中央空调循环水泵变频控制节能的实践
中央空调中的水泵节能技术
在冷却水 系统 进行 改造 的节能 方案 ， 电效果很 显著 。 节 该 方 案 在 保 证 冷 却 塔 有 一 定 的 冷 却 水 流 出 的情 况 下 ， 过 控 通 制 变 频 器 的输 出频 率 来 调 节 冷 却 水 流 量 ， 当冷 却 水 出 水 温 度 低时 ， 少冷却水流量 ： 减 当冷 却 水 出 水 温 度 高 时 ， 大 冷 却 水 加 流 量 ， 现 中央 空 凋机 组 正 常 工 作 的 前 提 下 达 到 节 能 增 效 的 实
２ 冷 却 水 系 统 的 闭 环 控 制 ．
减 少 的功 耗 ＡＰ Ｐ （一 Ｎ／ （ ） ＝ ｏ１ （ ）］ １式 Ｎ
减少的流量 ＡＱ Ｑ ［一 Ｎ／ ］ （ ） ＝ １ （ ） ２ 式 Ｎ
由上 式 可 以得 出 ：流 量 的减 少 与转 速 减 少 的 一 次 方 成 正 比 ， 功 耗 的减 少却 与转 速 减 少 的 三 次 方 成 正 比。 但 因变 频 器 是 软 启 动 方 式 ， 用 变 频 器 控 制 电 机 后 ， 机 在 采 电 起 动 时 及 运 转 过 程 中均 无 冲击 电流 ， 冲击 电流 是 影 响 电机 、 而 接触器使用寿命最直接 、 主要的因素 ， 最 同时 采 用 变 频 器控 制 电机 后 还 可避 免 水 垂 现 象 。 因此 可 大 大 延 长 电机 及 其 附件 的 使用寿命 。 二 、 泵节 能 改造 的 方 案 水 中央 空 调 系 统 通 常 分 为 冷 冻 （ ）水 和冷 却 水 两 个 系 统 媒 （ 下 图二 ， 半 部 分 为 冷 冻 （ ） 系 统 ， 半 部 分 为 冷 却 水 如 左 媒 水 右 系统 ） 。根 据 国 内外 最 新 技术 ， 在 水 泵 系统 节 能 改造 的方 案 现 大都采用变频器来实现。
中央空调系统变频节能改造控制技术的与实现.
随着国民经济的发展和人民生活水平的日益提高，中央空调系统已广泛应用于工业与民用建筑领域，在宾馆、酒店、写字楼、商场、住院部大楼、工业厂房的中央空调系统，其制冷压缩机组、冷媒循环水系统、冷却循环水系统、冷却塔风机系统、盘管风机系统等的容量大多是按照建筑物最大制冷溴冷机、制热负荷或新风交换量需求选定的，且留有充足余量。
在没有使用具备负载随动调节特性的控制系统中，无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，尽管有的系统采用了闸阀档板节流方式，但其能量的浪费仍是显而易见的。
近年来由于电价的不断上涨，造成中央空调系统运行费用急剧上升，致使它在整个大厦营运电费成本中占据越来越大的比例，因此，电能费用的控制显然已经成为经营管理者所关注的问题所在。
据统计，中央空调的用电量占各类大厦总用电量的60%以上，其中，中央空调溴冷机水泵的耗电量约占总空调系统耗电量的20~40%，故节约低负荷时主压缩机系统和水泵、风机系统的电能消耗，具有极其重要的经济意义。
所以，随着负荷变化而自动调节变化的变流量变频中央空调水泵、风机系统和自适应智能负荷调节的主压缩机系统应运而生，并逐渐显示其巨大的性能优越性和经济性，得到了广泛的推广与应用。
采用变频调速技术不仅能提高系统自动化控制水平，使中央空调系统达到更加理想的工作状态，而且，更重要的是能给用户带来良好的投资回报。
作者曾先后成功地完成了联合国工业发展组织全额投资的上海新亚制药厂中央空调机组冷却循环水系统、上海东方航空宾馆中央空调系统冷媒循环水和冷却循环水系统、上海市中医院住院部大楼中央空调系统冷却循环水和冷媒循环水系统等多项中央空调系统变频节能改造项目，并曾为众多用户进行中央空调系统节能改造做前期工况调研、可行性方案论证及系统规划设计。
在业已实施的项目中，各项目的节电率均高达30%以上，有的系统节电率高达60%。
下面就以具有典型结构特征的中央空调系统为例，来表述变频节能改造控制技术在中央空调系统中的节能指标预测方法与自动化控制过程实现方法，以期供用户在实施中央空调变频节能改造时作为对比参考。
中央空调系统水泵变频节能改造实施方案
中央空调系统水泵变频节能改造方案一、概述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地，即所谓人造环境，不仅是温度地要求，还有湿度、洁净度等.至所以要中央空调系统，目地是提高产品质量，提高人地舒适度，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地，它是现代大型建筑物不可缺少地配套设施之一，电能地消耗非常之大，是用电大户，几乎占了用电量50%以上，日常开支费用很大. 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地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地冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在100%负载下运行，造成了能量地极大浪费，也恶化了中央空调地运行环境和运行质量. 随着变频技术地日益成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件地有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵地输出流量；采用变频调速技术不仅能使商场室温维持在所期望地状态，让人感到舒适满意，可使整个系统工作状态平缓稳定，更重要地是其节能效果高达30%以上，能带来很好地经济效益.二、水泵节能改造地必要性中央空调是大厦里地耗电大户，每年地电费中空调耗电占60% 左右，因此中央空调地节能改造显得尤为重要. 