中央空调系统变频节能改造方案

中央空调系统在现代企业及生活环境改善方面极为普遍而且某此生活环境或生产工序中是属必须的即所谓人造环境不仅是温度的要求还有湿度、洁净度等至所以要中央空调系统目的是提高产品质量提高人的舒适度集中供冷供热效率高便管理节省投资等原因为此几乎企业、高层商厦、商务大楼、会场、剧场、办公室、图书馆、宾馆、商场、超市、酒店、娱乐场、体育馆等中大型建筑上都采用中央空调的它是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一电能的消耗非常之大是用电大户几乎占了用电量50%以上日常开支费用很大水泵

由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计而实际上在一年中满负载下运行最多只有十多天甚至十多个小时几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载几乎长期在100%负载下运行造成了能量的极大浪费也恶化了中央空调的运行环境和运行质量

随着变频技术的日益成熟利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合构成温差闭环自动控制系统自动调节水泵的输出流量采用变频调速技术不仅能使商场室温维持在所期望的状态让人感到舒适满意可使整个系统工作状态平缓稳定更重要的是其节能效果高达30%以上能带来很好的经济效益

中央空调系统构成及工作原理

1、冷冻机组：通往各个房间的循环水由冷冻机组进行“内部热交换”作用使冷冻水降温为5~7℃并通过循环水系统向各个空调点提供外部热交换源内部热交换产生的热量通过冷却水系统在冷却塔中向空气中排放内部热交换系统是中央空调的“制冷源”

2、冷冻水塔：用于为冷冻机组提供“冷却水”

3、“外部热交换”系统：由两个循环水系统组成：

⑴、冷冻水循环系统由冷冻泵及冷冻管道组成从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道在各个房间内进行热交换带走房间内的热量使房间内的温度下降

⑵、冷却水循环系统由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成冷冻机组进行热交换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水塔使之在冷却塔中与大气进行热交换然后再将降了温的冷却水送回到冷冻机组如此不断循环带走冷冻机组成释放的热量

4、冷却风机

⑴、室内风机：安装于所有需要降温的房间内用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间加速房间内的热交换

⑵、冷却塔风机用于降低冷却塔中的水温加速将“回水”带回的热量散发到大气中去

中央空调系统的四个部分都可以实施节电改造但冷冻水机组和冷却水机组的改造改造后节电效果最为理想文章中我们将重点阐述对冷冻机组和冷却机组的变频调速技术改造

次要说明冷却风机的变频调速技术改造

中央空调变频系统具体改造方案

现将淅江省嘉兴市某集团公司办公楼的中央空调系统的变频节能改造方案做一具体介绍

1．中央空调原系统简介：

1.1该集团中央空调系统改造前的主要设备和控制方式：450冷吨冷气主机2台型号为特灵二极式离心机两台并联运行冷冻水泵2台扬程28米配有功率45KW冷却水泵有2台扬程35米配用功率75KW均采用两用一备的方式运行冷却塔2台风扇电机11KW并联运行室内风机4台5.5KW并联运行

1.2原系统的运行及存在问题：该集团是一家合资企业为了给员工营造一个良好的工作环境办公楼大部空间采用全封密的且公司大部分空间自然通风效果不好所以对夏季冷气质量的要求较高所以除了一些节假日外其它时间中央空调都是全开的由于中央空调系统设计时必须按天气最热、负荷最大时设计且留有10%-20%左右的设计余量其中冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调节这样冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行造成了能量的极大浪费而且冷冻、冷却水泵采用的均是Y—△起动方式电机的起动电流均为其额定电流的3—4倍在如此大的电流冲击下接触器的使用寿命大大下降同时启动时的机械冲击和停泵时的水锤现象容易对机械器件、轴承、阀门和管道等造成破坏从而增加维修工作量、维修费用、设备也容易老化另外由于冷冻泵轴输送的冷量不能跟随系统实际负荷的变化其热力工况的平衡只能由人工调整冷冻主机出水温度以及大流量小温差来掩盖这样不仅浪费能量也恶化了系统的运行环境、运行质量特别是在环境温度偏低、某些末端设备温控稍有失灵或灵敏度不高时将会导致大面积空调室温偏冷感觉不适严重干扰中央空调系统的运行质量因为空调偏冷的问题经常接到员工的投诉处理这些投诉造成不少人力资源的浪费

根据实际情况我们向该集团负责人提出：利用变频器、人机界面、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等构成的温差闭环自动调速系统对冷冻、冷却水泵进行改造以节约电能、稳定系统、延长设备寿命

2．中央空调系统节能改造的具体方案

2．1该中央空调节能系统具体装机清单如表二：

2．2介绍变频节电原理：

变频节能原理：由流体传输设备（水泵、风机）的工作原理可知：水泵、风机的流量（风量）与其转速成正比水泵、风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比而水泵、风机的轴功率等于流量与压力的乘积故水泵、风机的轴功率与其转速的三次方成正比（即与电源频率的三次方成正比）变频器节能的效果是十分显著的这种节能回报是看到见的特别是调节范围大、启动电流大的系统及设备通过图三可以直观的看出在流量变化时只要对转速（频率）稍作改变就会使水泵轴功率有更大程度上的改变就因此特点使得变频调速装置成为一种趋势而且不断深入并应用于各行各业的调速领域

