XX 大廈中央空調(diào)變頻節(jié)能改造方案

一、概況

XX 大廈有 3 臺(tái)中央空調(diào)。其中 2 臺(tái)開(kāi)利螺桿式冷水機(jī)組，型號(hào)均為30HXC400B ，制冷劑為 R134a，制冷量為 1366KW(388.4USRT)，蒸發(fā)器流量235M3 /H，冷凝器的流量為 284M 3 /H，主機(jī)電機(jī)功率為 288KW ;配套 3 臺(tái) 45 KW冷凍泵，流量 315 M3 /H，揚(yáng)程 32 米，采用 1 用 2 備的工作方式，冷凍水溫差一般 3℃;配套 3 臺(tái) 37KW 冷卻泵，流量 350 M3 /H，揚(yáng)程 24 米, 采用 1 用 2備的工作方式，冷卻水溫差一般 3℃;另外 1 臺(tái)大金螺桿式冷水機(jī)組，型號(hào)為 CUW200D5Y,制冷量為 680KW(193.4USRT);蒸發(fā)器流量 117M3 /H，冷凝器的流量為 141.7M 3 /H，主機(jī)電機(jī)功率為 144KW;配套 2 臺(tái) 30 KW 冷凍泵，流量 200 M3 /H，揚(yáng)程 32 米，采用 1用 1 備的工作方式;配套 2 臺(tái) 30KW 冷卻泵，流量 200 M3 /H，揚(yáng)程 32 米, 采用 1 用 1 備的工作方式;空調(diào)系統(tǒng)全年開(kāi)機(jī) 10 個(gè)月，大機(jī)組(開(kāi)利機(jī)組)從早上 8：00～下午 6：00，小機(jī)組(大金機(jī)組)從下午 6：00～凌晨 3:00 ,每天這樣循環(huán)開(kāi)機(jī)，每天運(yùn)行 19 小時(shí)，每月 570 小時(shí)，空調(diào)系系統(tǒng)全年共計(jì)運(yùn)行 5700 小時(shí)。從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的數(shù)據(jù)可以看到，該空調(diào)的運(yùn)行工況偏離最佳工況點(diǎn)運(yùn)行，主機(jī)能耗、水泵能耗增大，對(duì)冷凍和冷卻水泵進(jìn)行變頻節(jié)能改造，合理調(diào)節(jié)水系統(tǒng)流量，使主機(jī)運(yùn)行在最佳工況，保證中央空調(diào)系統(tǒng)在制冷負(fù)荷變化時(shí)，自動(dòng)跟隨、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，可以有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和水泵的整體節(jié)能。

二、中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)

一般來(lái)說(shuō)，中央空調(diào)系統(tǒng)的最大負(fù)載能力是按照天氣最熱，負(fù)荷最大的條件來(lái)設(shè)計(jì)的，存在著很大寬裕量，但實(shí)際上系統(tǒng)極少在這些極限條件下工作，根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，空調(diào)設(shè)備 97%的時(shí)間運(yùn)行在 70%負(fù)荷以下波動(dòng)，所以實(shí)際負(fù)荷總不能達(dá)到滿負(fù)荷，特別是冷氣需求量少的情況下，主機(jī)負(fù)荷量低，為了保證有較好的運(yùn)行狀態(tài)和較高的運(yùn)行效率，主機(jī)能在一定范圍根據(jù)負(fù)載的變化加載和卸載，但與之相配套的冷卻水泵和冷凍水泵卻仍在高負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，(泵功率是按峰值冷負(fù)荷對(duì)應(yīng)水流量的 1.2 倍選配)這樣會(huì)帶來(lái)

以下一系列問(wèn)題：

1. 水流量過(guò)大使冷水系統(tǒng)進(jìn)水和回水溫差降低，惡化了主機(jī)的工作條件、引起主機(jī)熱交換效率下降，造成額外的電能損失 。

2. 由于水泵壓力過(guò)大，通常都是通過(guò)調(diào)整管道上的閥門開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)冷卻水和冷凍水流量，因此閥門上存在著很大的能量損失。

3. 傳統(tǒng)的水泵和電機(jī)起?？刂撇荒軐?shí)現(xiàn)軟啟、軟停、在水泵起動(dòng)和停止時(shí)，會(huì)出現(xiàn)水錘現(xiàn)象，對(duì)管網(wǎng)造成較大沖擊，增加管網(wǎng)閥門的跑冒滴漏現(xiàn)象。

4. 由于中央空調(diào)冷卻水、冷凍水系統(tǒng)運(yùn)行效率低，能耗較大且屬長(zhǎng)期運(yùn)行，進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造是完全必要的。

三.調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的節(jié)電原理

采用交流變頻技術(shù)控制水泵的運(yùn)行，是目前中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的有效途經(jīng)，圖一繪出了閥門調(diào)節(jié)和變頻調(diào)速控制兩種狀態(tài)比較的水泵功率消耗—流量關(guān)系。

