輪本身的改造或者從配達(dá)到需要的流量和揚(yáng)程。
　　無(wú)需改變水泵原有安裝管道，在確定達(dá)到流量和揚(yáng)程要求后根據(jù)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行電流選配新的電機(jī)。
　　一般情況下，電機(jī)改小的比例30%。

10、中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的方向
　　1.大型離心機(jī)組的變頻改造。
　　2.水泵的節(jié)能改造。
　　3.冷卻塔風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造。
　　4.中央空調(diào)運(yùn)行智能化改造。
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中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的優(yōu)點(diǎn)
變頻節(jié)能改造后除了可以節(jié)省大量的電能外還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1 、只需在中中央空調(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)中中央空調(diào)冷卻水出水主管上的B處），簡(jiǎn)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(lái)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(guò)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(wú)極調(diào)速，閉環(huán)控制迅速準(zhǔn)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(lái)調(diào)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(lái)對(duì)頻率進(jìn)行無(wú)極調(diào)速，而采用上、下限溫度來(lái)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(guò)對(duì)多家用戶市場(chǎng)調(diào)查，平均節(jié)電率要提高5
％以上，節(jié)電率達(dá)到20 ％以上。
 

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