XX 大(dà)廈中央空調變頻(pín)節能改造方案

一、概況

XX 大(dà)廈有 3 台中央空調。其中 2 台開利螺杆式冷(lěng)水(shuǐ)機組，型号均爲30HXC400B ，制冷(lěng)劑爲 R134a，制冷(lěng)量爲 1366KW(388.4USRT)，蒸發器流量235M3 /H，冷(lěng)凝器的(de)流量爲 284M 3 /H，主機電機功率爲 288KW ;配套 3 台 45 KW冷(lěng)凍泵，流量 315 M3 /H，揚程 32 米，采用(yòng) 1 用(yòng) 2 備的(de)工作方式，冷(lěng)凍水(shuǐ)溫差一般 3℃;配套 3 台 37KW 冷(lěng)卻泵，流量 350 M3 /H，揚程 24 米, 采用(yòng) 1 用(yòng) 2備的(de)工作方式，冷(lěng)卻水(shuǐ)溫差一般 3℃;另外 1 台大(dà)金螺杆式冷(lěng)水(shuǐ)機組，型号爲 CUW200D5Y,制冷(lěng)量爲 680KW(193.4USRT);蒸發器流量 117M3 /H，冷(lěng)凝器的(de)流量爲 141.7M 3 /H，主機電機功率爲 144KW;配套 2 台 30 KW 冷(lěng)凍泵，流量 200 M3 /H，揚程 32 米，采用(yòng) 1用(yòng) 1 備的(de)工作方式;配套 2 台 30KW 冷(lěng)卻泵，流量 200 M3 /H，揚程 32 米, 采用(yòng) 1 用(yòng) 1 備的(de)工作方式;空調系統全年開機 10 個(gè)月(yuè)，大(dà)機組(開利機組)從早上 8：00～下(xià)午 6：00，小機組(大(dà)金機組)從下(xià)午 6：00～淩晨 3:00 ,每天這(zhè)樣循環開機，每天運行 19 小時(shí)，每月(yuè) 570 小時(shí)，空調系系統全年共計運行 5700 小時(shí)。從現場(chǎng)調查的(de)數據可(kě)以看到，該空調的(de)運行工況偏離最佳工況點運行，主機能耗、水(shuǐ)泵能耗增大(dà)，對(duì)冷(lěng)凍和(hé)冷(lěng)卻水(shuǐ)泵進行變頻(pín)節能改造，合理(lǐ)調節水(shuǐ)系統流量，使主機運行在最佳工況，保證中央空調系統在制冷(lěng)負荷變化(huà)時(shí)，自動跟随、動态調節，可(kě)以有效實現系統和(hé)水(shuǐ)泵的(de)整體節能。

二、中央空調系統的(de)設計依據

一般來(lái)說，中央空調系統的(de)最大(dà)負載能力是按照(zhào)天氣最熱(rè)，負荷最大(dà)的(de)條件來(lái)設計的(de)，存在著(zhe)很大(dà)寬裕量，但實際上系統極少在這(zhè)些極限條件下(xià)工作，根據有關資料統計，空調設備 97%的(de)時(shí)間運行在 70%負荷以下(xià)波動，所以實際負荷總不能達到滿負荷，特别是冷(lěng)氣需求量少的(de)情況下(xià)，主機負荷量低，爲了(le)保證有較好的(de)運行狀态和(hé)較高(gāo)的(de)運行效率，主機能在一定範圍根據負載的(de)變化(huà)加載和(hé)卸載，但與之相配套的(de)冷(lěng)卻水(shuǐ)泵和(hé)冷(lěng)凍水(shuǐ)泵卻仍在高(gāo)負荷狀态下(xià)運行，(泵功率是按峰值冷(lěng)負荷對(duì)應水(shuǐ)流量的(de) 1.2 倍選配)這(zhè)樣會帶來(lái)

以下(xià)一系列問題：

1. 水(shuǐ)流量過大(dà)使冷(lěng)水(shuǐ)系統進水(shuǐ)和(hé)回水(shuǐ)溫差降低，惡化(huà)了(le)主機的(de)工作條件、引起主機熱(rè)交換效率下(xià)降，造成額外的(de)電能損失 。

2. 由于水(shuǐ)泵壓力過大(dà)，通(tōng)常都是通(tōng)過調整管道上的(de)閥門開度來(lái)調節冷(lěng)卻水(shuǐ)和(hé)冷(lěng)凍水(shuǐ)流量，因此閥門上存在著(zhe)很大(dà)的(de)能量損失。