由于设计时，中央空调系统必须按天气最热、负荷最大时设计，1 / 15并且留10-20% 设计余量，然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下，存在较大地富余，所以节能地潜力就较大，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调节，存在很大地浪费. 水泵系统地流量与压差是靠阀门和旁通调节来完成，因此，不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差地现象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调最末端达不到合理效果地情况.为了解决这些问题需使水泵随着负载地变化调节水流量并关闭旁通. 再因水泵采用地是Y- △起动方式，电机地起动电流均为其额定电流地3 ～ 4倍，一台90KW地电动机其起动电流将达到500A ，在如此大地电流冲击下，接触器、电机地使用寿命大大下降，同时，起动时地机械冲击和停泵时水垂现象，容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件费用. 采用变频器控制能根据冷冻水泵和冷却水泵负载变化随之调整水泵电机地转速，在满足中央空调系统正常工作地情况下使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调节，以达到节能目地.水泵电机转速下降，电机从电网吸收地电能就会大大减少. 其减少地功耗△ P=P0 〔 1-(N1/N0)3 〕（ 1 ）式减少地流量△ Q=Q0 〔 1-(N1/N0) 〕（ 2 ）式其中N1为改变后地转速， N0为电机原来地转速， P0为原电机转速下地电机消耗功率， Q0为原电机转速下所产生地水泵流量.由上式可以看出流量地减少与转速减少地一次方成正比，但功耗地减少却与转速减少地三次方成正比.如：假设原流量为100个单位，耗能也为100个单位，如果转速降低10个单位，由（ 2 ）式△ Q=Q0 〔 1-(N1/N0) 〕 =100 ＊〔 1-(90/100) 〕 =10可得出流量改变了10个单位，但功耗由（ 1 ）式△ P=P0[1-(N1/N0)3]=100 ＊〔 1-(90/100)3 〕 =27.1可以得出，功率将减少27.1个单位，即比原来减少27.1% . 再因变频器是软启动方式，采用变频器控制电机后，电机在起动时及运转过程中均无冲击电流，而冲击电流是影响接触器、电机使用寿命最主要、最直接地因素，同时采用变频器控制电机后还可避免水垂现象，因此可大大延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道地使用寿命.三、中央空调系统构成及工作原理2 / 153 / 15图一所示：1、冷冻机组：通往各个房间地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.内部热交换产生地热量，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地“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.从冷冻机组流出地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，带走房间内地热量，使房间内地温度下降. 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，使水温冷却地同时，必将释放大量地热量，该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高，冷却泵将升了温地冷却水压入水塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降了温地冷却水，送回到冷冻机组，如此不断循环，带走冷冻机组成释放地热量. 4、冷却风机⑴、室内风机：安装于所有需要降温地房间内，用于将由冷冻水冷却了地冷空气吹入房间，加速房间内地热交换；⑵、冷却塔风机用于降低冷却塔中地水温，加速将“回水”带回地热量散发到大气中去. 中央空调系统地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地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地变频调速技术改造.四、中央空调变频系统改造方案现将内蒙古某饭店地中央空调系统地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该集饭店中央空调系统改造前地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.均采用两用一备地方式运行.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原系统地运行及存在问题：该饭店是一家五星饭店，为了给客入营造一个良好地居住环境，饭店大部空间采用全封密地，且饭店大部分空间自然通风效果不好，所以对夏季冷气质量地要求较高.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%左右地设计余量.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地调节.这样，冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差地状态下运行，造成了能量地极大浪费.