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暖通

東力科創(chuàng)CT110變頻器在中央空調(diào)節(jié)能改造上的應(yīng)用

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輕工業(yè)

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- 商品名稱: 暖通
- 商品編號: 1123165006947045376
東力科創(chuàng)CT110變頻器在中央空調(diào)節(jié)能改造上的應(yīng)用

引言

中央空調(diào)是現(xiàn)代大廈物業(yè)、賓館、商場不可缺少的設(shè)施，它能帶給人們四季如春，溫馨舒適的每一天。由于中央空調(diào)功率大，耗能大，加上設(shè)計上存在"大馬拉小車"的現(xiàn)象，支付中央空調(diào)所用電費(fèi)是用戶一項(xiàng)巨大的開支。因?yàn)榧竟?jié)的變化、晝夜的變化、賓館酒樓客人入住率的變化、娛樂場所開放時間的變化等等，從而導(dǎo)致中央空調(diào)系統(tǒng)對室內(nèi)熱源吸收量的變化。再加之工藝設(shè)計上電機(jī)功率設(shè)計有相當(dāng)?shù)母辉Ａ浚虼耍嬖诿黠@的節(jié)電空間。將變頻技術(shù)引入中央空調(diào)系統(tǒng)，保持室內(nèi)恒溫，對其進(jìn)行的節(jié)能改造是降本增效的一條捷徑。

中央空調(diào)工作原理

圖1所示為一典型中央空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)圖，主要由冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)及主機(jī)三部分組成：

● 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)

該部分由冷凍泵、室內(nèi)風(fēng)機(jī)及冷凍水管道等組成。從主機(jī)蒸發(fā)器流出的低溫冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道（出水），進(jìn)入室內(nèi)進(jìn)行熱交換，帶走房間內(nèi)的熱量，最后回到主機(jī)蒸發(fā)器（回水）。室內(nèi)風(fēng)機(jī)用于將空氣吹過冷凍水管道，降低空氣溫度，加速室內(nèi)熱交換。

● 冷卻水循環(huán)部分

該部分由冷卻泵、冷卻水管道、冷卻水塔及冷凝器等組成。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)熱交換的同時，必將帶走室內(nèi)大量的熱能。該熱能通過主機(jī)內(nèi)的冷媒傳遞給冷卻水，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升溫后的冷卻水壓入冷卻水塔（出水），使之與大氣進(jìn)行熱交換，降低溫度后再送回主機(jī)冷凝器（回水）。

● 主機(jī)

主機(jī)部分由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器及冷媒（制冷劑）等組成，其工作循環(huán)過程如下：

首先低壓氣態(tài)冷媒被壓縮機(jī)加壓進(jìn)入冷凝器并逐漸冷凝成高壓液體。在冷凝過程中冷媒會釋放出大量熱能，這部分熱能被冷凝器中的冷卻水吸收并送到室外的冷卻塔上，最終釋放到大氣中去。隨后冷凝器中的高壓液態(tài)冷媒在流經(jīng)蒸發(fā)器前的節(jié)流降壓裝置時，因?yàn)閴毫Φ耐蛔兌鴼饣?，形成氣液混合物進(jìn)入蒸發(fā)器。冷媒在蒸發(fā)器中不斷氣化，同時會吸收冷凍水中的熱量使其達(dá)到較低溫度。最后，蒸發(fā)器中氣化后的冷媒又變成了低壓氣體，重新進(jìn)入了壓縮機(jī)，如此循環(huán)往復(fù)

中央空調(diào)節(jié)能分析

● 中央空調(diào)節(jié)能改造前的工況

在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時，冷凍泵、冷卻泵的電機(jī)容量是根據(jù)建筑物的最大設(shè)計熱負(fù)荷選定的，都留有一定設(shè)計余量。由于四季氣候及晝夜溫差變化，中央空調(diào)工作時的熱負(fù)荷總是不斷變化。下圖2為一民用建筑物的平均熱負(fù)荷情況：

如上圖所示，該中央空調(diào)一年中負(fù)荷率在50%以下的時間超過了全部運(yùn)行時間的50%。通常冷卻水管路的設(shè)計溫差為5～6℃，而實(shí)際應(yīng)用表明大部分時間里冷卻水管路的溫差僅為2～4℃，這說明制冷所需的冷凍水、冷卻水流量通常都低于設(shè)計流量，這樣就形成了中央空調(diào)低溫差、低負(fù)荷、大工作流量的工況。

在沒有使用節(jié)能系統(tǒng)前，工頻供電下的水泵始終全速運(yùn)行，管道中的供水流量只能通過閥門或回流方式調(diào)節(jié)，這必會產(chǎn)生大量的節(jié)流及回流損失，同時也增加了電機(jī)的負(fù)荷，白白消耗了許多電能。

中央空調(diào)水泵電機(jī)的耗電量約占中央空調(diào)系統(tǒng)總耗電量的30-40%，故對其進(jìn)行節(jié)能改造具有很明顯的節(jié)能效果。