3. 傳統的(de)水(shuǐ)泵和(hé)電機起停控制不能實現軟啓、軟停、在水(shuǐ)泵起動和(hé)停止時(shí)，會出現水(shuǐ)錘現象，對(duì)管網造成較大(dà)沖擊，增加管網閥門的(de)跑冒滴漏現象。

4. 由于中央空調冷(lěng)卻水(shuǐ)、冷(lěng)凍水(shuǐ)系統運行效率低，能耗較大(dà)且屬長(cháng)期運行，進行節能技術改造是完全必要的(de)。

三.調節水(shuǐ)泵轉速的(de)節電原理(lǐ)

采用(yòng)交流變頻(pín)技術控制水(shuǐ)泵的(de)運行，是目前中央空調系統節能改造的(de)有效途經，圖一繪出了(le)閥門調節和(hé)變頻(pín)調速控制兩種狀态比較的(de)水(shuǐ)泵功率消耗—流量關系。

圖一 空調水(shuǐ)泵流量控制節能示意圖

從上圖中可(kě)見用(yòng)變頻(pín)調速的(de)方法來(lái)減少水(shuǐ)泵流量的(de)經濟效益是十分(fēn)顯著的(de)，當所需流量減少，如水(shuǐ)泵轉速下(xià)降到額定轉速的(de) 60%，此時(shí)變頻(pín)調速比閥門控制更加節能 60% 。當所需流量減少，水(shuǐ)泵轉速降低時(shí)，其電動機的(de)所需功率按轉速的(de)三次方下(xià)降。如水(shuǐ)泵轉速下(xià)降到額定轉速的(de) 60%即頻(pín)率 F=30Hz 時(shí)，其電動機軸功率下(xià)降了(le) 78.4%，即節電率爲 78.4% 。

四、中央空調系統構成及變頻(pín)節能改造技術方案

圖二 中央空調系統構成及變頻(pín)節能改造示意圖

 節能系統主要配置：E5-H 系列變頻(pín)器、人(rén)際界面、KC 智能模糊控制器、電度表計量系統等;

 實現功能：采用(yòng)智能模糊控制，根據冷(lěng)凍、冷(lěng)卻出回水(shuǐ)的(de)溫差和(hé)溫度進行自動變頻(pín)運行，在滿足冷(lěng)氣量需求的(de)同時(shí)，實現最大(dà)限度的(de)節電率;采用(yòng)RS485 通(tōng)訊控制，能在人(rén)機界面上顯示電動機的(de)實時(shí)電參數，如：電動機的(de)功率、電流、電壓、運行頻(pín)率、節電率等等，使節能效果一目了(le)然。

 采用(yòng)先進的(de)三菱工控産品和(hé)智能模糊控制技術改造冷(lěng)凍水(shuǐ)泵和(hé)冷(lěng)卻水(shuǐ)泵。

 冷(lěng)凍泵、冷(lěng)卻泵的(de)變頻(pín)器采用(yòng) 1 拖 5 的(de)方式工作，大(dà)小機組的(de)水(shuǐ)泵均可(kě)以在變頻(pín)運行的(de)條件下(xià)實現較大(dà)幅度的(de)節能效果。

圖三 XX 大(dà)廈中央空調變頻(pín)節能改造系統框圖

圖四 XX 大(dà)廈冷(lěng)凍泵主電路原理(lǐ)圖

圖五 XX 大(dà)廈冷(lěng)卻泵主電路原理(lǐ)圖

采用(yòng)圖三～圖五的(de)配置，可(kě)以保持 1 台冷(lěng)凍水(shuǐ)泵和(hé) 1 台冷(lěng)卻水(shuǐ)泵可(kě)以同時(shí)在變頻(pín)狀态下(xià)運行;也(yě)可(kě)以切換到工頻(pín)狀态運行，在工頻(pín)和(hé)變頻(pín)混合開機時(shí)，最多(duō)可(kě)以同時(shí)運行 5 台冷(lěng)凍水(shuǐ)泵和(hé) 5 台冷(lěng)卻水(shuǐ)泵，這(zhè)樣配置系統的(de)可(kě)靠性大(dà)大(dà)提高(gāo);水(shuǐ)泵系統中裝有 1 個(gè)電度表，可(kě)以實測冷(lěng)凍和(hé)冷(lěng)卻水(shuǐ)泵，分(fēn)别在變頻(pín)和(hé)工頻(pín)運行時(shí)的(de)電能消耗，節電效果一目了(le)然。