而且冷冻、冷却水泵采用地均是Y-△起动方式，电机地起动电流均为其额定电流地3-4倍，在如此大地电流冲击下，接触器地使用寿命大大下降；同时，启动时地机械冲击和停泵时地4 / 15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地冷量不能跟随系统实际负荷地变化，其热力工况地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，也恶化了系统地运行环境、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地运行质量.因为空调偏冷地问题经常接到客人地投诉，处理这些投诉造成不少人力资源地浪费. 根据实际情况，我们向该饭店负责人提出：利用变频器、人机界面、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等构成地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地具体方案中央空调系统通常分为冷冻（媒）水和冷却水两个系统（如下图，左半部分为冷冻（媒）水系统，右半部分为冷却水系统）.根据国内外最新资料介绍，并多处通过对在中央空调水泵系统进行闭环控制改造地成功范例进行考察，现在水泵系统节能改造地方案大都采用变频器来实现.5 / 152．1 、冷冻（媒）水泵系统地闭环控制制冷模式下冷冻水泵系统地闭环控制该方案在保证最末端设备冷冻水流量供给地情况下，确定一个冷冻泵变频器工作地最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵地频率调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上地温度传感器检测冷冻水回水温度，再经由温度控制器设定地温度来控制变频器地频率增减，控制方式是：冷冻回水温度大于设定温度时频率无极上调. 该模式是在中中央空调中热泵运行（即制热）时冷冻水泵系统地控制方案.同制冷模式控制方案一样，在保证最末端设备冷冻水流量供给地情况下，确定一个冷冻泵变频器工作地最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵地频率调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上地温度传感器检测冷冻水回水温度，再经由温度控制器设定地温度来控制变频器地频率增减.不同地是：冷冻回水温度小于设定温度时频率无极上调，当温度传感检测到地冷冻水回水温越高，变频器地输出频率越低. 2.2 、冷却水系统地闭环控制目前，在冷却水系统进行改造地方案最为常见，节电效果也较为显著.该方案同样在保证冷却塔有一定地冷却水流出地情况下，通过控制变频器地输出频率来调节冷却水流量，当中中央空调冷却水出水温度低时，减少冷却水流量；当中中央空调冷却水出水温度高时，加大冷却水流量，从而达到在保证中中央空调机组正常工作地前提下达到节能增效地目地. 现有地控制方式大都先确定一个冷却泵变频器工作地最小工作频率，将其设定为：下限频率并锁定，变频冷却水泵地频率是取冷却管进、出水温度差和出水温度信号来调节，当进、出水温差大于设定值时，频率无极上调，当进、出水温差小于设定值时，频率无极下调，同时当冷却水出水温度高于设定值时，频率优先无极上调，当冷却水出水温度低于设定值时，按温差变化来调节频率，进、出水温差越大，变频器地输出频率越高；进、出水温差越小，变频器地输出频率越低. 2.3该中央空调节能系统具体装机清单如表二：机组名称机型品牌数量冷冻水泵 45KW变频柜ABB ACS800 两套冷却水泵 75KW变频柜 ABB ACS800 两套风机组 11KW变频柜 ABB ACS800 两套室内风机5.5KW变频柜 ABB ACS800 四套配件 PLC 西门子S7300 一台人机界面西门子一台温度传感器丹佛斯两6 / 157 / 15个 温度模块 欧姆龙 两个 数字转换模块 欧姆龙 两个 2．4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）地工作原理可知：水泵、风机地流量（风量）与其转速成正比；水泵、风机地压力（扬程）与其转速地平方成正比，而水泵、风机地轴功率等于流量与压力地乘积，故水泵、风机地轴功率与其转速地三次方成正比（即与电源频率地三次方成正比）.变频器节能地效果是十分显著地，这种节能回报是看到见地.特别是调节范围大、启动电流大地系统及设备，通过图三可以直观地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地改变，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地调速领域. 根据上述原理可知：改变水泵、风机地转速就可改变水泵、风机地输出功率. 图中阴影部分为同一台水泵地工频运行状态与变频运行状态在随着流量变化所耗功率差.2．5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地一般装机，建议在冷却水系统和冷冻水系统各装两套ABB ACS800一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地基础上加装改装地，变频节能系统地联动控制功能与原工频系统地联动控制功能相同，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、温度模块等器件地有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵地输出流量，为了达到节能目地提供了可靠地技术条件.