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变频器在中央空调节能改造中的应用

2017年4月4日 上午3:10

我国是能源大国,但由于人口众多,人均占有量缺比较低。所以,如何降低能源的消耗,提高能源使用率是我们面临的主要问题。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高,空调已经走进了千家万户的生活当中,空调用电占国民用电总量的比例在不断攀升,因而,空调系统的节能有着重要的意义。同时,在空调系统的设计及设备选型中均以最大负荷作为设工况,市实际运行中空调负荷则随多种因素而变化,最小时甚至还不到设计负荷的10%,存在很大的能源浪费现象。因此,空调系统如何适应在低负荷下高效节能运行及在系统设计中对设备进行节能选配就成为空调节能的关键。
1、中央空调变频技术分析
在中央空调系统中,各种类型和不同功能的风机水泵的容量是根据建筑物最大设计冷热负荷设计选定的,并留有一定的设计余量。由于四季的变化,阴晴雨雪及白天与黑夜时,外界温度不同,使得中央空调的冷热负荷在绝大部分时间时远比设计负荷低。也就是说,中央空调实际大部分时间运行在低负荷状态下。各种风机水泵一年四季在工频状态下全速运行,采用节流或回流挡板等方式来调节流量和风量,产生大量的节流或回流损失,因此造成了能量的较大浪费。随着科技的发展,变频器已广泛应用于各行各业,其较高的性价比和成熟的技术,在中央空调的各种风机水泵等电机拖动系统中接入变频系统,利用变频技术改变电机转速来调节流量和压力以及温度等参数的变化以取代阀门控制流量,将取得显着的节能效果。
2、变频控制节能原理
2.1、变频节能
由流体力学可知,P(功率)=Q(流量)×H(压力),流量Q与转速N的一次方成正比,压力H与转速N的平方成正比,功率P与转速N的立方成正比,如果水泵的效率一定,当要求调节流量下降时,转速N可成比例的下降,而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如:一台水泵电机功率为55KW,当转速下降到原转速的4/5时,(运行频率为40HZ,额定频率为50HZ)其耗电量为28.16KW,省电48.8%,当转速下降到原转速的1/2时,其耗电量为6.875KW,省电87.5%。
2.2、功率因数补偿节能
无功功率不但增加线损和设备的发热,更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低,大量的无功电能消耗在线路当中,设备使用效率低下,浪费严重,由公式P=S×COSФ,Q=S×SINФ,其中S在功率,P有功功率,Q无功功率,COSФ功率因数,COSФ越大,有功功率P越大,普通水泵电机的功率因数在0.6~0.7之间,使用变频调速装置后,由于变频器内部滤波电容的作用,COSФ≈1,从而减少了无功损耗,增加了电网的有功功率。
2.3、软启动节能
由于电机为直接启动或Y/D启动,启动电流等于4~7倍的额定电流,这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击,而且还会对电网容量要求过高,启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大,对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后,利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备维护费用。综上所述,对风机、水泵电机进行变频改造,是提高系统自动化程度和节能的最好途径。
3、变频节能控制应用原理
3.1、冷冻水泵变频控制
中央空调冷冻水泵的额定流量是根据空调满负荷工作设计的(且留有裕量),空调主机大部分时间没有达到满负荷,这时就可以通过变频器调速器来调节冷媒水泵的转速,降低冷冻水泵的循环流量,提高供回水温差,从而达到节能目的。水泵的节能是在维持主机高效率的条件下进行的,中央空调冷冻出水温度与冷冻的回水温度设计温差为5℃(出水7℃,回水12℃),采用在冷冻水的回水管路上安装温度传感器、PID智能温控器和变频器组成闭环控制系统,通过冷冻水的回水温度与设定值(12℃)的差值,即控制可使冷冻水泵的转速相应于负载的变化而变化。同时变频器设有下限值,下限的设置考虑了主机及最不利的末端仍能有效的工作。据测试,在低负荷运行时适当降低流量,如70%流量时,水泵输入功率约只需工频运行功率的40%,即节电60%。
3.2、冷却水泵变频控制
中央空调的冷却水泵控制原理与冷冻水泵相类同,当空调负荷低或冷却水散热效果好时,也可以通过变频调速器来调节冷却水泵的转速,降低冷却水的循环流量,提高供回水温差,从而达到节能目的。由于冷却水温度取决于环境温度和冷却塔的散热效果,只需控制冷却出水的温度,即提高制温差。采用在出水管上安装温度传感器,PID智能温控器和变频器组成闭环控制系统,冷却水出水温度控制在35℃。与冷冻泵一样变频器设有下限值,保证主机仍能正常的工作,而且整个系统处于最佳的节能状态下。据测试,在低负荷运行时适当降低流量,如70%流量时,水泵输入功率约只需工频运行功率的40%,即节电60%。
3.3、冷却塔风机变频控制
风机功率一般都较小,节电不如水泵明显。但风机采取变频控制有助于冷却水恒温。冷却塔风扇低转速运行还能大幅度减少漂水,节省水源、延缓水质劣化、减小水雾及风机噪音对周围的影响。
4、结束语
净化中央空调能满足药品生产过程中除去粉尘,来防止药物的交叉污染和大气环境污染,所以其在制药厂的净化中应用较为广泛。而如何解决该系统的能耗问题成为工程科学工作者重要课题。本文通过就某制药厂净化中央空调系统采用来探讨其节能方案的经验。实践表明,作为净化中央空调系统的重要组成部分,风管的设计布置和其密封同净化中央空调的能耗具有密切联系;同时应当积极采用先进的设备和前沿的技术手段,例如采用了变频控制风机和PID控制的水泵运转可以节约电能20%以上,最后在净化中央空调运行过程中采用合理的管理控制手段,也能起到非常客观的节能效果。

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