 系統中還(hái)有以下(xià)功能：

具有水(shuǐ)泵高(gāo)速運行時(shí)間的(de)設定和(hé)自動運算(suàn)功能，自動根據當前的(de)水(shuǐ)溫和(hé)環境，經模糊運算(suàn)後得(de)出水(shuǐ)泵最佳最短的(de)高(gāo)速運行時(shí)間，使其與主機的(de)負荷和(hé)現場(chǎng)的(de)制冷(lěng)效果自動匹配，從而獲得(de)最佳的(de)節電效果。

1 )對(duì)冷(lěng)凍泵進行變頻(pín)改造原理(lǐ)

控制原理(lǐ)說明(míng)如下(xià)：PLC 控制器通(tōng)過溫度模塊及溫度傳感器将冷(lěng)凍泵的(de)回水(shuǐ)溫度和(hé)出水(shuǐ)溫度讀入内存，并計算(suàn)出溫差值;然後根據冷(lěng)凍泵的(de)回水(shuǐ)與出水(shuǐ)的(de)溫差值和(hé)溫度進行模糊運算(suàn)，來(lái)控制變頻(pín)器的(de)轉速，調節出水(shuǐ)的(de)流量，控制熱(rè)交換的(de)速度;溫差大(dà)，說明(míng)室内溫度高(gāo)，應提高(gāo)冷(lěng)凍泵的(de)轉速，加快(kuài)冷(lěng)凍水(shuǐ)的(de)循環速度和(hé)流量，加快(kuài)熱(rè)交換的(de)速度;反之溫差小，則說明(míng)室内溫度低，可(kě)降低冷(lěng)凍泵的(de)轉速，減緩冷(lěng)凍水(shuǐ)的(de)循環速度和(hé)流量，減緩熱(rè)交換的(de)速度以節約電能;變頻(pín)器的(de)啓動、停止、運行頻(pín)率的(de)改變及監控顯示數據如變頻(pín)器輸出功率、變頻(pín)器輸出頻(pín)率、輸出電流，輸出電壓等都是由 PLC 控制器通(tōng)過 485 通(tōng)信協議(yì)實現的(de)，并且系統能自動進行冷(lěng)凍泵(冷(lěng)卻泵)節電率計算(suàn)。

2 )對(duì)冷(lěng)卻泵進行變頻(pín)改造原理(lǐ)

由于冷(lěng)凍機組進行熱(rè)交換時(shí)，使水(shuǐ)溫冷(lěng)卻的(de)同時(shí)，必将釋放大(dà)量的(de)熱(rè)量，該熱(rè)量被冷(lěng)卻水(shuǐ)吸收，使冷(lěng)卻水(shuǐ)溫度升高(gāo)，冷(lěng)卻泵将升了(le)溫的(de)冷(lěng)卻水(shuǐ)壓入冷(lěng)卻塔，進行降溫冷(lěng)卻處理(lǐ)後，再送回冷(lěng)凍機組。因此，對(duì)冷(lěng)卻泵來(lái)說，以進水(shuǐ)和(hé)回水(shuǐ)間的(de)溫差作爲控制依據，實現進水(shuǐ)和(hé)回水(shuǐ)間的(de)恒溫差控制是比較合理(lǐ)的(de)。溫差大(dà)，說明(míng)冷(lěng)凍機組産生的(de)熱(rè)量大(dà)，應提高(gāo)冷(lěng)卻泵的(de)轉速，加大(dà)冷(lěng)卻水(shuǐ)的(de)循環速度;溫差小，說明(míng)冷(lěng)凍機組産生的(de)熱(rè)量小，可(kě)以降低冷(lěng)卻泵的(de)轉速，減緩冷(lěng)卻泵的(de)循環速度，以節約電能。

五、我公司配置的(de)中央空調泵系統節能設備的(de)特點

1) 變頻(pín)系統采用(yòng) ABB-ACS510 系列變頻(pín)器,對(duì)勵磁電流進行最佳的(de)調整,使電動機的(de)效率得(de)到更大(dà)幅度的(de)提高(gāo),更進一步實現高(gāo)效節能;