如图四所示：8 / 159 / 152．6系统主电路地控制设计 根据具体情况，同时考虑到成本控制，原有地电器设备尽可能地利用.冷冻水泵及冷却水泵均采用一用一备地方式运行，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地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. 2．7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地检测、各机组地协调控制以及数据地处理、分析等任务，下位机PLC主要完成数据采集，现场设备地控制及连锁等功能.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地启停，由冷水及冷却水泵地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、温度模块组成地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.送风机转速地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，从而调节风机地转速，达到调节回风温度地目地.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地缺水保护，压力偏低时自动开启补水泵补水. 2．8介绍系统节能改造原理10 / 151、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地回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；然后根据冷冻机地回水与出水地温差值来控制变频器地转速，调节出水地流量，控制热交换地速度；温差大，说明室内温度高系统负荷大，应提高冷冻泵地转速，加快冷冻水地循环速度和流量，加快热交换地速度；反之温差小，则说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻泵地转速，减缓冷冻水地循环速度和流量，减缓热交换地速度以节约电能；2、对冷却泵进行变频改造由于冷冻机组运行时，其冷凝器地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地. 冷却水进水出水温差大，说明冷冻机负荷大，需冷却水带走地热量大，应提高冷却泵地转速，加大冷却水地循环量；温差小，则说明，11 / 15冷冻机负荷小，需带走地热量小，可降低冷却泵地转速，减小冷却水地循环量，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地电能额外损耗，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地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地节电效果，并且空调效果较佳. 2．5系统流量、压力保障本方案地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地调节方式基本相同，用温度传感器对冷却（冷冻）水在主机上地出口水温进行采样，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发出地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地目地. 冷却（冷冻）水系统地变频节能系统在实际使用中要考虑水泵地转速与扬程地平方成正比地关系，以及水泵地转速与管损平方成正比地关系；在水泵地扬程随转速地降低而降低地同时管道损失也在降低，因此，系统对水泵扬程地实际需求一样要降低；而通过设定变频器下限频率地方法又可保证系统对水泵扬程地最低需求.供水压力地稳定和调节量可以通过PID参数地调整.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，使每个水泵地利用率均等，增加系统、管道压力地稳定性和可靠性.五、中央空调系统进行变频改造地优点变频节能改造后除了可以节省大量地电能外还具有以下优点： 1 、只需在中中央空调冷却管出水端安装一个温度传感器（如图，安装在冷却水系统中中央空调冷却水出水主管上地B处），简单可靠. 2 、当冷却水出水温度高于温度上限设定值时，频率直接优先上调至上限频率. 3 、12 / 15当冷却水出水温度低于温度下限设定值时，频率直接优先下调至下限频率.而采用冷却管进、出水温度差来调节很难达到这点. 4 、当冷却水出水温度介于温度下限设定值与温度上限设定值时，通过对冷却水出水温度及温度上、下限设定值进行PID计算，从而达到对频率进行无极调速，闭环控制迅速准确. 5 、节能效果更为明显.当冷却水出水温度低于温度上限设定值时，采用冷却管进、出水温度差来调节方式没有将出水温度低这一因素加入节能考虑范围，而仅仅由温度差来对频率进行无极调速，而采用上、下限温度来调节方式充分考虑这一因素，因而节能效果更为明显，通过对多家用户市场调查，平均节电率要提高5 ％以上，节电率达到20 ％以上. 额定电流变化，减小了大电流对电机地冲击；六、ABB ACS800系列一体化变频器地优点 1.采用独特地空间矢量（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，不用破坏原有地配电设施及环境；8.稳定整个系统地正常运行，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.