中央空调变频改造节能方案.doc

|XX 大 厦 中 央 空 调 变 频 节 能 改 造 方 案深圳市康灿科技有限公司地址：深圳市光明新区圳美公常路雅盛科技工业园 B26 楼电话：0755-29427392 、29427393 15112498345传真：0755-82974056网址：www.kangcan.com电邮：cheng_shi11sina.com|XX 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 1366KW（388.4USRT） ，蒸发器流量 235M3/H，冷凝器的流量为 284M3/H，主机电机功率为 288KW ；配套 3 台45 KW 冷冻泵，流量 315 M3/H，扬程 32 米，采用 1 用 2 备的工作方式，冷冻水温差一般 3；配套 3 台 37KW 冷却泵，流量 350 M3/H，扬程 24 米, 采用1 用 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680KW（193.4USRT） ；蒸发器流量 117M3/H，冷凝器的流量为 141.7M3/H，主机电机功率为 144KW；配套 2 台 30 KW 冷冻泵，流量 200 M3/H，扬程 32 米，采用 1 用 1 备的工作方式；配套 2 台 30KW 冷却泵，流量 200 M3/H，扬程 32米, 采用 1 用 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 8：00下午6：00，小机组（大金机组）从下午 6：00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。水泵功率消耗（） 109876543021水 泵 流 量 （ ） 60 810能 量 节 约 变 频 器 控 制阀 门 控 制图 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房间冷却塔冷 却 泵 冷 冻 泵压 缩 机冷却水 冷冻水冷 却 进 水 温 度冷 却 出 水 温 度冷 冻 回 水 温 度冷 冻 出 水 温 度变频节能控制柜变频节能控制柜图二 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 拖 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。|RS485 KCA×1-B37 KW1#/23 450371#/2 K0图三 约金銮大厦中央空调变频节能改造系统框图 |KM2KM1 L1 23N PEAC80V5HzQF45WR STU V45KW Y/KM445K Y/45KW Y/30K Y/30KW Y/K3KM6K5KM8K7KM10K9L1 23N PEAC80V5HzQF图四 金銮时代大厦冷冻泵主电路原理图|KM12KM1 L1 23N PEAC80V5HzQF37WR STU V37KW Y/KM1437K Y/37KW Y/30K Y/30KW Y/K13KM16K15KM18K17KM20K19L1 23N PEQF4图五 金銮时代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 控制器通过 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 E5-H 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,完全自动化运行；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。|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) 开 1 台 45 KW 的 冷 冻 泵 和 1 台 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 KW 37WK） ×3000 小 时 /年 ×40 （ 节 电 率 ） 98400 KWH2) 开 1 台 30 KW 的 冷 冻 泵 和 1 台 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 KW 30WK） ×2700 小 时 /年 ×40 （ 节 电 率 ） 64800KWH