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中央空调变频节能改造方案

2017.06.20   

XX  大厦中央空调变频节能改造方案

一、概况

XX 大厦有 3 台中央空调。其中 2 台开利螺杆式冷水机组,型号均为30HXC400B ,制冷剂为 R134a,制冷量为 1366KW388.4USRT),蒸发器流量235M3 /H,冷凝器的流量为 284M 3 /H,主机电机功率为 288KW ;配套 3 45 KW冷冻泵,流量 315 M3 /H,扬程 32 米,采用 1 2 备的工作方式,冷冻水温差一般 3℃;配套 3 37KW 冷却泵,流量 350 M3 /H,扬程 24 , 采用 1 2备的工作方式,冷却水温差一般 3℃;另外 1 台大金螺杆式冷水机组,型号为 CUW200D5Y,制冷量为 680KW193.4USRT);蒸发器流量 117M3 /H,冷凝器的流量为 141.7M 3 /H,主机电机功率为 144KW;配套 2 30 KW 冷冻泵,流量 200 M3 /H,扬程 32 米,采用 1 1 备的工作方式;配套 2 30KW 冷却泵,流量 200 M3 /H,扬程 32 , 1 1 备的工作方式;空调系统全年开机 10 个月,大机组(开利机组)从早上 800~下午 600,小机组(大金机组)从下午 600~凌晨 3:00 ,每天这样循环开机,每天运行 19 小时,每月 570 小时,空调系系统全年共计运行 5700 小时。从现场调查的数据可以看到,该空调的运行工况偏离最佳工况点运行,主机能耗、水泵能耗增大,对冷冻和冷却水泵进行变频节能改造,合理调节水系统流量,使主机运行在最佳工况,保证中央空调系统在制冷负荷变化时,自动跟随、动态调节,可以有效实现系统和水泵的整体节能。


二、中央空调系统的设计依据

一般来说,中央空调系统的最大负载能力是按照天气最热,负荷最大的条件来设计的,存在着很大宽裕量,但实际上系统极少在这些极限条件下工作,根据有关资料统计,空调设备 97%的时间运行在 70%负荷以下波动,所以实际负荷总不能达到满负荷,特别是冷气需求量少的情况下,主机负荷量低,为了保证有较好的运行状态和较高的运行效率,主机能在一定范围根据负载的变化加载和卸载,但与之相配套的冷却水泵和冷冻水泵却仍在高负荷状态下运行,(泵功率是按峰值冷负荷对应水流量的 1.2 倍选配)这样会带来

以下一系列问题:

1. 水流量过大使冷水系统进水和回水温差降低,恶化了主机的工作条件、引起主机热交换效率下降,造成额外的电能损失

2. 由于水泵压力过大,通常都是通过调整管道上的阀门开度来调节冷却水和冷冻水流量,因此阀门上存在着很大的能量损失。

3. 传统的水泵和电机起停控制不能实现软启、软停、在水泵起动和停止时,会出现水锤现象,对管网造成较大冲击,增加管网阀门的跑冒滴漏现象。

4. 由于中央空调冷却水、冷冻水系统运行效率低,能耗较大且属长期运行,进行节能技术改造是完全必要的。


三.调节水泵转速的节电原理

采用交流变频技术控制水泵的运行,是目前中央空调系统节能改造的有效途经,图一绘出了阀门调节和变频调速控制两种状态比较的水泵功率消耗—流量关系。

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图一 空调水泵流量控制节能示意图

从上图中可见用变频调速的方法来减少水泵流量的经济效益是十分显著的,当所需流量减少,如水泵转速下降到额定转速的 60%,此时变频调速比阀门控制更加节能 60 当所需流量减少,水泵转速降低时,其电动机的所需功率按转速的三次方下降。如水泵转速下降到额定转速的 60%即频率 F=30Hz 时,其电动机轴功率下降了 78.4%,即节电率为 78.4%

四、中央空调系统构成及变频节能改造技术方案

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图二 中央空调系统构成及变频节能改造示意图

节能系统主要配置:E5-H 系列变频器、人际界面、KC 智能模糊控制器、电度表计量系统等;

实现功能:采用智能模糊控制,根据冷冻、冷却出回水的温差和温度进行自动变频运行,在满足冷气量需求的同时,实现最大限度的节电率;采用RS485 通讯控制,能在人机界面上显示电动机的实时电参数,如:电动机的功率、电流、电压、运行频率、节电率等等,使节能效果一目了然。