圖一 空調(diào)水泵流量控制節(jié)能示意圖

從上圖中可見(jiàn)用變頻調(diào)速的方法來(lái)減少水泵流量的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的，當(dāng)所需流量減少，如水泵轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的 60%，此時(shí)變頻調(diào)速比閥門控制更加節(jié)能 60% 。當(dāng)所需流量減少，水泵轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其電動(dòng)機(jī)的所需功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。如水泵轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的 60%即頻率 F=30Hz 時(shí)，其電動(dòng)機(jī)軸功率下降了 78.4%，即節(jié)電率為 78.4% 。

四、中央空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成及變頻節(jié)能改造技術(shù)方案

圖二 中央空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成及變頻節(jié)能改造示意圖

? 節(jié)能系統(tǒng)主要配置：E5-H 系列變頻器、人際界面、KC 智能模糊控制器、電度表計(jì)量系統(tǒng)等;

? 實(shí)現(xiàn)功能：采用智能模糊控制，根據(jù)冷凍、冷卻出回水的溫差和溫度進(jìn)行自動(dòng)變頻運(yùn)行，在滿足冷氣量需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)電率;采用RS485 通訊控制，能在人機(jī)界面上顯示電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)電參數(shù)，如：電動(dòng)機(jī)的功率、電流、電壓、運(yùn)行頻率、節(jié)電率等等，使節(jié)能效果一目了然。

? 采用先進(jìn)的三菱工控產(chǎn)品和智能模糊控制技術(shù)改造冷凍水泵和冷卻水泵。

? 冷凍泵、冷卻泵的變頻器采用 1 拖 5 的方式工作，大小機(jī)組的水泵均可以在變頻運(yùn)行的條件下實(shí)現(xiàn)較大幅度的節(jié)能效果。

圖三 XX 大廈中央空調(diào)變頻節(jié)能改造系統(tǒng)框圖

圖四 XX 大廈冷凍泵主電路原理圖

圖五 XX 大廈冷卻泵主電路原理圖

采用圖三～圖五的配置，可以保持 1 臺(tái)冷凍水泵和 1 臺(tái)冷卻水泵可以同時(shí)在變頻狀態(tài)下運(yùn)行;也可以切換到工頻狀態(tài)運(yùn)行，在工頻和變頻混合開(kāi)機(jī)時(shí)，最多可以同時(shí)運(yùn)行 5 臺(tái)冷凍水泵和 5 臺(tái)冷卻水泵，這樣配置系統(tǒng)的可靠性大大提高;水泵系統(tǒng)中裝有 1 個(gè)電度表，可以實(shí)測(cè)冷凍和冷卻水泵，分別在變頻和工頻運(yùn)行時(shí)的電能消耗，節(jié)電效果一目了然。

? 系統(tǒng)中還有以下功能：

具有水泵高速運(yùn)行時(shí)間的設(shè)定和自動(dòng)運(yùn)算功能，自動(dòng)根據(jù)當(dāng)前的水溫和環(huán)境，經(jīng)模糊運(yùn)算后得出水泵最佳最短的高速運(yùn)行時(shí)間，使其與主機(jī)的負(fù)荷和現(xiàn)場(chǎng)的制冷效果自動(dòng)匹配，從而獲得最佳的節(jié)電效果。

1 )對(duì)冷凍泵進(jìn)行變頻改造原理

控制原理說(shuō)明如下：PLC 控制器通過(guò)溫度模塊及溫度傳感器將冷凍泵的回水溫度和出水溫度讀入內(nèi)存，并計(jì)算出溫差值;然后根據(jù)冷凍泵的回水與出水的溫差值和溫度進(jìn)行模糊運(yùn)算，來(lái)控制變頻器的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)出水的流量，控制熱交換的速度;溫差大，說(shuō)明室內(nèi)溫度高，應(yīng)提高冷凍泵的轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)速度和流量，加快熱交換的速度;反之溫差小，則說(shuō)明室內(nèi)溫度低，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度和流量，減緩熱交換的速度以節(jié)約電能;變頻器的啟動(dòng)、停止、運(yùn)行頻率的改變及監(jiān)控顯示數(shù)據(jù)如變頻器輸出功率、變頻器輸出頻率、輸出電流，輸出電壓等都是由 PLC 控制器通過(guò) 485 通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)的，并且系統(tǒng)能自動(dòng)進(jìn)行冷凍泵(冷卻泵)節(jié)電率計(jì)算。