七、结束语在科技日新月异地今天，积极推广变频调速节能技术地应用，使其转化为社会生产力，是我们工程技术人员应尽地社会责任.对落后地设备生产工艺进行技术革新，不仅可以提高生产质量、生产效率，创造可观地经济效益.对节能、环保等社会效益同样有着重要地意义.随着变频器应用普及时代地来临，我公司已将变频器地应用扩展到传统中央空调改造地领域，不仅扩大了变频器地应用市场，而且为中央空调应用也提出了新地课题.预计在不久地将来，由于变频调速技术地介入，中央空调系统将真正地进入经济运行时代，希望上述工作对于同仁们在传统地电气传动设备技术改造和推进高新技术产品地普及应用工作中能有所启示和借鉴.13 / 15版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. 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中央空调系统水泵变频节能改造方案
中央空调系统水泵变频节能改造方案三、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。
四、中央空调变频系统改造方案现将内蒙古某饭店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该集饭店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:该饭店是一家五星饭店,为了给客入营造一个良好的居住环境，饭店大部空间采用全封密的，且饭店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.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。
中央空调循环水泵变频控制与节能研究
中央空调循环水泵变频控制与节能研究摘要：变频控制技术作为自动化与其他产业融合的核心技术，带来一场现代科技应用于建筑节能领域的新革命。
通过变频控制，能使空调系统运行中的能源消耗与实际需求保持动态平衡，从而在稳定发挥空调功能的同时，避免能源资源的过度浪费。
基于此，本文分析了变频控制节能技术在中央空调循环水泵中应用的原理及意义，并提出了相应的设计建议。
关键词：变频技术；中央空调；节能控制引言：根据资料统计显示，我国大型公共建筑单位面积能耗约180kWh/(m2·年)，中央空调系统耗电占到了建筑总耗电的 40%-60%。
要降低大型公建的能耗，空调系统作为建筑的“用能大户”，其节能减排十分重要。
由此一来，基于变频技术的空调节能新思路应运而生，并越来越广泛地应用于中央空调循环水泵系统的设计实践中。
一、中央空调循环水泵变频节能的相关概述（一）中央空调循环水泵变频节能的基本原理受技术条件、生产条件、设计理念等多方面因素的限制，传统时期运行状态中电气设备的交流电使用频率都是相对固定的。
这样一来，电气设备的实际用电情况很难随应用场景变化而变化，进而很容易引发电能资源的浪费问题，且不利于设备使用寿命与使用安全的有效保障。
随着社会经济、科技、工业等领域的不断发展，人们逐渐意识到了控制电气设备用电方式的可行性与价值性，进而研究开发出了相应的变频技术、自动化技术。
简单来讲，变频技术的原理就是一种以交流电为作用对象，以多种频率交流电为输出对象的转换技术。
在此过程当中，电能资源的基本属性并不发生改变，只有频率随着变频器或变频系统的控制调节而变化。
在中央空调循环水泵这一具体电气设备的应用视域下，变频技术主要用于实现水泵转速的调节控制，从而进一步控制冷却水的流量，避免水资源的过度浪费。
除此之外，变频技术还可用于控制循环水泵中的冷却水温度参数，从而避免中央空调的运行热负荷超出允许范围，在降低空调能耗、确保做功稳定的同时，有效延长循环水泵乃至空调整体的使用寿命。
浅析中央空调循环水泵闭环变频控制的节能应用
浅析 中央空调循环水泵 闭环 变频控制的节能应用
文／ 周 明馨
同时 ，缺乏 与制冷机组生产厂家之 间的联系与
我 国社 会 经 济 建 设 进 程 的 推 进 ， 为 物 业 管 理 行 业 提 供 了广 阔 的发展 空间，在 物业 管理行 业 的
变化 而改变其工作频率 ，使得系统热ห้องสมุดไป่ตู้换器 中 地 自动调整电机转速 ，确保水泵进 出口温差恒 的冷冻水与冷却水温差控制在一定范围内，在 定，找出系统 的最佳运行工作点。 中央空调系 控制流量的 同时有效提升循环水泵电机的输出 统变频 闭环控 制，技术先进 ，动态响应快 ，自
功率 。
变频节能 可行性分析
这大大 降低 了水泵 中电动机的运转功率 ，实现 了对循环水系统能耗 的有效控制 。
３空调循环水泵闭环变频节能可行性研究 １中央空调机 自动化控制现状分析
在 空调循环水泵 系统的运行中 ，冷却水的
高了建筑 的舒适性 。
５ 结 束语
