干貨！暖通中央空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)

圖4

中心空調(diào)是大廈里的耗電大戶，每年的電費(fèi)中空調(diào)耗電占60％左右，因此中心空調(diào)的節(jié)能改造顯得尤為重要。

由于設(shè)計(jì)時(shí)，中心空調(diào)系統(tǒng)必須按天氣最熱、負(fù)荷最大時(shí)設(shè)計(jì)，并且留10-20％設(shè)計(jì)余量。但實(shí)際上盡大部分時(shí)間空調(diào)是不會(huì)運(yùn)行在滿負(fù)荷狀態(tài)下的，存在較大的富余。中心空調(diào)系統(tǒng)冷凍主機(jī)可以根據(jù)負(fù)載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負(fù)載變化做出相應(yīng)調(diào)節(jié)，存在很大的浪費(fèi)。所以節(jié)能的潛力就較大。

節(jié)能方案

中心空調(diào)系統(tǒng)通常分為冷凍(媒)水和冷卻水兩個(gè)系統(tǒng)(左半部分為冷凍(媒)水系統(tǒng)，右半部分為冷卻水系統(tǒng))。根據(jù)國(guó)內(nèi)外最新資料介紹，并多處通過對(duì)在中心空調(diào)水泵系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制改造的成功范例進(jìn)行考察，現(xiàn)在水泵系統(tǒng)節(jié)能改造的方案大都采用變頻器來實(shí)現(xiàn)。

水泵系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門和旁通調(diào)節(jié)來完成，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現(xiàn)象，不僅大量浪費(fèi)電能，而且還造成中心空調(diào)最末端達(dá)不到公道效果的情況。為了解決這些題目需使水泵隨著負(fù)載的變化調(diào)節(jié)水流量并封閉旁通。

再因水泵采用的是Y—△起動(dòng)方式，電機(jī)的起動(dòng)電流均為其額定心流的3～4倍，

一臺(tái)90KW的電動(dòng)機(jī)其起動(dòng)電流將達(dá)到500A，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機(jī)的使用壽命大大下降，同時(shí)，起動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖及和停泵時(shí)水垂現(xiàn)象，輕易對(duì)機(jī)械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，增加維修工作量和備品、備件用度。

綜上，為了節(jié)約能源和用度，需對(duì)水泵系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用風(fēng)機(jī)、泵類專用變頻器，以便達(dá)到節(jié)能和延長(zhǎng)電機(jī)、接觸器及機(jī)械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。這是由于變頻器能根據(jù)冷凍水泵和冷卻水泵負(fù)載變化隨之調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在滿足中心空調(diào)系統(tǒng)正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵做出相應(yīng)調(diào)節(jié)，以達(dá)到節(jié)能目的。水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)從電網(wǎng)吸收的電能就會(huì)大大減少。

減少的功耗△P=PO(1—(N1／N0)^3)

(1)式

減少的流量△Q＝Q0(1－(N1／N0))

(2)式

其中N1為改變后的轉(zhuǎn)速，N0為電機(jī)原來的轉(zhuǎn)速，P0為原電機(jī)轉(zhuǎn)速下的電機(jī)消耗功率，Q0為原電機(jī)轉(zhuǎn)速下所產(chǎn)生的水泵流量。由上式可以看出流量的減少與轉(zhuǎn)速減少的一次方成正比，但功耗的減少卻與轉(zhuǎn)速減少的三次方成正比。如：假設(shè)原流量為100個(gè)單位，耗能也為100個(gè)單位，假如轉(zhuǎn)速降低10個(gè)單位，由(2)式△Q＝Q0〔1-（N1/N0）〕＝100*〔1—（90／100）〕＝10可得出流量改變了10個(gè)單位，但功耗由(1)式△P＝P0[1－（N1／N0）^3]＝100×(1—(90／100)^3)＝27.1可以得出，功率將減少27.1個(gè)單位，即比原來減少27.1%。再因變頻器是軟啟動(dòng)方式，采用變頻器控制電機(jī)后，電機(jī)在起動(dòng)時(shí)及運(yùn)轉(zhuǎn)過程中均無沖擊電流，而沖擊電流是影響接觸器、電機(jī)使用壽命最主要、最直接的因素，同時(shí)采用變頻器控制電機(jī)后還可避免水垂現(xiàn)象，因此可大大延長(zhǎng)電機(jī)、接觸器及機(jī)械散件，軸承、閥門、管道的使用壽命。

空調(diào)系統(tǒng)的變頻節(jié)電原理:

·風(fēng)機(jī)、冷卻水泵、冷凍泵電機(jī)消耗的電功率與頻率的三次方成正例

·在能保證負(fù)荷驅(qū)動(dòng)的情況下,

降低電機(jī)的工作頻率,

可有效節(jié)能

·節(jié)能效果約為1

-

fr3/503

(fr為電機(jī)實(shí)際工作頻率),

在45Hz時(shí),

節(jié)能效果可達(dá)到

27.1%.

·壓縮機(jī)的變頻節(jié)能改造有一定的技術(shù)難度,

通常不對(duì)其進(jìn)行變頻調(diào)速改造

·在保證機(jī)房設(shè)備運(yùn)行溫度范圍內(nèi),

可降低或進(jìn)步空調(diào)的設(shè)定溫度(如冬季設(shè)定溫度為19度,

夏季設(shè)定為24度),

節(jié)能10~15%/2度溫度差,

最好自動(dòng)控制,

以達(dá)最佳節(jié)能效果

·室外溫度與室內(nèi)溫度平衡時(shí),

停止壓縮機(jī),

降低空調(diào)系統(tǒng)的功率消耗,

均勻節(jié)能可達(dá)到20%左右.

