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      VF10變頻器在中央空調節能系統中的應用

      瀏覽次數:     日期:2013/10/10    作者:上海格立特電力電子有限公司

        中央空調主要由冷水機組、冷凍水循環系統、冷卻水循環系統、風機盤管系統和散熱水塔組成。其工作原理如圖1:


        

                   圖1. 中央空調工作原理圖
         冷水機組由壓縮機將制冷劑壓縮成液態后送冷凝器,在冷凝器中釋放出熱量并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輸送到冷卻水塔中噴淋并與大氣之間進行熱交換,同時水塔風扇對其進行抽風,增加空氣對流速度,將冷卻水中的熱量散發到大氣中去。經過冷凝器的高壓液態制冷劑在送蒸發器的過程中產生汽化,并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房間風口的風機盤管中,由風機吹送冷風到房間里達到降溫的目的。
         中央空調機組傳統的調整方法為:
         1.冷凍水循環系統
         冷凍水循環系統由冷凍泵、分水器、集水器、各風機盤管及冷凍水管道組成。從冷水機組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入分水器并被送入各層的冷凍水管道,在各個房間風口的風機盤管中進行熱交換,帶走房間內熱量,從而使房間內的溫度下降。然后再進入到集水器送回冷水機組。其控制方式為通過手動或自動調整分水器出口各層冷凍水管道上的閥門的開度來控制進入各層房間風機盤管中的冷凍水流量,以達到控制各個房間溫度的目的。在該循環系統中,冷凍水泵始終處于額定轉速運行,由于各層冷凍水的流量調整是分別進行的,為了保持最高層或最不利端的壓力及進出水的壓力平衡,所以在分水器和集水器之間加接了旁路管道,通過手動或自動調整旁路管上的閥門來平衡循環系統的壓力。
         2.冷卻水循環系統
         冷卻水循環系統由冷卻泵及冷卻水管道及冷卻塔組成。當壓縮機將氣態的制冷劑壓縮成液態時,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。冷卻泵將升高了溫度的冷卻水壓入冷卻水塔,使之在冷卻水塔中與大氣進行熱交換,并用風扇對其強迫風冷。然后再將降了溫的冷卻水送回到冷水機組。如此不斷循環,帶走冷水機組釋放的熱量。在該系統中,冷卻水泵和冷卻風扇始終運行在額定轉速,管道中的冷卻水是靠閥門進行流量和壓力調整。
         系統節能的可能性
         由于中央空調機組中冷凍水循環系統、冷卻水循環系統以及冷卻水塔風機均為風機水泵系統,其負載特性為流量與軸轉速成正比、水壓(或風壓)與軸轉速的平方成正比,軸功率與軸轉速的立方成正比。所以,如果我們將系統以電機為定轉速運轉,用閥門調節水流量和風流量的方法,改用根據所需的流量、風量調節電機轉速的方法,就可獲得大量的節電效果。從理論上來講,在環境氣壓、氣溫等參數不變的情況下,當轉速減少50%時,流量減少50%,揚程減少75%,功率消耗減少87.5%,節能效果非常顯著。
         因而,我們可以采用變頻裝置對冷凍水泵和冷卻水泵以及冷卻風扇作調速的方法,來控制系統的流量和壓力,達到節約能源的作用。
         變頻控制的原理
         從以上分析我們可以知道,對于中央空調的冷凍水循環系統、冷卻水循環系統及冷卻風扇電機使用調速方式能夠降低系統的功耗。因而,我們可以采用變頻器對水泵和風機作調速控制,其控制原理見圖2。這其中分為3個部分:


        
              圖2. 中央空調變頻控制工作原理圖
         1.冷凍水泵的控制方式
         冷凍水泵的控制方式為:變頻器作最高層(或最不利端)的壓力PID閉環控制,保持最不利端的壓力恒定,這樣可防止壓力損失并較大幅度提高效率,以取得好的節能效果。
         2.冷卻水泵的控制方式
         由于冷卻塔的水溫是隨環境溫度而變化的,其單側水溫不能準確地反映冷凍機組產生熱量的多少。所以,對于冷卻水泵,以冷凝器進水和回水的溫差作為控制依據,實現進水和回水間溫差的PID恒溫差控制較為合理。溫差大,說明冷凍機組產生的熱量大,應提高冷卻泵的轉速,增大冷卻水的循環速度;反之則應該降低轉速。同時考慮到冷卻水系統是個開式水系統,其有一個實際揚程問題,所以在系統中設定一個下限頻率,以保證冷卻水泵能可靠工作。這樣能在各種環境下,使系統處于最佳狀態,并達到節能的目的。
         3.冷卻風扇的控制方式
         使用冷卻風扇的目的是使進入冷卻塔的冷卻水在滴下時與空氣充分接觸,將熱量通過氣流傳導到周圍的大氣中,將水溫降下來。所以,冷卻風扇以冷卻塔出水溫度作為控制對象,實現出水溫度的PID控制,當出水溫度高時加快風扇的速度,使冷卻水加快冷卻速度;而出水溫度低時,則降低風扇速度,以降低能耗。
         VF10系列變頻器在上海某公司的應用
         上海某公司的中央空調冷凍水循環系統和冷卻水循環系統各有三臺水泵作一用二備控制系統,其冷凍水泵功率為30KW×3,冷卻水泵功率為37KW×3??刂品桨溉缦拢?br />    用一臺VF10-30P3變頻器設計成一拖三(一用二備)系統,控制冷凍水循環系統。每24小時切換一次水泵,水泵輪流工作??刂粕喜捎米罡邔拥膲毫ID閉環控制,使用VF10變頻器的內部PID調節器來控制系統壓力。
         用一臺VF10-37P3變頻器設計成一拖三(一用二備)系統,控制冷卻水循環系統。每24小時切換一次水泵,水泵輪流工作??刂粕弦岳淠鞯倪M水與出水溫度差作為控制對象,用VF10變頻器內部的PID調節器作溫差閉環控制。
         使用變頻控制前后的用電情況對比如下:
         不使用變頻控制的用電量/天


            使用變頻控制的用電量/天


           節電率為


           預計全年總節電率為30-65%。


         
                               冷凍水泵系統                                              冷卻水泵系統

       

       

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