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  变频器在中央空调节能系统中的应用         ★★★
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[ 作者:网络转载    转贴自:网络    点击数:1416    更新时间:2014/8/10    文章录入:admin ]

中央空调主要由冷水机组、冷冻水循环系统、冷却水循环系统、风机盘管系统和散热水塔组成。其工作原理如图1:

图1. 中央空调工作原理图

冷水机组由压缩机将制冷剂压缩成液态后送冷凝器,在冷凝器中释放出热量并与冷却循环水进行热交换,由冷却水泵将带有热量的冷却水输送到冷却水塔中喷淋并与大气之间进行热交换,同时水塔风扇对其进行抽风,增加空气对流速度,将冷却水中的热量散发到大气中去。经过冷凝器的高压液态制冷剂在送蒸发器的过程中产生汽化,并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房间风口的风机盘管中,由风机吹送冷风到房间里达到降温的目的。

中央空调机组传统的调整方法为:

1.冷冻水循环系统

冷冻水循环系统由冷冻泵、分水器、集水器、各风机盘管及冷冻水管道组成。从冷水机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入分水器并被送入各层的冷冻水管道,在各个房间风口的风机盘管中进行热交换,带走房间内热量,从而使房间内的温度下降。然后再进入到集水器送回冷水机组。其控制方式为通过手动或自动调整分水器出口各层冷冻水管道上的阀门的开度来控制进入各层房间风机盘管中的冷冻水流量,以达到控制各个房间温度的目的。在该循环系统中,冷冻水泵始终处于额定转速运行,由于各层冷冻水的流量调整是分别进行的,为了保持最高层或最不利端的压力及进出水的压力平衡,所以在分水器和集水器之间加接了旁路管道,通过手动或自动调整旁路管上的阀门来平衡循环系统的压力。

2.冷却水循环系统

冷却水循环系统由冷却泵及冷却水管道及冷却塔组成。当压缩机将气态的制冷剂压缩成液态时,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。冷却泵将升高了温度的冷却水压入冷却水塔,使之在冷却水塔中与大气进行热交换,并用风扇对其强迫风冷。然后再将降了温的冷却水送回到冷水机组。如此不断循环,带走冷水机组释放的热量。在该系统中,冷却水泵和冷却风扇始终运行在额定转速,管道中的冷却水是靠阀门进行流量和压力调整。

系统节能的可能性

由于中央空调机组中冷冻水循环系统、冷却水循环系统以及冷却水塔风机均为风机水泵系统,其负载特性为流量与轴转速成正比、水压(或风压)与轴转速的平方成正比,轴功率与轴转速的立方成正比。所以,如果我们将系统以电机为定转速运转,用阀门调节水流量和风流量的方法,改用根据所需的流量、风量调节电机转速的方法,就可获得大量的节电效果。从理论上来讲,在环境气压、气温等参数不变的情况下,当转速减少50%时,流量减少50%,扬程减少75%,功率消耗减少87.5%,节能效果非常显著。

因而,我们可以采用变频装置对冷冻水泵和冷却水泵以及冷却风扇作调速的方法,来控制系统的流量和压力,达到节约能源的作用。

变频控制的原理

从以上分析我们可以知道,对于中央空调的冷冻水循环系统、冷却水循环系统及冷却风扇电机使用调速方式能够降低系统的功耗。因而,我们可以采用变频器对水泵和风机作调速控制,其控制原理见图2。这其中分为3个部分:

图2. 中央空调变频控制工作原理图

1.冷冻水泵的控制方式

冷冻水泵的控制方式为:变频器作最高层(或最不利端)的压力PID闭环控制,保持最不利端的压力恒定,这样可防止压力损失并较大幅度提高效率,以取得好的节能效果。

2.冷却水泵的控制方式

由于冷却塔的水温是随环境温度而变化的,其单侧水温不能准确地反映冷冻机组产生热量的多少。所以,对于冷却水泵,以冷凝器进水和回水的温差作为控制依据,实现进水和回水间温差的PID恒温差控制较为合理。温差大,说明冷冻机组产生的热量大,应提高冷却泵的转速,增大冷却水的循环速度;反之则应该降低转速。同时考虑到冷却水系统是个开式水系统,其有一个实际扬程问题,所以在系统中设定一个下限频率,以保证冷却水泵能可靠工作。这样能在各种环境下,使系统处于最佳状态,并达到节能的目的。

3.冷却风扇的控制方式

使用冷却风扇的目的是使进入冷却塔的冷却水在滴下时与空气充分接触,将热量通过气流传导到周围的大气中,将水温降下来。所以,冷却风扇以冷却塔出水温度作为控制对象,实现出水温度的PID控制,当出水温度高时加快风扇的速度,使冷却水加快冷却速度;而出水温度低时,则降低风扇速度,以降低能耗。

VF10系列变频器在上海某公司的应用

上海某公司的中央空调冷冻水循环系统和冷却水循环系统各有三台水泵作一用二备控制系统,其冷冻水泵功率为30KW×3,冷却水泵功率为37KW×3。控制方案如下:

用一台VF10-30P3变频器设计成一拖三(一用二备)系统,控制冷冻水循环系统。每24小时切换一次水泵,水泵轮流工作。控制上采用最高层的压力PID闭环控制,使用VF10变频器的内部PID调节器来控制系统压力。

用一台VF10-37P3变频器设计成一拖三(一用二备)系统,控制冷却水循环系统。每24小时切换一次水泵,水泵轮流工作。控制上以冷凝器的进水与出水温度差作为控制对象,用VF10变频器内部的PID调节器作温差闭环控制。

使用变频控制前后的用电情况对比如下:

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