2) 配備觸摸屏人(rén)機介面，操作控制簡捷，各種數據顯示直觀;

3) 配備可(kě)編程控制器、4CH 溫度 A/D 模塊、RS485 通(tōng)信模塊等;

4) 采用(yòng)先進的(de)智能模糊控制技術，節電效果大(dà)幅提高(gāo);

5) 智能模糊控制系統不會出現超調現象，同時(shí)抗幹擾能力很強;

6) 内置瞬時(shí)停電再啓動功能及再試啓動功能,在無人(rén)看管的(de)情況下(xià),完全自動化(huà)運行;

7) 具有寬廣的(de)輸入電壓範圍;

8) 對(duì)水(shuǐ)泵實現軟停和(hé)軟起，可(kě)完全消除網管水(shuǐ)錘效應;

9) 可(kě)随時(shí)調節管路中的(de)壓差，保證在合适的(de)範圍内;

10) 配置靈活，自動化(huà)程度高(gāo)，各種功能(含保護功能)齊全，靈活可(kě)靠;

11) 占地面較小，投入少，效率高(gāo);

12) 運行合理(lǐ)，電機、水(shuǐ)泵、聯軸器的(de)使用(yòng)壽命将大(dà)大(dà)提高(gāo);

13) 冷(lěng)凍泵和(hé)冷(lěng)卻泵的(de)年平均節電率在 40 %以上。

六、觸摸屏人(rén)機介面的(de)功能

觸摸屏作爲圖形操作終端，已成爲操作者與其所控制的(de)機器之間的(de)一種完整連接，使用(yòng)觸摸屏可(kě)以增進人(rén)和(hé)機器之間的(de)關系，從而可(kě)不斷提高(gāo)機器性能，并增加許多(duō)新的(de)功能;以其極高(gāo)的(de)性能價格比在業界得(de)到了(le)廣泛的(de)應用(yòng)。

圖六 觸摸屏畫(huà)面

 由于采用(yòng)了(le)智能自動化(huà)工控系統，配合通(tōng)信協議(yì)，各種監控數據直接從變頻(pín)器中讀出，數據顯示更加準确，且直觀明(míng)了(le)，可(kě)在觸摸屏上顯示變頻(pín)器輸出功率、變頻(pín)器輸出頻(pín)率、輸出電流，輸出電壓等等(如圖六所示)。

 具有畫(huà)面顯示功能，最多(duō)可(kě)顯示 500 幅制作畫(huà)面，可(kě)以全中文顯示和(hé)操作，操作者(使用(yòng)者)按照(zhào)中文提示可(kě)以方便地對(duì)設備或系統進行操作(見上圖);

 具有監視功能，可(kě)用(yòng)數值或條形圖監視并顯示可(kě)編程控制器字元件的(de)設定值或現在值;

 具有數據變更功能，可(kě)以變更正在監視的(de)數值;

 具有報警功能，可(kě)以對(duì)各種預先設定的(de)條件進行報警。

七、節能改造後的(de)冷(lěng)水(shuǐ)泵變頻(pín)節能效果分(fēn)析

一、 主機制冷(lěng)時(shí)，全年開機10 個(gè)月(yuè)，全年共計運行 5700 小時(shí)：

1) 開1 台45 KW 的(de)冷(lěng)凍泵和(hé)1 台37 KW 冷(lěng)卻泵，每天運行 10 小時(shí)，每月(yuè)運行 300 小時(shí)，每年可(kě)運行 3000 小時(shí)，全年可(kě)以節約電能=(45 KW+37WK)×3000 小時(shí)/年×40 %(節電率)= 98400 KWH

2) 開1 台30 KW 的(de)冷(lěng)凍泵和(hé)1 台30 KW 冷(lěng)卻泵，每天運行 9 小時(shí)，每月(yuè)運行 270 小時(shí)，每年可(kě)運行 2700 小時(shí)，全年可(kě)以節約電能=(30 KW+30WK)×2700 小時(shí)/年×40 %(節電率)= 64800KWH

3) 系統每年可(kě)節約電能= 98400 KWH+64800KWH=163200 KWH

二、電費：1.00 元/ KWH

三、空調系統每年可(kě)節約電費=163200KWH×1.00 元/ KWH=163200 元

四、改造後的(de)中央空調機組的(de)實際節電率與天氣溫度等等因素有較大(dà)的(de)關系，預計經過變頻(pín)改造後水(shuǐ)泵平均能節能 40%以上，很快(kuài)就可(kě)收回所有的(de)投資

