基于變頻調(diào)速與聯(lián)機控制在 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能降耗中的應用

文_吳海廉 廣西中醫(yī)藥大學制藥廠

1 系統(tǒng)的組成

中央空調(diào)系統(tǒng)主要由中央空調(diào)機組、盤管風機系統(tǒng)、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔以及膨脹水塔等組成（如圖1）。

圖1 中央空調(diào)系統(tǒng)組成

2 系統(tǒng)工作原理

中央空調(diào)機組通過壓縮機將冷媒（如R407C、R22等）壓成液態(tài)后送入蒸發(fā)器中，由冷凍泵將冷凍循環(huán)系統(tǒng)中的常溫水泵入蒸發(fā)器盤管中與冷媒進行冷熱交換，冷凍循環(huán)系統(tǒng)中的常溫水就變成了低溫冷凍水，同時在冷凍泵的作用下冷凍水被送至各風機風口的冷卻盤管中，冷卻盤管吸收其周圍的熱量并產(chǎn)生低溫的空氣，再由風機送至各個功能間，從而實現(xiàn)降溫的目的。冷媒在蒸發(fā)器中充分壓縮并伴隨熱量吸收過程完成后由壓縮機將其送到冷凝器中釋放熱量，其釋放的熱量由冷卻循環(huán)系統(tǒng)中的冷卻水帶走。冷卻循環(huán)水由冷卻泵通過冷卻循環(huán)系統(tǒng)泵入冷凝器交換盤管后，再將已升溫的冷卻水送到冷卻塔，再由冷卻塔進行冷卻交換后變成常溫水，以備循環(huán)使用。

3 系統(tǒng)存在的問題

①配置上存在“大牛拉小車”。本文中央空調(diào)循系統(tǒng)是1997年建制劑樓時設計的，配置是溴化鋰機組SX2-1115、冷卻泵37kW/34m/300m3、冷卻塔350型15kW風機、冷凍泵37kW 47m/300m3組成中央空調(diào)系統(tǒng)。2003年由于鍋爐的搬遷，由溴化鋰機組更換成水冷機組FTW-130，該機組為雙機頭90kW（單機頭45kW）冷卻98m3、冷凍79m3，但循環(huán)系統(tǒng)并沒做任何改動。

②控制上單機啟停、星三角降壓啟動。中央空調(diào)機組、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔風機與生產(chǎn)樓層風機均為單機直接啟停，均為人工操作。每次啟動后都要由車間通知方可停機，造成很大的能源浪費，特別是單個樓層生產(chǎn)時問題尤為突出。

③變壓器的運行載荷過重。藥廠現(xiàn)在使用的變壓器的容量為400kVA，變壓器的效率一般為0.8，電容柜補償無功，可將功率因數(shù)提高到0.9，根據(jù)公式: P=S×COSφ，變壓器的有功功率為360kW；從2003年更換成電能水冷式空調(diào)機組后，只要空調(diào)系統(tǒng)運行，就占據(jù)了變壓器額定容量的37%～50%（單機頭137kW，雙機頭179kW）。

4 系統(tǒng)改造措施

4.1 設備的選擇

（1）循環(huán)泵的選擇

根據(jù)中央空調(diào)機組參數(shù)FTW-130-2 冷卻水98m3、冷凍水79m3選擇合適的冷凍泵、冷卻泵作為冷凍系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的循環(huán)泵。

揚程選擇：更換循環(huán)泵，循環(huán)管路工況沒有發(fā)生任何改變，在此揚程以原泵的揚程作為參考。

流量的選擇：根據(jù)機組設備提供的參數(shù)，水泵的流量應為冷水機組額定流量的1.1～1.2倍（單臺取1.1倍，兩臺并聯(lián)取1.2倍），在此取1.15。

式中 L為冷凍冷卻水泵的流量m3/h

Q為制冷機組的額定冷凍水流、冷卻水流量m3/h；

根據(jù)以上結(jié)果，選用22kW，37m，120m3作為冷卻泵、22kW，44m，93.6m3作為冷凍泵。

（2）變頻器的選擇

ABB ACS510系列變頻器是水泵、風機用變頻器，針對水泵、分機做了特別的優(yōu)化，典型應用在恒溫恒壓供水、冷卻風機、鐵路和隧道通風機等場地。ABB ACS510不但功能范圍廣、性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠，而且無需額外使用PLC。

因此，選用ABB ACS510-1-046A-4變頻器作為冷凍泵、冷凍泵調(diào)速單元。

（3）PID溫控器的選擇

虹潤OHR-DN30模糊PID溫控器抗干擾能力強，采用模糊PID算式，具有自整定功能，自動尋找最優(yōu)參數(shù)達到很好控制效果，控制溫度精度達±0.1，性價比高，支持熱電偶、熱電阻、電壓、電流信號輸入；支持模擬量、開關量或RS485通訊輸出；支持2路報警功能；自帶24V饋電輸出，為現(xiàn)場變送器配電。因此，選用OHR-DN30模糊PID溫控器作為冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔分機溫控單元。