● 節(jié)能理論根據(jù)

由流體力學(xué)理論可知，離心式流體傳輸設(shè)備（如離心式水泵、風(fēng)機(jī)等）的輸出流量Q與其轉(zhuǎn)速n成正比；輸出壓力P（揚(yáng)程）與其轉(zhuǎn)速n的平方成正比；輸出功率 N與其轉(zhuǎn)速n的三次方成正比，用數(shù)學(xué)公式可表示為：

Q＝K1×n

P＝K2×n2

N＝Q×P＝K3×n3(K1、K2、K3為比例常數(shù))

由上述原理可知，降低水泵的轉(zhuǎn)速，水泵的輸出功率就可以下降更多。如將電機(jī)的供電頻率由50Hz降為40Hz，則理論上，低頻40Hz與高頻50Hz的輸出功率之比為(40/50)3=0.512。

實(shí)踐證明，在中央空調(diào)系統(tǒng)中接入變頻節(jié)能系統(tǒng)，利用變頻技術(shù)改變水泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)管道中的流量，以取代閥門調(diào)節(jié)及回流方式，能取得明顯的節(jié)能效果，一般節(jié)電率都在30％以上。同時變頻器的軟啟動功能及平滑調(diào)速的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)對中央空調(diào)的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，并可延長機(jī)組及管組的使用壽命。

東力科創(chuàng)變頻改造節(jié)能方案分析

中央空調(diào)各循環(huán)水系統(tǒng)的回水與出水溫度之差，反映了整個系統(tǒng)需要進(jìn)行的熱交換量。因此，根據(jù)回水與出水的溫度差來控制循環(huán)水的流量，從而控制熱交換的速度，是節(jié)能控制方法。

● 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)

冷凍水的出水溫度是由主機(jī)的制冷效果決定的，通常比較穩(wěn)定，因此冷凍回水溫度可以準(zhǔn)確的反映室內(nèi)的熱負(fù)荷情況。由此，對于冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的節(jié)能改造，可以取回水溫度作為控制目標(biāo)，通過變頻器對冷凍泵流量的自動調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)溫度的控制。

● 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

冷卻水循環(huán)系統(tǒng)同時受室外環(huán)境溫度及室內(nèi)熱負(fù)荷兩方面影響，循環(huán)水管道單側(cè)的水溫不能準(zhǔn)確反映該系統(tǒng)的熱交換量，因此以出水與回水之間的溫差作為控制室內(nèi)溫度的依據(jù)是合理的節(jié)能方式。在外界環(huán)境溫度不變的情況下，溫差大，說明室內(nèi)熱負(fù)荷較大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水循環(huán)的速度；相應(yīng)的，溫差小則減小冷卻泵轉(zhuǎn)速。

● 方案結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)上述分析，可得出整個節(jié)能工程結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示：

由上圖，該節(jié)能方案的基本思路為：

分別在主機(jī)蒸發(fā)器回水處、冷凝器出水及回水處安裝溫度傳感器，實(shí)時檢測管網(wǎng)的溫度，以模擬信號（0~10V或者4~20mA）反饋給變頻器，通過變頻器內(nèi)置的PID運(yùn)算輸出相應(yīng)的頻率指令后自動調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)各循環(huán)水的熱交換速度，最終實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)恒溫度的控制。需要特別說明的是，變頻器內(nèi)部在設(shè)計上集成了溫差反饋處理功能，系統(tǒng)無須另配專用控制模塊。

● 電路控制方案

某公司中央空調(diào)機(jī)組數(shù)據(jù)如下表：

三臺水泵中，春秋季節(jié)只用一臺，備用兩臺；夏季高峰時常用兩臺，一臺備用。

要求：變頻器實(shí)時測量當(dāng)前水壓，并自動判斷需要投入多少臺泵。

CT110恒壓供水原理圖如下：

圖4CT110變頻器恒壓供水示意圖

● 變頻器參數(shù)設(shè)置表

● CT110供水邏輯說明

CT110系列專用變頻器內(nèi)置供水專用邏輯，優(yōu)化的PID控制保證水壓恒定。同時自動處理加泵減泵動作邏輯，并在加減泵動作階段自動調(diào)頻保證加減泵時水壓依然穩(wěn)定可控。供水邏輯說明如下：

1、加泵邏輯：當(dāng)水壓持續(xù)低于設(shè)定壓力，變頻器升速運(yùn)行，當(dāng)變頻器升速至加泵頻率點(diǎn)（F13.01），此時若水壓仍低于（設(shè)定水壓百分比）-（加泵壓力容差百分比F13.02），則認(rèn)為當(dāng)前水泵個數(shù)不夠使用，需增加水泵運(yùn)行，加泵延時時間到達(dá)后，輔助繼電器動作，此時加泵運(yùn)行。

