變頻器在中央空調冷卻水、冷凍水循環系統的應用
bmller 2022-09-30
引言：
作為建筑內部重點耗能設備，中央空調系統的耗電一般要占整座建筑電耗的 40% 以上。而中央空調機組是以滿足使用場所的最大冷熱量來進行設計的，而在實際應用中絕大多數用戶在使用時，冷熱負荷是變化的，一般與最大設計供冷熱量存在著很大的差異，系統各部分 90% 以上運行在非滿載額定狀態。傳統的中央空調水、風系統均采用調節閥門或風門開度的方式來調節水量和風量，這種調節方式的缺點不僅是消耗大量能量，而且調節品質難以達到理想狀態而導致空調的舒適度不良。
應用交流變頻技術通過對中央空調的末端空調風機箱、冷卻塔風機、冷凍水 / 冷卻水水泵、甚至主機驅動電機轉速等進行控制調節，從而使空調各子系統風量、水流量等負荷工況參數按負荷情況得到適時調節，不但能改善系統的調節品質，達到閥門、風門節 / 回流調節、變極調速等落后調節方式所不能相比的調節性能，改善空調的舒適性；更能到達節約大量電能，降低設備運行費用。隨著變頻技術的成熟和發展，“一天的電費用兩天的電”不再是天方夜譚。對中央空調進行變頻節能改造是降本增效的一條捷徑。中央空調系統的構成及工作原理:
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，由冷卻水泵將帶有熱量的冷卻水送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，如下圖所示：
冷凍水循環系統 ：
由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍主機流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，通過各房間的盤管，帶走房間內的熱量，使房間內的溫度下降。同時，房間內的熱量被冷凍水吸收，使冷凍水的溫度升高。溫度升高了的循環水經冷凍主機后又成為冷凍水，如此循環不已。
從冷凍主機流出，進入房間的冷凍水簡稱為“出水”，流經所有房間后回到冷凍主機的冷凍水簡稱為“回水”。無疑回水的溫度將高于出水的溫度形成溫差。
冷卻水循環系統 ：
冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍主機在進行熱交換、使水溫冷卻的同時，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冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進行熱交換，然后再將降溫了的冷卻水，送回到冷凍機組。如此不斷循環，帶走了冷凍主機釋放的熱量。
流進冷凍主機的冷卻水簡稱為“進水”，從冷凍主機流回冷卻塔的冷卻水簡稱為“回水”。同樣，回水的溫度將高于進水的溫度形成溫差。
中央空調節能改造的必要性：
由于設計時，中央空調系統必須按天氣最熱、負荷最大時設計，并且留10-20％設計余量，然而實際上絕大部分時間空調是不會運行在滿負荷狀態下，存在較大的富余，所以節能的潛力就較大，其中，冷凍主機可以根據負載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應調節，存在很大的浪費。水泵系統的流量與壓差以前是靠閥門和旁通調節來完成，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現象，不僅大量浪費電能，而且還造成中央空調最末端達不到合理效果的情況。為解決這些問題需使水泵隨著負載的變化調節水流量并關閉旁通。 再因水泵采用的是Y—△起動方式，電機的起動電流平均為其額定電流的3～4倍，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機的使用壽命大大下降，同時，起動時的機械沖擊和停泵時的水錘現象，容易對機械零件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費用。
節能系統介紹：
采用G系列變頻器實現智能模糊控制，根據冷凍、冷卻出回水的溫差進行自動變頻運行，在滿足冷氣量需求的同時，實現最大限度的節電率，最高可達60%以上。
冷凍系統進行恒溫控制。而以回水溫度信號作為目標信號，使壓差的目標值可以在一定范圍內根據回水溫度進行適當調整。就是說，當房間溫度較低時，使壓差的目標值適當下降一些，減小冷凍泵的平均轉速，提高節能效果。這樣一來，既考慮到了環境溫度的因素，又改善了節能效果。
具體方法是：在保證冷凍機組冷凍水流量所需前提下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，可將其設定為下限頻率。水泵電機頻率調節是通過安裝在系統管道上溫度傳感器測回水溫度。溫控器將其與設定值進行比較。當冷凍回水溫度大于設定值時，變頻器輸出上限頻率，水泵電機高速運轉；當冷凍回水溫度小于設定溫度時電機以設定的頻率曲線工作。系統圖如下：
冷卻系統以壓差信號為反饋信號，進行恒壓差控制，系統如圖所示：
主要的功能有：
*變頻/工頻切換功能
如將轉換K1開關置于“停”位，則不改變原控制柜的操作，如要變頻運行，則轉換1開關必須置于“1號”位
*閉環全自動運行功能
將轉換開關K1置于“1”位，“變頻運行”指示燈亮，此時變頻器的運行頻率由PID自動給定，無須人工調節。
*開環調節功能
將轉換開關K1置于“1”位，“變頻運行”指示燈亮，此時變頻器的運行頻率通過設定變頻器參數F12=1，就可以通過調節電位器，人為設定。從運行情況看，進行變頻節能改造后：
*節能效果顯著；
*實現了軟啟動，電機啟動電流大幅度下降，避免了電機啟動時對電網的沖擊；
*設備運行更平穩，消除了啟動和停機時的水錘效應；
*實現了閉環全自動控制，提高了自動化水平，運行安全可靠、無人值守。
結束語：
變頻器具有節能自動運行，能持續優化電機效率，實現最大的節能效果，同時內置PID調節器，方便實現自動化控制。一般整體節電效果達30％～60％，安全可靠、操作簡單。
中央空調是現代物業大廈，賓館商場不可缺少的設施，它能給人們帶來四季如春，溫馨舒適的每一天，對中央空調實行節能改造，既節省了大量的電能，又保護了環境，更為重要的是為企業帶來了巨大的經濟效益，大大加強了企業的競爭力！