4.2 系統(tǒng)節(jié)能改造

中央空調(diào)系統(tǒng)啟停由樓層風機發(fā)出信號控制，為了確保無誤啟動，中央空調(diào)系統(tǒng)啟動時采用人工啟動。當樓層分機發(fā)出啟動信號時，中央空調(diào)系統(tǒng)方可人工啟動；當樓層風機停機時，中央空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)要求自動停機。

冷凍循環(huán)泵、冷卻循環(huán)泵由變頻器和PID溫控器共同控制，PID溫控器采集冷凍水、冷卻水的回水溫度，回水的溫度通過信號形式輸入變頻器，變頻器根據(jù)實際溫度偏差決定冷凍水、冷卻水的流量。

冷卻塔風機的啟停由PID溫控器控制，PID溫控器采集冷卻水溫度，采用溫控器的上下偏差報警功能控制冷卻塔的啟停。

進入樓層風機盤管的冷凍閥由手動閥改為電動閥門，其打開與關閉通過分機的啟動與停止控制。

5 取得的成果

5.1 構(gòu)建調(diào)整冷卻、冷凍水循環(huán)控制系統(tǒng)

5.2 通過減少空調(diào)機組設備的功率，減輕了變壓器的載荷，達到節(jié)能降耗目的

本項目將冷凍泵37kW和冷卻泵37kW分別降低為各22 kW，變壓器負荷節(jié)約30kW。

藥廠現(xiàn)在使用的變壓器的容量為400kvA，變壓器的效率一般為0.8，因為安裝有電容柜補償無功，可將功率因數(shù)提高到0.9。根據(jù)公式:

式中 P—有功功率；S—視在功率（即變壓器容量）；COSΦ—功率因數(shù)；

則藥廠現(xiàn)使用的變壓器的有功功率為：中央空調(diào)機組單機頭45kW，雙機頭90kW。只要有兩個樓層開啟空調(diào)風機，中央空調(diào)機組就要開雙機頭。在同等條件下，技改前后對比：

①技改前，由于用工頻直接啟動，以實際電流計算：冷凍泵電流73A，37kW；冷卻泵電流73A，37kW；冷卻塔風機電流19A，10kW；則中央空調(diào)系統(tǒng)的用電量為：

P1=中央空調(diào)機組+冷凍泵+冷卻泵+冷卻塔風機

②技改后，由于冷卻塔風機使用工頻直接啟動，以實際使用電流計算；冷凍泵、冷卻泵用變頻器控制，現(xiàn)以設備銘牌的標注作為對比：

冷卻塔風機電流19A，10kW；冷凍泵電流41.6A，22kW；冷卻泵電流41.6A，22kW；則中央空調(diào)系統(tǒng)的用電量為：

P2=中央空調(diào)機組+冷凍泵+冷卻泵+冷卻塔風機

由公式（1）、（2）、（3）的計算結(jié)果可知，變壓器每小時可承載的最大功率為360kW，中央空調(diào)系統(tǒng)每小時所需的電量為174kW，幾乎占用了變壓器的50%；技改后（冷凍泵和冷卻泵從設備名牌計算）每小時用144kW，為每小時變壓器減輕了30kW的載荷。

5.3 在空閑期通過自動控制系統(tǒng)對設備自動截流或停機，降低空調(diào)機組能耗

（1）技改后節(jié)約冷卻水蒸發(fā)損失量計算（m3/h）

式中 WE—蒸發(fā)水量；TW1-TW2—溫差，常溫塔取5℃；CP—水的定壓比熱，取4.2kJ/kg·℃；R—水的蒸發(fā)潛熱，取2520kJ/kg。

表1 中央空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)技改前后能耗對比

通過以上對比結(jié)果，按初步計算，單機頭每天節(jié)約電費237.60元，水費50.00元，水電費合計287.60元；雙機頭每天節(jié)約194.40元，水費50.00，水電費合計244.40元，按每年生產(chǎn)150d（75d為單機頭，75d為雙機頭），年節(jié)約水電費39885.00元，本技術(shù)改造項目達到了降低變壓器載荷及節(jié)能降耗的目的。

6 結(jié)語

通過中央空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能降耗技改后得知，變頻調(diào)速與聯(lián)機控制在中央空調(diào)系統(tǒng)中應用，實現(xiàn)了根據(jù)實際樓層生產(chǎn)工況，建立了人工操控結(jié)合自動控制能耗以及自動停機的循環(huán)控制系統(tǒng)，不但節(jié)能降耗效果比較明顯，而且在工程的實踐過程中獲得了較大的成果。