采用先进的三菱工控产品和智能模糊控制技术改造冷冻水泵和冷却水泵。

冷冻泵、冷却泵的变频器采用 1 5 的方式工作,大小机组的水泵均可以在变频运行的条件下实现较大幅度的节能效果。

图三 XX 大厦中央空调变频节能改造系统框图


图四 XX 大厦冷冻泵主电路原理图


图五 XX 大厦冷却泵主电路原理图

采用图三~图五的配置,可以保持 1 台冷冻水泵和 1 台冷却水泵可以同时在变频状态下运行;也可以切换到工频状态运行,在工频和变频混合开机时,最多可以同时运行 5 台冷冻水泵和 5 台冷却水泵,这样配置系统的可靠性大大提高;水泵系统中装有 1 个电度表,可以实测冷冻和冷却水泵,分别在变频和工频运行时的电能消耗,节电效果一目了然。

  系统中还有以下功能:

具有水泵高速运行时间的设定和自动运算功能,自动根据当前的水温和环境,经模糊运算后得出水泵最佳最短的高速运行时间,使其与主机的负荷和现场的制冷效果自动匹配,从而获得最佳的节电效果。

1 )对冷冻泵进行变频改造原理

控制原理说明如下:PLC 控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻泵的回水温度和出水温度读入内存,并计算出温差值;然后根据冷冻泵的回水与出水的温差值和温度进行模糊运算,来控制变频器的转速,调节出水的流量,控制热交换的速度;温差大,说明室内温度高,应提高冷冻泵的转速,加快冷冻水的循环速度和流量,加快热交换的速度;反之温差小,则说明室内温度低,可降低冷冻泵的转速,减缓冷冻水的循环速度和流量,减缓热交换的速度以节约电能;变频器的启动、停止、运行频率的改变及监控显示数据如变频器输出功率、变频器输出频率、输出电流,输出电压等都是由 PLC 制器通过 485 通信协议实现的,并且系统能自动进行冷冻泵(冷却泵)节电率计算。

2 )对冷却泵进行变频改造原理

由于冷冻机组进行热交换时,使水温冷却的同时,必将释放大量的热量,该热量被冷却水吸收,使冷却水温度升高,冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔,进行降温冷却处理后,再送回冷冻机组。因此,对冷却泵来说,以进水和回水间的温差作为控制依据,实现进水和回水间的恒温差控制是比较合理的。温差大,说明冷冻机组产生的热量大,应提高冷却泵的转速,加大冷却水的循环速度;温差小,说明冷冻机组产生的热量小,可以降低冷却泵的转速,减缓冷却泵的循环速度,以节约电能。

五、我公司配置的中央空调泵系统节能设备的特点

1 变频系统采用 ABB-ACS510 系列变频器,对励磁电流进行最佳的调整,使电动机的效率得到更大幅度的提高,更进一步实现高效节能;

2 配备触摸屏人机介面,操作控制简捷,各种数据显示直观;

3 配备可编程控制器、4CH 温度 A/D 模块、RS485 通信模块等;

4 采用先进的智能模糊控制技术,节电效果大幅提高;

5 智能模糊控制系统不会出现超调现象,同时抗干扰能力很强;

6 内置瞬时停电再启动功能及再试启动功能,在无人看管的情况下,全自动化运行;

7 具有宽广的输入电压范围;

8 对水泵实现软停和软起,可完全消除网管水锤效应;

9 可随时调节管路中的压差,保证在合适的范围内;

10 配置灵活,自动化程度高,各种功能(含保护功能)齐全,灵活可靠;

11 占地面较小,投入少,效率高;

12 运行合理,电机、水泵、联轴器的使用寿命将大大提高;

13 冷冻泵和冷却泵的年平均节电率在 40 %以上。

六、触摸屏人机介面的功能

触摸屏作为图形操作终端,已成为操作者与其所控制的机器之间的一种完整连接,使用触摸屏可以增进人和机器之间的关系,从而可不断提高机器性能,并增加许多新的功能;以其极高的性能价格比在业界得到了广泛的应用。