空調(diào)系統(tǒng)變頻控溫系統(tǒng)原理:

空調(diào)系統(tǒng)變頻控溫系統(tǒng)原理

冷卻泵、冷凍泵及塔頂風(fēng)機(jī)系統(tǒng)原理特點(diǎn):

·節(jié)能效果取決于環(huán)境溫度與設(shè)定溫度之差,

電機(jī)工作在最佳節(jié)能狀態(tài)

·輸進(jìn)輸出具有濾波裝置,

可有效抑制對(duì)電網(wǎng)的傳導(dǎo)干擾

·整套控制裝置放置在屏蔽機(jī)柜或機(jī)箱中,

電磁輻射干擾小

·安裝施工簡(jiǎn)單,

改造周期短,

維護(hù)方便

·具有故障狀態(tài)自動(dòng)切換回原控制系統(tǒng)功能,

不影響正常使用

·零力矩啟動(dòng),

減少能耗,

降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊和干擾

·不需頻繁啟動(dòng),

有利于延長(zhǎng)設(shè)備壽命

·可根據(jù)室外、室內(nèi)溫度,

自動(dòng)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)組的溫度設(shè)定,

使之處于最大節(jié)能狀態(tài)

·能遠(yuǎn)程監(jiān)控

一拖N變頻方案

圖2若干臺(tái)冷凍泵由一臺(tái)變頻器控制,若干臺(tái)冷卻泵由另外一臺(tái)變頻器控制.各臺(tái)泵間的切換方法如下:

(1)先激活1號(hào)泵,進(jìn)行恒溫度(差)控制;

(2)當(dāng)1號(hào)泵的工作頻率上升至50Hz時(shí),將它切換至工頻電源;同時(shí)將變頻器的給定頻率迅速降到0Hz,使2號(hào)泵與變頻器相接,并開始激活,進(jìn)行恒溫度(差)控制;

(3)以下類似.當(dāng)N號(hào)泵的工作頻率下降至設(shè)定的下限切換頻率時(shí),則將1號(hào)泵停機(jī);當(dāng)N號(hào)泵的工作頻率再次下降至設(shè)定的下限切換頻率時(shí),則再次將2號(hào)泵停機(jī);以此類推.這是只有N號(hào)泵處于變頻調(diào)速狀態(tài).

這種方案的主要優(yōu)點(diǎn)是只用一臺(tái)變頻器,設(shè)備投資較少;缺點(diǎn)是節(jié)能效果稍差.

一拖一全變頻方案

圖3所有的冷凍泵和冷卻泵都采用變頻調(diào)速.其切換方法如下:

(1)先激活1號(hào)泵,進(jìn)行恒溫度(差)控制;

(2)當(dāng)工作頻率上升至設(shè)定的切換頻率上限值(通?？梢孕∮?0Hz)時(shí),激活2號(hào)泵,1號(hào)泵和2號(hào)泵同時(shí)進(jìn)行變頻調(diào)速.實(shí)現(xiàn)恒溫度(差)控制;

(3)當(dāng)工作頻率又上升至切換頻率時(shí),激活3號(hào)泵,三臺(tái)泵同時(shí)進(jìn)行變頻調(diào)速,實(shí)現(xiàn)恒溫度(差)控制;

(4)當(dāng)三臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行,而工作頻率下降至設(shè)定的下限切換頻率時(shí),可封閉1號(hào)泵,系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)同時(shí)控制兩臺(tái)的狀態(tài);

(5)當(dāng)兩臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行,而工作頻率再次下降至設(shè)定的下限切換頻率時(shí),再封閉2號(hào)泵,系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)單臺(tái)運(yùn)行的狀態(tài);

全變頻調(diào)速系統(tǒng)由于每臺(tái)都要配置變頻器,故設(shè)備投資較高,但節(jié)能效果卻要好得多.

兩種方案的比較

假設(shè)某單位有兩臺(tái)水泵供水,每臺(tái)泵的電動(dòng)機(jī)容量是Pn=100Kw,每臺(tái)泵全速時(shí)的供水流量為Qn,所需供水壓力為Pa,

天天的均勻流量為Qa=150%Qn.

每臺(tái)泵的空載損耗約為Po=15%Pn=0.15*100Kw=15Kw.在低頻低速時(shí),空載損耗因鐵損和機(jī)械損耗有所減少而減少,由于所占的比例較小,可粗略的以為Po=const.所以全速時(shí)實(shí)際的用于水泵的功率為

Pp=Pn-Po=85Kw.

(1)

一拖N變頻方案:

1號(hào)泵由變頻啟動(dòng),

接近50Hz時(shí),

轉(zhuǎn)由工頻電源供電,

處于全速運(yùn)行狀態(tài),提供流量為Qn;

2號(hào)泵由變頻器供電,只需提供50%Qn的流量;

P=(85+15)Kw+(85*0.53+15)Kw=126Kw

(2)全變頻方案

1號(hào)泵和2號(hào)泵都由變頻器供電,

各提供75%Qn的流量,

兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速都按0.75Nn(Fx=37.5Hz)計(jì).

P=(85*0.75*0.75*0.75+15)Kw*2=102Kw

空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)電投資回