變頻技術(shù)在遠大中央空調系統中的應用

0 引言

最近幾年，湖南省華菱漣鋼進(jìn)行了大規模的投資建設，中央空調系統也隨之更換了十余臺。自從中央空調系統建成并投入使用以來(lái)，遠大中央空調系統能耗非常高，是我們公司除生產(chǎn)之外的耗電大戶(hù)，單位技術(shù)人員想方設法，積極采用變頻

調速技術(shù)，節能降耗，取得了非常好的成果。

1 水泵節能改造概況

遠大中央空調耗電占每年電費的60%左右，因此對中央空調的節能改造顯得尤為重要。

由于設計時(shí)，中央空調系統必須按天氣最熱、負荷最大時(shí)設計，并且留10%~20%設計余量，然而實(shí)際上絕大部分時(shí)間空調是不會(huì )運行在滿(mǎn)負荷狀態(tài)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是靠閥門(mén)和旁通調節來(lái)完成的，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。為了解決這些問(wèn)題，需使水泵隨著(zhù)負載的變化調節水流量并關(guān)閉旁通。

因水泵采用的是Y-吟起動(dòng)方式，電機的起動(dòng)電流均為其額定電流的3耀4 倍，一臺90 kW的電動(dòng)機其起動(dòng)電流將達到500 A。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(shí)，起動(dòng)時(shí)的機械沖擊和停泵時(shí)的水錘現象，容易對機械部件、軸承、閥門(mén)、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費用。

綜上所述，為了節約能源和費用，需對水泵系統進(jìn)行改造，經(jīng)市場(chǎng)調查與了解，決定采用成熟的變頻調速器來(lái)實(shí)現，以便達到節能和延長(cháng)電機、接觸器及機械部件、軸承、閥門(mén)、管道的使用壽命。

根據冷凍水泵和冷卻水泵負載的變化，變頻調速器隨之調整水泵電機的轉速，在滿(mǎn)足中央空調系統正常工作的情況下，使冷凍水泵和冷卻水泵作出相應調節，以達到節能目的。水泵電機轉速下降，電機從電網(wǎng)吸收的電能就會(huì )大大減少，它們

的關(guān)系如下。

其減少的功耗

采用變頻調速器軟啟動(dòng)方式控制電機后，電機在起動(dòng)時(shí)及運轉過(guò)程中均無(wú)沖擊電流，同時(shí)采用變頻調速器控制電機后還可避免水錘現象，因此可大大延長(cháng)電機、接觸器及機械部件、軸承、閥門(mén)、管道的使用壽命。

2 水泵節能改造

遠大中央空調系統通常分為冷凍(媒)水和冷卻水兩個(gè)系統。根據遠大介紹的國內最新資料，我們對遠大中央空調水泵系統進(jìn)行了變頻調速閉環(huán)控制改造。

2.1 冷凍(媒)水泵系統的閉環(huán)控制

2.1.1 制冷模式下冷凍水泵系統的閉環(huán)控制

該方案在保證最末端設備冷凍水流量供給的情況下，確定一個(gè)冷凍泵變頻調速器工作的最小工作頻率，將其設定為下限頻率并鎖定。通過(guò)安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，與溫度控制器設定的溫度相比較來(lái)

控制變頻調速器的頻率增減，控制方式是冷凍回水溫度大于設定溫度時(shí)頻率無(wú)級上調。

2.1.2 制熱模式下冷凍水泵系統的閉環(huán)控制

該模式是在中遠大中央空調中熱泵運行(即制熱)時(shí)冷凍水泵系統采取的控制方案。同制冷模式控制方案一樣，確定下限頻率并鎖定，安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，與溫度控制器設定的溫度相比較來(lái)控制

變頻調速器的頻率增減。不同的是冷凍回水溫度小于設定溫度時(shí)頻率無(wú)級上調，當溫度傳感檢測到的冷凍水回水溫越高，變頻調速器的輸出頻率越低。

英威騰公司生產(chǎn)的系列智能變頻調速器都具有以上功能，我們通過(guò)安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器來(lái)檢測冷凍水的回水溫度，并可直接通過(guò)設定變頻調速器參數使系統溫度調控在需要的范圍內。

另外，針對已往改造的方案中首次運行時(shí)溫度交換不充分的缺陷，英威騰公司生產(chǎn)的系列智能變頻調速器增加了首次起動(dòng)全速運行功能。通過(guò)設定變頻調速器參數可使冷凍水系統充分交換一段時(shí)間，然后再根據冷凍回水溫度對頻率進(jìn)行無(wú)級調速，并且變頻調速器輸出頻率是通過(guò)檢測回水溫度信號及溫度設定值經(jīng)孕隕閱運算而得出的。

