變頻技術(shù)在遠(yuǎn)大中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

0 引言

最近幾年，湖南省華菱漣鋼進(jìn)行了大規(guī)模的投資建設(shè)，中央空調(diào)系統(tǒng)也隨之更換了十余臺(tái)。自從中央空調(diào)系統(tǒng)建成并投入使用以來，遠(yuǎn)大中央空調(diào)系統(tǒng)能耗非常高，是我們公司除生產(chǎn)之外的耗電大戶，單位技術(shù)人員想方設(shè)法，積極采用變頻

調(diào)速技術(shù)，節(jié)能降耗，取得了非常好的成果。

1 水泵節(jié)能改造概況

遠(yuǎn)大中央空調(diào)耗電占每年電費(fèi)的60%左右，因此對(duì)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)來完成的，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。

因水泵采用的是Y-吟起動(dòng)方式，電機(jī)的起動(dòng)電流均為其額定電流的3耀4 倍，一臺(tái)90 kW的電動(dòng)機(jī)其起動(dòng)電流將達(dá)到500 A。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)的水錘現(xiàn)象，容易對(duì)機(jī)械部件、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。

綜上所述，為了節(jié)約能源和費(fèi)用，需對(duì)水泵系統(tǒng)進(jìn)行改造，經(jīng)市場(chǎng)調(diào)查與了解，決定采用成熟的變頻調(diào)速器來實(shí)現(xiàn)，以便達(dá)到節(jié)能和延長(zhǎng)電機(jī)、接觸器及機(jī)械部件、軸承、閥門、管道的使用壽命。

根據(jù)冷凍水泵和冷卻水泵負(fù)載的變化，變頻調(diào)速器隨之調(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，它們

的關(guān)系如下。

其減少的功耗

采用變頻調(diào)速器軟啟動(dòng)方式控制電機(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，同時(shí)采用變頻調(diào)速器控制電機(jī)后還可避免水錘現(xiàn)象，因此可大大延長(zhǎng)電機(jī)、接觸器及機(jī)械部件、軸承、閥門、管道的使用壽命。

2 水泵節(jié)能改造

遠(yuǎn)大中央空調(diào)系統(tǒng)通常分為冷凍(媒)水和冷卻水兩個(gè)系統(tǒng)。根據(jù)遠(yuǎn)大介紹的國(guó)內(nèi)最新資料，我們對(duì)遠(yuǎn)大中央空調(diào)水泵系統(tǒng)進(jìn)行了變頻調(diào)速閉環(huán)控制改造。

2.1 冷凍(媒)水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制

2.1.1 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)冷凍泵變頻調(diào)速器工作的最小工作頻率，將其設(shè)定為下限頻率并鎖定。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，與溫度控制器設(shè)定的溫度相比較來

控制變頻調(diào)速器的頻率增減，控制方式是冷凍回水溫度大于設(shè)定溫度時(shí)頻率無級(jí)上調(diào)。

2.1.2 制熱模式下冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制

該模式是在中遠(yuǎn)大中央空調(diào)中熱泵運(yùn)行(即制熱)時(shí)冷凍水泵系統(tǒng)采取的控制方案。同制冷模式控制方案一樣，確定下限頻率并鎖定，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，與溫度控制器設(shè)定的溫度相比較來控制

變頻調(diào)速器的頻率增減。不同的是冷凍回水溫度小于設(shè)定溫度時(shí)頻率無級(jí)上調(diào)，當(dāng)溫度傳感檢測(cè)到的冷凍水回水溫越高，變頻調(diào)速器的輸出頻率越低。

英威騰公司生產(chǎn)的系列智能變頻調(diào)速器都具有以上功能，我們通過安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器來檢測(cè)冷凍水的回水溫度，并可直接通過設(shè)定變頻調(diào)速器參數(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，英威騰公司生產(chǎn)的系列智能變頻調(diào)速器增加了首次起動(dòng)全速運(yùn)行功能。通過設(shè)定變頻調(diào)速器參數(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)行無級(jí)調(diào)速，并且變頻調(diào)速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)孕隕閱運(yùn)算而得出的。

2.2 冷卻水系統(tǒng)的閉環(huán)控制

目前，在冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制改造的方案最為常見，節(jié)電效果也較為顯著。該方案同樣是在保證冷卻塔有一定的冷卻水流出的情況下，通過控制變頻調(diào)速器的輸出頻率來調(diào)節(jié)冷卻水流量，當(dāng)中央空調(diào)冷卻水出水溫度低時(shí)，減少冷卻水

流量;當(dāng)中央空調(diào)冷卻水出水溫度高時(shí)，加大冷卻水流量，從而達(dá)到在保證中央空調(diào)機(jī)組正常工作的前提下達(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)冷卻泵變頻調(diào)速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)，頻率無級(jí)上調(diào)，當(dāng)進(jìn)、出水溫差小于設(shè)定值時(shí)，頻率無級(jí)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)先無級(jí)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，變頻調(diào)速器的輸出頻率越高;進(jìn)、出水溫差越小，變頻調(diào)速器的輸出頻率越低。

通過實(shí)踐應(yīng)用證明，現(xiàn)用于冷卻水系統(tǒng)閉環(huán)控制的系列英威騰公司智能變頻調(diào)速器，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)如下。

1)只需在中遠(yuǎn)大中央空調(diào)冷卻管出水端安裝一個(gè)溫度傳感器，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)行孕隕閱計(jì)算，從而達(dá)到對(duì)頻率進(jìn)行無級(jí)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)、出水溫度差的調(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，而僅僅由溫度差來對(duì)頻率進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，而采用上、下限溫度的調(diào)節(jié)方式充分考慮了這一因素，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，平均節(jié)電率要提高5豫以上，節(jié)電率達(dá)到20豫耀40豫。

6)具有首次起動(dòng)全速運(yùn)行功能。通過設(shè)定變頻調(diào)速器參數(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)我們集團(tuán)公司冷軋、熱軋、薄板等十家遠(yuǎn)大中央空調(diào)使用單位一年來的使用，英威騰公司生產(chǎn)的系列智能變頻調(diào)速器節(jié)電率均在40豫左右，節(jié)電效果顯著，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，還可大大延長(zhǎng)電機(jī)、接觸器及機(jī)械部件、軸承、閥門、管道的使用壽命，由此可為中央空調(diào)使用單位帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語(yǔ)

嚴(yán)峻的節(jié)能形勢(shì)讓我們必須面對(duì)。我國(guó)能源利用效率與世界先進(jìn)水平相比較，存在很大的差距，這些差距說明我們節(jié)能的潛力很大。也就是說，通過增加投入以及推廣運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)等方面的主觀努力，節(jié)能是可以取得明顯成效的。當(dāng)然，做到這些需要從法制建設(shè)、管理體制、激勵(lì)機(jī)制等方面整體推進(jìn)。

科學(xué)的管理和技術(shù)改造是進(jìn)行低成本節(jié)能的基礎(chǔ)，通過能耗數(shù)據(jù)的收集和分析來挖節(jié)能潛力。

我們要把節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境作為轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的突破口和重點(diǎn)來抓，要抓出成效。