費用(yòng)。

五、經過水(shuǐ)泵的(de)變頻(pín)改造後，由于水(shuǐ)系統的(de)運行進行了(le)優化(huà)調整，空調主機也(yě)會實現 5%~10%的(de)間接節能效果，主要體現在主機電流負載率的(de)降低上。

八、節能設備投資及回收周期分(fēn)析

1. 包含以上材料、節電系統設計費、安裝調試費、維護管理(lǐ)費、利潤、稅

金的(de)節能設備改造投資爲 X 元;

2. 水(shuǐ)泵系統每年節約電費=163200 元;

3. 投資回報期=設備總投資費用(yòng) X÷每年節約電費 163200≈X 年;

4. 經過 X 個(gè)月(yuè)的(de)節能運行後，即可(kě)收回所有的(de)投資費用(yòng)，而改造後若節電率提高(gāo)，回收周期将大(dà)大(dà)縮短。

九、技術改造後對(duì)系統設備帶來(lái)的(de)好處

對(duì)水(shuǐ)泵而言，由于大(dà)多(duō)數的(de)時(shí)間都運行在額定轉速以下(xià)，使得(de)設備機械部件的(de)磨損如電機軸承的(de)機械磨擦減少，機械部件的(de)使用(yòng)壽命大(dà)大(dà)延長(cháng)，從而也(yě)使得(de)中央空調機組設備的(de)維護周期延長(cháng)，設備的(de)維護費用(yòng)成倍減少，綜合經濟效益大(dà)幅提高(gāo)。

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由于變頻(pín)器采用(yòng)軟啓動方式，啓動電流得(de)到了(le)有效的(de)抑制，避免了(le)原來(lái)降壓啓動帶來(lái)的(de)對(duì)設備的(de)沖擊，特别是對(duì)變壓器的(de)沖擊，爲系統設備和(hé)變壓器的(de)安全運行提供了(le)有利的(de)技術保障，同時(shí)也(yě)延長(cháng)了(le)系統設備的(de)使用(yòng)壽命。

采用(yòng)變頻(pín)器運行後，提高(gāo)了(le)機組運行的(de)工作效率，降低了(le)電機的(de)噪聲和(hé)溫升，也(yě)降低了(le)電機的(de)震動，提高(gāo)了(le)設備的(de)自動化(huà)水(shuǐ)平，電氣故障率大(dà)大(dà)降低，可(kě)靠性提高(gāo);全中文操作系統，人(rén)機界面友好，設備檔次大(dà)幅提高(gāo)。

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十、售後服務承諾保證

1. 爲用(yòng)戶提供優質、快(kuài)捷的(de)售後服務，實現用(yòng)戶滿意之工作目标和(hé)宗旨。

2. 若出現故障，承諾在 2 小時(shí)内響應并及時(shí)趕往現場(chǎng)處理(lǐ)，排除故障。

3. 售後服務主要包括以下(xià)幾個(gè)方面的(de)内容：

1).技術培訓——工程安裝後，我方應組織用(yòng)戶方有關技術人(rén)員(yuán)進行相關的(de)培訓，以方便用(yòng)戶進行産品的(de)維護及效益評估工作。

2).産品維護——依據産品生産商提供的(de)相關政策，承諾貳年内免費維護保養(進水(shuǐ)、火災、雷擊、人(rén)爲因素等除外)，貳年後終身産品有償維修保證服務。

3).技術升級——當我公司研發出更新一代的(de)控制系統軟件時(shí)，可(kě)優惠提供升級服務。

4).客戶回訪——我公司爲每一用(yòng)戶建立客戶檔案，并定期進行跟蹤回訪，了(le)解産品質量狀況及節電效益，及時(shí)解決用(yòng)戶在使用(yòng)産品過程中存在的(de)問題，同時(shí)搜集相關信息以改進服務質量，進一步服務與市場(chǎng)。

4. 保證節能系統設計創新，技術含量高(gāo)。

5. 保證自動化(huà)控制設計系統的(de)合理(lǐ)性及先進性。

6. 我公司保證經過節能改造後，不影(yǐng)響貴方的(de)制冷(lěng)效果，保證冷(lěng)凍泵和(hé)冷(lěng)卻泵的(de)年平均節電率在 40 %以上。