根据上述原理可知：改变水泵、风机的转速就可改变水泵、风机的输出功率

2．3介绍系统电路设计和控制方式

根据中央空调系统冷却水系统的一般装机建议在冷却水系统和冷冻水系统各装两套传动之星SD-YP系列一体化变频调速控制柜其中冷却变频调速控制柜供两台冷却水泵切换（循环）使用冷冻变频调速控制柜供两台冷冻水泵切换（循环）使用变频节能调速系统是在保留原工频系统的基础上加装改装的变频节能系统的联动控制功能与原工频系统的联动控制功能相同变频节能系统与原工频系统之间设置了联锁保护以确保系统工作安全利用变频器、人机界面、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合构成温差闭环自动控制系统自动调节水泵的输出流量为了达到节能目的提供了可靠的技术条件如图四所示：

1．系统主电路的控制设计

根据具体情况同时考虑到成本控制原有的电器设备尽可能的利用冷冻水泵及冷却水泵均采用一用一备的方式运行因备用泵转换时间与空调主机转换时间一致均为一个月转换一次切换频率不高决定将冷冻水泵和冷却水泵电机的主备切换控制利用原有电器设备通过接触器、启停按钮、转换开关进行电气和机械互锁确保每台水泵只能由一台变频器拖动避免两台变频器同时拖动同一台水泵造成交流短路事故并且每台变频器任何时间只能拖动一台水泵以免一台变频器同时拖动两台水泵而过载

2．系统功能控制方式

上位机监控系统主要通过人机界面完成对工艺参数的检测、各机组的协调控制以及数据的处理、分析等任务下位机PLC主要完成数据采集现场设备的控制及连锁等功能具体工作流程：开机：开启冷水及冷却水泵由PLC控制冷水及冷却水泵的启停由冷水及冷却水泵的接触器向制冷机发出联锁信号开启制冷机由变频器、温度传感器、温度模块组成的温差闭环控制电路对水泵进行调速以控制工作流量同时PLC控制冷却塔根据温度传感器信号自动选择开启台数当过滤网前后压差超出设定值时PLC发出过滤堵塞报警信号送风机转速的快慢是由回风温度与系统设定值相比较后用PID方式控制变频器从而调节风机的转速达到调节回风温度的目的停机：关闭制冷机冷水及冷却水泵以及冷却塔延时十五分钟后自动关闭保护：由压力传感器控制冷水及冷却水的缺水保护压力偏低时自动开启补水泵补水

2．4介绍系统节能改造原理

1、对冷冻泵进行变频改造控制原理说明如下：PLC控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入控制器内存并计算出温差值然后根据冷冻机的回水与出水的温差值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系统负荷大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系统负荷小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

2、对冷却泵进行变频改造由于冷冻机组运行时其冷凝器的热交换量是由冷却水带到冷却塔散热降温再由冷却泵送到冷凝器进行不断循环的

冷却水进水出水温差大说明冷冻机负荷大需冷却水带走的热量大应提高冷却泵的转速加大冷却水的循环量温差小则说明冷冻机负荷小需带走的热量小可降低冷却泵的转速减小冷却水的循环量以节约电能

3、冷却塔风机变频控制通过检测冷却塔水温度对冷却塔风机进行变频调速闭环控制使冷却塔水温度恒定在设定温度可以有效地节省风机的电能额外损耗能达到最佳节电效果

4、室内风机组变频控制通过检测冷房温度对变风机组的风机进行变频调速闭环控制实现冷房温度恒定在设定温度室内风机组变频控制后可达到理想的节电效果并且空调效果较佳

2．5系统流量、压力保障

本方案的调节方式采用闭环自动调节控制冷却水泵系统和冷冻水泵系统的调节方式基本相同用温度传感器对冷却（冷冻）水在主机上的出口水温进行采样转换成电量信号后送至温控器将该信号与设定值进行比较运算后输出一类比信号（一般为4—20MA、0—10V等）给PLC由PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块进行温差闭环控制手动/自动切换和手动频率上升、下降由PLC控制最后把数据传关到上位机人机界面实行监视控制变频器根据PLC发出的类比信号决定其输出频率以达到改变水泵转速并调节流量的目的

冷却（冷冻）水系统的变频节能系统在实际使用中要考虑水泵的转速与扬程的平方成正比的关系以及水泵的转速与管损平方成正比的关系在水泵的扬程随转速的降低而降低的同时管道损失也在降低因此系统对水泵扬程的实际需求一样要降低而通过设定变频器下限频率的方法又可保证系统对水泵扬程的最低需求供水压力的稳定和调节量可以通过PID参数的调整当供水需求量减少时管道压力逐渐升高内部PID调节器输出频率降低当变频器输出频率低至0HZ时而管道在一设定时间内还高于设定压力变频器切断当前变频控制泵转而控制下一个原工频控制泵变频器在水泵控制转换过程中逐渐轮换使用水泵使每个水泵的利用率均等增加系统、管道压力的稳定性和可靠性

中央空调系统进行变频改造的优点

变频节能改造后除了可以节省大量的电能外还具有以下优点：

（1）、电机起动是软起动电流从OA到额定电流变化减小了大电流对电机的冲击

（2）、电机软起动转速从0开始缓慢升速可以有效减少水泵或风机的机械磨损

（3）、变频器是高性能的电力电子设备具有较强的电机保护功能能延长系统的各部件使用寿命

（4）、使室温维持恒定让人感到舒适

（5）、经过改造后可以使系统具有较高的可靠性减少了环境噪音减少了维修维护工作量变频器

传动之星SD-YP系列一体化变频器的优点

1.采用独特的空间矢量（SVPWM）调制方式

2.操作简单具有键盘锁定功能防止误操作

3.内置PID功能可接受多种给定、反遗信号

4.具有节电、市电和停止三位锁定开关便于转换及管理

5.保护功能完善可远程控制

6.超静音优化设计降低电机噪声

7.安装比较方便不用破坏原有的配电设施及环境

8.稳定整个系统的正常运行抗干扰能力强

9.具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能及声光报警功能中央空调系统变频节能改造方案