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图六 触摸屏画面

由于采用了智能自动化工控系统,配合通信协议,各种监控数据直接从变频器中读出,数据显示更加准确,且直观明了,可在触摸屏上显示变频器输出功率、变频器输出频率、输出电流,输出电压等等(如图六所示)。

具有画面显示功能,最多可显示 500 幅制作画面,可以全中文显示和操作,操作者(使用者)按照中文提示可以方便地对设备或系统进行操作(见上图);

具有监视功能,可用数值或条形图监视并显示可编程控制器字元件的设定值或现在值;

具有数据变更功能,可以变更正在监视的数值;

具有报警功能,可以对各种预先设定的条件进行报警。

七、节能改造后的冷水泵变频节能效果分析

一、 主机制冷时,全年开机10 个月,全年共计运行 5700 小时:
1) 1 45 KW 的冷冻泵和1 37 KW 冷却泵,每天运行 10 小时,每月运行 300 小时,每年可运行 3000 小时,全年可以节约电能=(45 KW37WK)×3000 小时/年×40 %(节电率)= 98400 KWH
2) 1 30 KW 的冷冻泵和1 30 KW 冷却泵,每天运行 9 小时,每月运行 270 小时,每年可运行 2700 小时,全年可以节约电能=(30 KW30WK)×2700 小时/年×40 %(节电率)= 64800KWH

3) 系统每年可节约电能= 98400 KWH+64800KWH=163200 KWH

二、电费:1.00 / KWH

三、空调系统每年可节约电费=163200KWH×1.00 / KWH163200

四、改造后的中央空调机组的实际节电率与天气温度等等因素有较大的关系,预计经过变频改造后水泵平均能节能 40%以上,很快就可收回所有的投资

费用。

五、经过水泵的变频改造后,由于水系统的运行进行了优化调整,空调主机也会实现 5%~10%的间接节能效果,主要体现在主机电流负载率的降低上。

 八、节能设备投资及回收周期分析

1. 包含以上材料、节电系统设计费、安装调试费、维护管理费、利润、税

金的节能设备改造投资为 X 元;

2. 水泵系统每年节约电费=163200 元;

3. 投资回报期=设备总投资费用 X÷每年节约电费 163200X 年;

4. 经过 X 个月的节能运行后,即可收回所有的投资费用,而改造后若节电率提高,回收周期将大大缩短。

九、技术改造后对系统设备带来的好处

对水泵而言,由于大多数的时间都运行在额定转速以下,使得设备机械部件的磨损如电机轴承的机械磨擦减少,机械部件的使用寿命大大延长,从而也使得中央空调机组设备的维护周期延长,设备的维护费用成倍减少,综合经济效益大幅提高。

由于变频器采用软启动方式,启动电流得到了有效的抑制,避免了原来降压启动带来的对设备的冲击,特别是对变压器的冲击,为系统设备和变压器的安全运行提供了有利的技术保障,同时也延长了系统设备的使用寿命。

采用变频器运行后,提高了机组运行的工作效率,降低了电机的噪声和温升,也降低了电机的震动,提高了设备的自动化水平,电气故障率大大降低,可靠性提高;全中文操作系统,人机界面友好,设备档次大幅提高。

十、售后服务承诺保证

1. 为用户提供优质、快捷的售后服务,实现用户满意之工作目标和宗旨。

2. 若出现故障,承诺在 2 小时内响应并及时赶往现场处理,排除故障。

3. 售后服务主要包括以下几个方面的内容:

1.技术培训——工程安装后,我方应组织用户方有关技术人员进行相关的培训,以方便用户进行产品的维护及效益评估工作。

2.产品维护——依据产品生产商提供的相关政策,承诺贰年内免费维护保养(进水、火灾、雷击、人为因素等除外),贰年后终身产品有偿维修保证服务。

3.技术升级——当我公司研发出更新一代的控制系统软件时,可优惠提供升级服务。

4.客户回访——我公司为每一用户建立客户档案,并定期进行跟踪回访,了解产品质量状况及节电效益,及时解决用户在使用产品过程中存在的问题,同时搜集相关信息以改进服务质量,进一步服务与市场。

4. 保证节能系统设计创新,技术含量高。

5. 保证自动化控制设计系统的合理性及先进性。

6. 我公司保证经过节能改造后,不影响贵方的制冷效果,保证冷冻泵和冷却泵的年平均节电率在 40 %以上。

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