2 )對(duì)冷卻泵進(jìn)行變頻改造原理

由于冷凍機(jī)組進(jìn)行熱交換時(shí)，使水溫冷卻的同時(shí)，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，進(jìn)行降溫冷卻處理后，再送回冷凍機(jī)組。因此，對(duì)冷卻泵來(lái)說(shuō)，以進(jìn)水和回水間的溫差作為控制依據(jù)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)水和回水間的恒溫差控制是比較合理的。溫差大，說(shuō)明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，加大冷卻水的循環(huán)速度;溫差小，說(shuō)明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量小，可以降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷卻泵的循環(huán)速度，以節(jié)約電能。

五、我公司配置的中央空調(diào)泵系統(tǒng)節(jié)能設(shè)備的特點(diǎn)

1) 變頻系統(tǒng)采用 ABB-ACS510 系列變頻器,對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行最佳的調(diào)整,使電動(dòng)機(jī)的效率得到更大幅度的提高,更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能;

2) 配備觸摸屏人機(jī)介面，操作控制簡(jiǎn)捷，各種數(shù)據(jù)顯示直觀;

3) 配備可編程控制器、4CH 溫度 A/D 模塊、RS485 通信模塊等;

4) 采用先進(jìn)的智能模糊控制技術(shù)，節(jié)電效果大幅提高;

5) 智能模糊控制系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，同時(shí)抗干擾能力很強(qiáng);

6) 內(nèi)置瞬時(shí)停電再啟動(dòng)功能及再試啟動(dòng)功能,在無(wú)人看管的情況下,完全自動(dòng)化運(yùn)行;

7) 具有寬廣的輸入電壓范圍;

8) 對(duì)水泵實(shí)現(xiàn)軟停和軟起，可完全消除網(wǎng)管水錘效應(yīng);

9) 可隨時(shí)調(diào)節(jié)管路中的壓差，保證在合適的范圍內(nèi);

10) 配置靈活，自動(dòng)化程度高，各種功能(含保護(hù)功能)齊全，靈活可靠;

11) 占地面較小，投入少，效率高;

12) 運(yùn)行合理，電機(jī)、水泵、聯(lián)軸器的使用壽命將大大提高;

13) 冷凍泵和冷卻泵的年平均節(jié)電率在 40 %以上。

六、觸摸屏人機(jī)介面的功能

觸摸屏作為圖形操作終端，已成為操作者與其所控制的機(jī)器之間的一種完整連接，使用觸摸屏可以增進(jìn)人和機(jī)器之間的關(guān)系，從而可不斷提高機(jī)器性能，并增加許多新的功能;以其極高的性能價(jià)格比在業(yè)界得到了廣泛的應(yīng)用。

圖六 觸摸屏畫面

? 由于采用了智能自動(dòng)化工控系統(tǒng)，配合通信協(xié)議，各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)直接從變頻器中讀出，數(shù)據(jù)顯示更加準(zhǔn)確，且直觀明了，可在觸摸屏上顯示變頻器輸出功率、變頻器輸出頻率、輸出電流，輸出電壓等等(如圖六所示)。

? 具有畫面顯示功能，最多可顯示 500 幅制作畫面，可以全中文顯示和操作，操作者(使用者)按照中文提示可以方便地對(duì)設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行操作(見(jiàn)上圖);

? 具有監(jiān)視功能，可用數(shù)值或條形圖監(jiān)視并顯示可編程控制器字元件的設(shè)定值或現(xiàn)在值;

? 具有數(shù)據(jù)變更功能，可以變更正在監(jiān)視的數(shù)值;

? 具有報(bào)警功能，可以對(duì)各種預(yù)先設(shè)定的條件進(jìn)行報(bào)警。

七、節(jié)能改造后的冷水泵變頻節(jié)能效果分析

一、 主機(jī)制冷時(shí)，全年開(kāi)機(jī)10 個(gè)月，全年共計(jì)運(yùn)行 5700 小時(shí)：

1) 開(kāi)1 臺(tái)45 KW 的冷凍泵和1 臺(tái)37 KW 冷卻泵，每天運(yùn)行 10 小時(shí)，每月運(yùn)行 300 小時(shí)，每年可運(yùn)行 3000 小時(shí)，全年可以節(jié)約電能=(45 KW+37WK)×3000 小時(shí)/年×40 %(節(jié)電率)= 98400 KWH

2) 開(kāi)1 臺(tái)30 KW 的冷凍泵和1 臺(tái)30 KW 冷卻泵，每天運(yùn)行 9 小時(shí)，每月運(yùn)行 270 小時(shí)，每年可運(yùn)行 2700 小時(shí)，全年可以節(jié)約電能=(30 KW+30WK)×2700 小時(shí)/年×40 %(節(jié)電率)= 64800KWH