2.2 冷卻水系統的閉環(huán)控制

目前，在冷卻水系統進(jìn)行閉環(huán)控制改造的方案最為常見(jiàn)，節電效果也較為顯著(zhù)。該方案同樣是在保證冷卻塔有一定的冷卻水流出的情況下，通過(guò)控制變頻調速器的輸出頻率來(lái)調節冷卻水流量，當中央空調冷卻水出水溫度低時(shí)，減少冷卻水

流量;當中央空調冷卻水出水溫度高時(shí)，加大冷卻水流量，從而達到在保證中央空調機組正常工作的前提下達到節能增效的目的。

現有的控制方式大都先確定一個(gè)冷卻泵變頻調速器工作的最小工作頻率，將其設定為下限頻率并鎖定。變頻冷卻水泵的頻率是取冷卻管進(jìn)、出水溫度差和出水溫度信號來(lái)調節，當進(jìn)、出水溫差大于設定值時(shí)，頻率無(wú)級上調，當進(jìn)、出水溫差小于設定值時(shí)，頻率無(wú)級下調，同時(shí)當冷卻水出水溫度高于設定值時(shí)，頻率優(yōu)先無(wú)級上調，當冷卻水出水溫度低于設定值時(shí)，按溫差變化來(lái)調節頻率，進(jìn)、出水溫差越大，變頻調速器的輸出頻率越高;進(jìn)、出水溫差越小，變頻調速器的輸出頻率越低。

通過(guò)實(shí)踐應用證明，現用于冷卻水系統閉環(huán)控制的系列英威騰公司智能變頻調速器，采用同制冷模式下冷凍水泵系統閉環(huán)控制一樣的控制方式，與其他廠(chǎng)家的控制方式相比，其優(yōu)點(diǎn)如下。

1)只需在中遠大中央空調冷卻管出水端安裝一個(gè)溫度傳感器，簡(jiǎn)單可靠。

2)當冷卻水出水溫度高于溫度上限設定值時(shí)，頻率直接優(yōu)先上調至上限頻率。

3)當冷卻水出水溫度低于溫度下限設定值時(shí)，頻率直接優(yōu)先下調至下限頻率。而采用冷卻管進(jìn)、出水溫度差來(lái)調節很難達到這點(diǎn)。

4)當冷卻水出水溫度介于溫度下限設定值與溫度上限設定值時(shí)，通過(guò)對冷卻水出水溫度及溫度上、下限設定值進(jìn)行孕隕閱計算，從而達到對頻率進(jìn)行無(wú)級調速，閉環(huán)控制迅速準確。

5)節能效果更為明顯。當冷卻水出水溫度低于溫度上限設定值時(shí)，采用冷卻管進(jìn)、出水溫度差的調節方式?jīng)]有將出水溫度低這一因素加入節能考慮范圍，而僅僅由溫度差來(lái)對頻率進(jìn)行無(wú)級調速，而采用上、下限溫度的調節方式充分考慮了這一因素，因而節能效果更為明顯，通過(guò)對多家用戶(hù)市場(chǎng)調查，平均節電率要提高5豫以上，節電率達到20豫耀40豫。

6)具有首次起動(dòng)全速運行功能。通過(guò)設定變頻調速器參數中的數值可使水系統充分交換一段時(shí)間，避免由于剛起動(dòng)運行時(shí)熱交換不充分而引起的系統水流量過(guò)小。

經(jīng)我們集團公司冷軋、熱軋、薄板等十家遠大中央空調使用單位一年來(lái)的使用，英威騰公司生產(chǎn)的系列智能變頻調速器節電率均在40豫左右，節電效果顯著(zhù)，系統運行可靠，還可大大延長(cháng)電機、接觸器及機械部件、軸承、閥門(mén)、管道的使用壽命，由此可為中央空調使用單位帶來(lái)較好的經(jīng)濟效益。

3 結語(yǔ)

嚴峻的節能形勢讓我們必須面對。我國能源利用效率與世界先進(jìn)水平相比較，存在很大的差距，這些差距說(shuō)明我們節能的潛力很大。也就是說(shuō)，通過(guò)增加投入以及推廣運用先進(jìn)技術(shù)等方面的主觀(guān)努力，節能是可以取得明顯成效的。當然，做到這些需要從法制建設、管理體制、激勵機制等方面整體推進(jìn)。

科學(xué)的管理和技術(shù)改造是進(jìn)行低成本節能的基礎，通過(guò)能耗數據的收集和分析來(lái)挖節能潛力。

我們要把節能降耗、保護環(huán)境作為轉變經(jīng)濟增長(cháng)方式的突破口和重點(diǎn)來(lái)抓，要抓出成效。