2、加泵輔助邏輯：新加入的泵為工頻泵，加泵過程中可能會導(dǎo)致水壓快速升高，因此加泵的過程中變頻泵會自動降頻以避免加泵時水壓過大，此時的變頻器減速時間由F08.01決定。

3、減泵邏輯：當(dāng)水壓持續(xù)高于設(shè)定壓力，變頻器減運(yùn)行，當(dāng)變頻器減速至減泵頻率點(diǎn)（F13.04），此時若水壓仍低于（設(shè)定水壓百分比）+（減泵壓力容差百分比 F13.05），則認(rèn)為當(dāng)前水泵個數(shù)太多，需減少水泵運(yùn)行，減泵延時時間到達(dá)后，輔助繼電器動作，此時減泵運(yùn)行。

4、減泵輔助邏輯：新減小的泵為工頻泵，減泵過程中可能會導(dǎo)致水壓快速下降，因此減泵的過程中變頻泵會自動升頻以避免加泵時水壓過低，此時的變頻器加速時間由F08.00決定。

5、休眠功能邏輯：當(dāng)輔助泵都已停止，水壓依然偏高，則變頻器降速運(yùn)行，當(dāng)變頻器運(yùn)行頻率低于減泵頻率點(diǎn)，變頻器自動休眠，鍵盤顯示“SLEEP”狀態(tài)。

6、休眠喚醒邏輯：變頻器休眠狀態(tài)下，當(dāng)水壓偏低時，PID算得的設(shè)定頻率高于喚醒頻率設(shè)定，且當(dāng)前壓力低于（設(shè)定水壓百分比）-（喚醒壓力容差百分比F13.02），則認(rèn)為需要變頻泵運(yùn)行，經(jīng)喚醒延時，變頻泵休眠喚醒。

7、水泵控制優(yōu)先級：水泵參與運(yùn)行的優(yōu)先級為：變頻泵>輔助泵1>輔助泵2。即，當(dāng)需要加泵時，先加變頻泵，其次輔助泵1，最后輔助泵2；當(dāng)需要減泵時，先減輔助泵2，其次減輔助泵1，最后減變頻器休眠待機(jī)。

● 變頻節(jié)能系統(tǒng)特點(diǎn)

1、變頻器界面為LED顯示，監(jiān)控參數(shù)豐富；鍵盤布局簡潔、操作方便；

2、溫度/溫差傳感器為數(shù)字雙屏LED顯示，溫度參數(shù)設(shè)定方便，易于監(jiān)控；

3、變頻器有過流、過載、過壓、過熱等多種電子保護(hù)裝置，并具有豐富的故障報警輸出功能，可有效保護(hù)供水系統(tǒng)的正常運(yùn)作；

4、加裝變頻器后，電機(jī)具有軟啟動及無極調(diào)速功能，可使水泵和電機(jī)的機(jī)械磨損大為降低，延長管組壽命；

5、變頻器內(nèi)部裝有大容量濾波電容，可有效提高用電設(shè)備的功率因數(shù)；

6、該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對溫度的PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，室內(nèi)溫度變化平穩(wěn)，人體感覺舒適。

CT110系列變頻器技術(shù)說明

CT110變頻器以DSP控制系統(tǒng)為平臺，采用國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的無PG矢量控制技術(shù)，并配合多種保護(hù)方式，可應(yīng)用于異步電機(jī)，提供優(yōu)異的驅(qū)動性能。產(chǎn)品在風(fēng)道設(shè)計，硬件配置，軟件功能方面都極大的提升了客戶易用性及環(huán)境適應(yīng)性。

● 技術(shù)特點(diǎn)

1、供水專用邏輯：基于現(xiàn)場工況的供水邏輯，恒壓控制性能更穩(wěn)定。

2、準(zhǔn)確的電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)：準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn)或靜止的電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)，調(diào)試方便，操作簡單，提供更高的控制精度和響應(yīng)速度。

3、矢量化的V/F控制：自動定子壓降補(bǔ)償，VF控制也可保證優(yōu)異的低頻力矩特性。

4、軟件限流限壓功能：良好的電壓、電流控制，有效減少變頻器的保護(hù)次數(shù)。

5、多種制動模式：提供多種制動方式，可快速停車。

6、高可靠性設(shè)計：較高的整機(jī)過溫點(diǎn)和良好的防護(hù)等級，更適應(yīng)供水行業(yè)的使用環(huán)境。

7、轉(zhuǎn)速追蹤再起動功能：實(shí)現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)中的電機(jī)的無沖擊平滑起動。

8、自動電壓調(diào)整功能：當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時，能自動保持輸出電壓恒。

9、全面的故障保護(hù)：過流、過壓、欠壓、過溫、缺相、過載等保護(hù)功能。

結(jié)束語

將變頻技術(shù)應(yīng)用于中央空調(diào)系統(tǒng)，對提升中央空調(diào)自動化水平、降低能耗、減少對電網(wǎng)的沖擊、延長機(jī)械及管網(wǎng)的使用壽命，都具有重要的意義。