3) 系統(tǒng)每年可節(jié)約電能= 98400 KWH+64800KWH=163200 KWH

二、電費(fèi)：1.00 元/ KWH

三、空調(diào)系統(tǒng)每年可節(jié)約電費(fèi)=163200KWH×1.00 元/ KWH=163200 元

四、改造后的中央空調(diào)機(jī)組的實(shí)際節(jié)電率與天氣溫度等等因素有較大的關(guān)系，預(yù)計(jì)經(jīng)過(guò)變頻改造后水泵平均能節(jié)能 40%以上，很快就可收回所有的投資

費(fèi)用。

五、經(jīng)過(guò)水泵的變頻改造后，由于水系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，空調(diào)主機(jī)也會(huì)實(shí)現(xiàn) 5%~10%的間接節(jié)能效果，主要體現(xiàn)在主機(jī)電流負(fù)載率的降低上。

八、節(jié)能設(shè)備投資及回收周期分析

1. 包含以上材料、節(jié)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)費(fèi)、安裝調(diào)試費(fèi)、維護(hù)管理費(fèi)、利潤(rùn)、稅

金的節(jié)能設(shè)備改造投資為 X 元;

2. 水泵系統(tǒng)每年節(jié)約電費(fèi)=163200 元;

3. 投資回報(bào)期=設(shè)備總投資費(fèi)用 X÷每年節(jié)約電費(fèi) 163200≈X 年;

4. 經(jīng)過(guò) X 個(gè)月的節(jié)能運(yùn)行后，即可收回所有的投資費(fèi)用，而改造后若節(jié)電率提高，回收周期將大大縮短。

九、技術(shù)改造后對(duì)系統(tǒng)設(shè)備帶來(lái)的好處

對(duì)水泵而言，由于大多數(shù)的時(shí)間都運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速以下，使得設(shè)備機(jī)械部件的磨損如電機(jī)軸承的機(jī)械磨擦減少，機(jī)械部件的使用壽命大大延長(zhǎng)，從而也使得中央空調(diào)機(jī)組設(shè)備的維護(hù)周期延長(zhǎng)，設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用成倍減少，綜合經(jīng)濟(jì)效益大幅提高。

?

由于變頻器采用軟啟動(dòng)方式，啟動(dòng)電流得到了有效的抑制，避免了原來(lái)降壓?jiǎn)?dòng)帶來(lái)的對(duì)設(shè)備的沖擊，特別是對(duì)變壓器的沖擊，為系統(tǒng)設(shè)備和變壓器的安全運(yùn)行提供了有利的技術(shù)保障，同時(shí)也延長(zhǎng)了系統(tǒng)設(shè)備的使用壽命。

采用變頻器運(yùn)行后，提高了機(jī)組運(yùn)行的工作效率，降低了電機(jī)的噪聲和溫升，也降低了電機(jī)的震動(dòng)，提高了設(shè)備的自動(dòng)化水平，電氣故障率大大降低，可靠性提高;全中文操作系統(tǒng)，人機(jī)界面友好，設(shè)備檔次大幅提高。

?

十、售后服務(wù)承諾保證

1. 為用戶提供優(yōu)質(zhì)、快捷的售后服務(wù)，實(shí)現(xiàn)用戶滿意之工作目標(biāo)和宗旨。

2. 若出現(xiàn)故障，承諾在 2 小時(shí)內(nèi)響應(yīng)并及時(shí)趕往現(xiàn)場(chǎng)處理，排除故障。

3. 售后服務(wù)主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

1).技術(shù)培訓(xùn)——工程安裝后，我方應(yīng)組織用戶方有關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行相關(guān)的培訓(xùn)，以方便用戶進(jìn)行產(chǎn)品的維護(hù)及效益評(píng)估工作。

2).產(chǎn)品維護(hù)——依據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)商提供的相關(guān)政策，承諾貳年內(nèi)免費(fèi)維護(hù)保養(yǎng)(進(jìn)水、火災(zāi)、雷擊、人為因素等除外)，貳年后終身產(chǎn)品有償維修保證服務(wù)。

3).技術(shù)升級(jí)——當(dāng)我公司研發(fā)出更新一代的控制系統(tǒng)軟件時(shí)，可優(yōu)惠提供升級(jí)服務(wù)。

4).客戶回訪——我公司為每一用戶建立客戶檔案，并定期進(jìn)行跟蹤回訪，了解產(chǎn)品質(zhì)量狀況及節(jié)電效益，及時(shí)解決用戶在使用產(chǎn)品過(guò)程中存在的問(wèn)題，同時(shí)搜集相關(guān)信息以改進(jìn)服務(wù)質(zhì)量，進(jìn)一步服務(wù)與市場(chǎng)。

4. 保證節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，技術(shù)含量高。

5. 保證自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)系統(tǒng)的合理性及先進(jìn)性。

6. 我公司保證經(jīng)過(guò)節(jié)能改造后，不影響貴方的制冷效果，保證冷凍泵和冷卻泵的年平均節(jié)電率在 40 %以上。