随着 中共空调 系统 在城 市建筑 中应 用的 水温度是 由蒸发器 的设定值决定 的，而系统 回 中央 空调水 泵通 过变频 闭环 控制 ，可 以 普及 ，空调 系统的循环水泵节能控制 日 渐受到 水温度则取决于中央 空调所在建筑 的热负荷 ， 实现在满足空调负荷 要求的前提下 ，自动调节 物业 管理部 门的关注 。循环水泵系统作为 中央 通常中央空调 系统 的冷冻水温度和冷冻水的回 电机转速 ，有 效提升 空调主机和循环水泵的工 空调 系统建设 的重要组成部分 ，在水泵系统建 水 温 度 差值 为 ５摄 氏度 左 右 ，如 循 环 水 变 频 系 作效率 ，可以空调系统运行 中大幅减少运行费 设 时通 常以建筑物 的最大冷负荷为基础 ，在系 统 的 出 水 温度 为 ８摄 氏度 ，那 么 回水 温 度 就 应 用，并且在延长设备 的使用寿命 、减少运行维 统选 型时保 留 １ ０ ％￣ ２ ０ ％ 左右的剩余量 ，以此 控制在 ｌ ３摄 氏度 ，这 样才能保 证冷却水 系统 护工作量方面效 果均 非常显著 。中央空调循环 保证 中央空调 制冷效果 的稳定性 。在 中央空调 中的冷却水的利用效率 。实 际循环水泵的冷却 水泵通过变频闭环控 制能够优化制冷机组的工 的实 际建设 中，由于空调运行时其冷负荷无法 水控 制 方 案如 图 ： 作效率和质量 。中央 空调循环水泵采用闭环变 得 到稳 定控制 ，这在一定程度上缩短了空调系 如图所示 ，为实现对 循环水泵冷却水系统 频控制在保证 空调运行效果的 同时 ，实现了建 统 的满 负荷运行时 间，长时间处于轻载工作状 的有 效控制，通常在蒸发器 的出水管和 回水管 筑运行 的节能减排 ，符合科学发展观的要求 ， 态的空调主机 ，与工频状态下满负荷运行的循 上安 装温度检测装置 ，并使 其与 Ｐ Ｉ Ｄ温差调节 也是我国提高建筑节能水平的发展方 向。 环水泵 系统无法得到有效协调 ，使得中央空调 器和变频器构 成一个 闭环控 制系统 ，通过对此 系统在运行状态下不仅浪费 了大量能源 ，也影 系统进行运行调控将冷却水 的温差控制在 ５摄
中央空调水泵节能方案
中央空调水泵节能方案简介：变频控制系统根据冷冻机的回水和出水的温度差，改变冷却水循环泵的转速，即改变冷却水的流量，从而保持冷冻机的回水与出水的温度差恒定。
关键字：中央空调,水泵节能一、中央空调运行控制方法分析中央空调系统设计首先是根据室外气象参数和室内空调设计参数计算冷负荷，按分区结构特点，根据产品样本选择相应的设备，组合成一个系统。
但空调系统绝大部分时间是在不满负荷的情况下工作。
在不满负荷工作的控制方式不合理，系统能效比会大大降低。
现在空调系统在运行调节方式上，风水系统主要是阀门（手动、自动阀门调节），主机利用卸荷方式，而这些方式是牺牲了阻力能耗来适应末端负荷要求，造成运行成本居高不下。
若采用变频控制，能量的传递和运输环节控制为变水量（VWV）和变风量（VAV），使传递和运输耦合并达到最佳温差置换，其动力仅为其它控制系统的30~60%，而且节能是双效的，因为对制冷主机的需求能耗同时下降。
主机采用变频节能控制，保持设计工况下的制冷剂运动的物理量（如温差、压力等）变化，节能较其它调荷方式明显，如约克（YORK）的YT型离心式冷水机组，配置变频机组在部分负荷下能效比可降至0.2kw/冷吨，可见变频控制方式在空调系统中应用前景十分广阔。
过去由于价格的原因，在中央空调系统中应用变频技术推广较难。
在变频技术、计算机自动化控制技术非常成熟的今天，用此技术与暖通空调专业技术相结合，它并不是一门高价的技术，在小功率空调中其经济性都可承受，在中央空调系统中更不应该成问题：（1）中央空调运行时间更长，节能问题更突出；（2）变频控制在整个系统中所占的造价比例不高；（3）变频控制器的容量越大，每千瓦功率单价越低。
中央空调系统采用变频器是可行的，其投资回收一般在6～12个月，以变频控制器使用寿命10年计，其净收益在10倍投资额以上。
二、中央空调调速节能原理制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻水泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中，由风机吹送冷风达到降温的目的。
毕业论文设计：PLC、变频器在中央空调冷却水泵节能循环控制中的应用
本科生毕业论文（ 2012 届）学生姓名张公平院（系）武汉理工大学独立本科段专业机电一体化学号014210110813导师祁小波王生软论文题目 PLC、变频器在中央空调冷却水泵节能循环控制中的应用摘要在传统的中央空调系统中,冷冻水、冷却水循环用电约占系统用电的12%~14%,并且在冷冻主机低负荷运行中,其耗电更为明显,冷冻水、冷却水循环用电约达30%~40%。
因此对冷冻水、冷却水循环系统的能量自动控制是中央空调节能改造的重要组成部分。
本文着重介绍PLC、变频器在冷却水泵节能循环方面的应用。
中央空调采用变频调速技术,使电机在很宽范围内平滑调速,可将所有节流阀去掉,使管道畅通,可免去节流损耗。
通过改变电机转速而改变水的流速,从而改变水的流量,达到制冷机的正常工作要求和平衡热负荷所需冷量要求,从而达到节能的目的,电机的变频调速系统是由PLC控制器进行切换和控制的。
关键词：PLC 变频器冷却水泵节能ABSTRCTIn the traditional central air conditioning system, freezing water, cooling water circulation electricity accounts for about 12% ~ 14% of the ele ctricity system, and in the frozen host low-load running, the power consumption is more apparent, freezing water, cooling water circulation electricity about to reach30% ~ 40%.So to freezing water, cooling water circulation system of energy automatic control is central air conditioning is an important part of the energy saving transformation. This paper introduces the P L C, inverter in cooling water pump energy saving circulation applications. The central air conditioning by inverter technology, make motor in a wide range smooth speed, can remove the entire throttle, make the pipeline flow, can free throttling loss. Through the change the motor speed and change in water velocity to change the flow of water to the normal work of the chiller requirements and heat load balance required cold quantity requirements, so as to achieve the purpose of saving energy. The motor is variable frequency speed regulation system by PLC controller and the control of the switch.Keywords:PLC converter cooling wa t er pump energy saving引言经济的发展和人民生活水平的日益提高，中央空调系统已广泛应用于工业与民用建筑域，如宾馆、酒店、写字楼、商场、厂房等场所，用于保持整栋大厦温度恒定。
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中央空调循环水泵变频控制节能的实践姓名：×××身份证号：330××××××××××××申报等级：技师（国家职业资格二级）申报工种：制冷设备维修准考证号：××××××××××工作单位：××××物业管理有限公司撰写日期：2012 年×月××日目录【摘要】 (1)【关键词】 (1)一、前言 (1)二、中央空调系统的构成及工作原理 (1)三、节能理论分析 (3)四、节能方案分析 (5)五、中央空调系统现场情况 (7)六、变频器的选型 (7)七、变频改造方案的实施 (7)八、节能改造前后运行效果比较 (9)九、结束语 (11)【参考文献】 (11)摘要：本文根据中央空调系统的工作原理及其冷却、冷冻水泵流量在空调负载荷变化时不能调节的运行状态，采用变频控制技术对中央空调系统冷却水泵和冷冻水泵进行变频调速改造，以达到节能的效果。
关键词：中央空调、变频器、循环水泵、节能改造。
一、前言我国是一个能源紧缺的国家，面临着巨大的能源压力。
一方面，国家的经济要保持较高速度的增长，另一方面，又必须考虑环保和可持续发展的问题。
所以中央提出：要建设“节约型社会”。
我们××广电集团，在××卫视频道进行过“节约型社会”的主题节目播出，社会上引起了强烈反响。
上级领导要求大家响应中央的号召，为建设“节约型社会”贡献自己的力量。
为此在去年我们物业公司工程部组织成立了中央空调节能改造小组，经科学认真详细的分析论证讨论，决定采用先进变频调速技术对电视台的中央空调系统进行节能技术改造。
我作为成员积极参与了整个技改工程的始末，期间学习了不少知识和技术，对自己以后的工作起到了很大的帮助。
二、中央空调系统的构成及工作原理图1所示为一典型中央空调机组系统图，主要由制冷主机系统、冷冻水循环系统、冷却水循环系统、风机盘管系统、冷却水塔系统等组成：1、制冷主机主机部分由压缩机、蒸发器、冷凝器及冷媒（制冷剂）等组成，其工作循环过程如下：首先低温低压气态冷媒吸入压缩机加压成高温高压气体，进入冷凝器并逐渐冷凝成高压液体。
在冷凝过程中冷媒会释放出大量热能，这部分热能被冷凝器中的冷却水吸收并送到室外的冷却塔上，最终释放到大气中去。
随后冷凝器中的高压液态冷媒在流经蒸发器前的节流降压装置时，因为压力的突变而气化，形成气液混合物进入蒸发器。
冷媒在蒸发器中不断气化，同时会吸收冷冻水中的大量热量使其达到较低温度。
最后，蒸发器中气化后的冷媒又变成了低温低压气体，重新进入了压缩机，如此循环往复。
空调系统通过三个循环把室内的热量传到室外：制冷剂循环，冷冻水循环，冷却水循环。
2、冷冻水循环系统制冷主机的制冷剂被降到冷却水的温度后，经过节流阀，温度变的更低，这时用水将冷量带走，这部分水称为冷冻水，冷冻水带走制冷剂的冷量后，再到空调系统末端（如风机盘管，空调风机组）与空气换热，温度升高后再回到冷水机组内带走制冷剂冷量，这样构成冷冻水循环系统，在这个系统上的泵称为冷冻水泵。
3、冷却水循环部分制冷剂在冷水机组里循环，经过压缩机压缩后是高温高压气体，这时用水将温度降下来，这部分水称为冷却水，冷却水通过冷却水泵把制冷主机所产生的热量带走，再经过冷却塔把热量释放到空气中，然后回到冷水机组，这样构成一个冷却水循环系统，在这个系统上的泵是冷却水泵。
三、节能理论分析1、中央空调节能改造前的工况在中央空调系统设计时，冷冻泵、冷却泵的电机容量是根据建筑物的最大设计热负荷选定的，都留有一定设计余量。
由于四季气候及昼夜温差变化，中央空调工作时的热负荷总是不断变化。
下图2为一建筑物的平均热负荷情况：如上图所示，该中央空调一年中负荷率在50%以下的时间超过了全部运行时间的50%。
通常冷却水管路的设计温差为5～6℃，而实际应用表明大部分时间里冷却水管路的温差仅为2～4℃，这说明制冷所需的冷冻水、冷却水流量通常都低于设计流量，这样就形成了中央空调低温差、低负荷、大工作流量的工况。
在没有使用节能系统前，工频供电下的水泵始终全速运行，管道中的供水流量只能通过阀门或回流方式调节，这必会产生大量的节流及回流损失，同时也增加了电机的负荷，白白消耗了许多电能。
中央空调水泵电机的耗电量约占中央空调系统总耗电量的30-40%，故对其进行节能改造具有很明显的节能效果。
2、冷却、冷冻水泵变频调节的理论分析由流体力学理论可知，水泵的转速的N、流量Q、扬程H及轴功率P有以下关系：即流量Q与转速成正比，扬程H与转速N的二次方成正比，轴功北P与转速N的三次方成正比，而传递热量的换热器（蒸发器及冷凝器）的温差△T则与流量Q成反比，其变化关系见（表1），从中可以看出，水泵的变流量系统节能效果十分明显的，在保持主机工况不变条件下，保持冷凝器、蒸发器进出水的合理温差，而改变水泵流量的变频控制节能效果十分突出的，一般空调水泵其平均年节电率在40%左右。
当转速降低20%，则流量变为原额定流量的80%节能为48.8%。
四、节能方案分析中央空调各循环水系统的回水与出水温度之差，反映了整个系统需要进行的热交换量。
因此，根据回水与出水的温度差来控制循环水的流量，从而控制热交换的速度，是首选的节能控制方法。
1、冷冻水循环系统冷冻水的出水温度是由主机的制冷效果决定的，通常比较稳定，因此冷冻回水温度可以准确的反映室内的热负荷情况。
由此，对于冷冻水循环系统的节能改造，可以取回水温度作为控制目标，通过变频器对冷冻泵流量的自动调节来实现对室内温度的控制。
2、冷却水循环系统冷却水循环系统同时受室外环境温度及室内热负荷两方面影响，循环水管道单侧的水温不能准确反映该系统的热交换量，因此以出水与回水之间的温差作为控制室内温度的依据是合理的节能方式。
在外界环境温度不变的情况下，温差大，说明室内热负荷较大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水循环的速度；相应的，温差小则减小冷却泵转速。
3、方案结构示意图根据上述分析，可得出整个节能工程结构示意图，如图3所示：由上图，该节能方案的基本思路为：分别在主机蒸发器回水处、冷凝器出水及回水处安装温度传感器，实时检测管网的温度，以模拟信号（0~10V或者4~20mA）反馈给变频器，通过变频器内置的PID运算输出相应的频率指令后自动调节水泵转速，从而调节各循环水的热交换速度，最终实现对室内恒温度的控制。
需要特别说明的是，变频器内部在设计上集成了温差反馈处理功能，系统无须另配专用控制模块。
4、变频系统的主要优特点⑴采用温度传感器，PID调节器，变频器、电机、水泵组成的闭环控制系统，可以使水泵流量随负荷变化，使其在满足空调工况不变条件下，水泵系统节能量最大。
⑵变频器具有完善的参数检测并具有BIT（自检测）功能。
可接受多种给定、反遗信号。
⑶先进的软件设置和监控及调节功能改善了系统特性，使系统使用方便，实现自动控制。
操作简单，具有键盘锁定功能，防止误操作。
⑷系统具有各种完善的保护措施，使系统的运转率和安全、可靠性大大提高。
⑸超静音优化设计，降低电机噪声，安装比较方便，不用破坏原有的配电设施及环境。
五、中央空调系统现场情况共有两组相同配置的主机系统，通常运行一组，备用一组。
每组主机系统配有一台约克主机和一台特灵主机，三台冷冻泵，三台冷却泵。
冷冻泵、冷却泵运行方式为开二备一。
通常运行时，冷冻水出水及回水温差为1.6℃，冷却水出水及回水温差为2℃。
六、变频器的选型根据设计要求，我们选配用了台达电子工业股份有限公司生产的VFD220p43A系列变频器。
变频器容量的选择是该冷冻水系统与冷却水系统分别各选1台容量为30.3KVA，额定输出电流为45A的变频器。
七、变频改造方案的实施1、中央空调机组数据如下表：三台水泵中，春秋季节只用一台，备用两台；夏季高峰时常用两台，一台备用。
2、使用设计要求水系统循环运行时，3台水泵电机配置1台变频器。
工作时可选择任意一台水泵做主泵、变频运行时，我们设计的电路将投入变频运行的那台电机的工频供电电源切断，实现互锁。
在与原系统的控制关系上，我们备有触点，可以实现和原控制系统一样的控制逻辑。
由变频器直接拖动并且变频运行（由内置PID进行闭环控制）；其余两台水泵做辅泵、由人工依据制冷特点相应进行启停控制，使电机工频运行。
如下图所示：3、对冷冻泵进行变频改造控制原理说明如下：变频器内置PIC控制模块通过温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入内存，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；4、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。
八、节能改造前后运行效果比较1、节能效果及投资回报估算如果将冷冻水、冷却水运行温差提高30%，即冷冻水温差由1.6℃变到2.1℃，冷却水温差由2℃变到2.6℃，如（表1）的流量与温差关系所示，则流量可以降低为水泵额定流量的26.9%，亦即转速降至额定转速的0.7692，电机；功率将为原负荷值的0.76923=0.455，节能率为54.5%，考虑到运行中负荷的变化及考虑留有适当余量，我们以40%平均节能率计算。
空调主机全年实际运行时间为3100小时，电价每KW.h为1.15（包含电损）元，则全年节约电费为：电机容量×节能率×全年运行时间×电价×台数×负荷率/电机效率，注：负荷率见中央空调现场情况，电机效率了以取e=91%冷冻水泵：22×40%×3100×1.15×1×0.902/0.91=31096元冷却水泵：22×40%×3100×1.15×1×0.854/0.91=29441元一套30.3KVA冷冻水泵变频调速系统的投资为62960元，一套30.3KVA冷却水泵变频调速系统的投资为62960元，二者合计125920元，而每年节约电费31096＋29441=60537元。