離心式冷水機組加裝VSD后的節能效果探討

【摘 要】離心式冷水機組是中央空調系統中較為重要的組成部分之一，它的能耗高低直接關系到空調系統的整體能耗，而常規機組的能耗都相對較高，因而有必要采取一定的措施降低其能耗。基于此點，本文以實際工程為例，對加裝VSD后的離心式冷水機組的節能效果展開探討。

【關鍵詞】VSD；離心式冷水機組；節能

一、VSD變頻驅動裝置的原理及其特點分析

（一）VSD的原理

按照冷卻水的出水溫度以及壓縮機壓頭來控制出水溫度的實際值與設定值之間的溫差，對電機的轉速和導流葉片的開度進行優化，借此來使機組長時間保持在最佳的運行狀態。當機組處于滿負荷運行狀態時，導流葉片一般都處于全開狀態，此時電機的運行速度完全都是由溫差進行控制；當機組處于部分負荷條件下運行時，VSD通過壓縮機的壓頭來控制電機的速度，進而使其轉速與系統所需的負荷相匹配，直至轉速達到最小值為止。此外，電動機會給導流葉片提供相應的控制信號，并使導流葉片的開度逐漸減小。由此可見，VSD能夠實現同步調節電機轉速和導流葉片開度，以達到調節機組輸出冷量的目的。

（二）VSD的特點

VSD變頻驅動裝置的特點大致可歸納為以下幾個方面：

1.按照冷卻水出水溫度以及壓縮機壓頭來對電機轉速和導流葉片開度進行優化，進而使機組始終保持在最佳的運行狀態，每年能夠節約能耗15-25%左右，節能效果十分明顯。

2.能夠準確預測出離心機的喘振點，并允許機組在該點附近工作正常，從而避免機組在低負荷運行狀態下發生喘振的現象。

3.絕對軟啟動，啟動電流較低，有利于節約能耗。

4.能夠顯著降低機組的噪聲，可以使機組運行變得更加安靜。

5.適用于各種制冷劑，如R22、R123、R134a等等。

6.VSD既可以安裝在新出廠的離心機上，也可以用于離心機改裝，適用范圍較廣。

二、離心式冷水機組加裝VSD后的節能效果研究

為了進一步驗證離心式冷水機組加裝VSD后的節能效果，下面通過兩組實例來進行具體分析。

（一）實例1

某園區內現有3臺離心式冷水機組，3臺機組的制冷量均為700Rt，與之配套的電動機額定電壓為380V，壓縮機滿載運行時電機的工作電流為839A，額定功率為456kW。該園區每年的供冷季為4-10月份，由離心式冷水機組為空調機組提供冷卻水。下面以20xx年4-8月份的離心式冷水機組的實際運行數據為例，對機組的運行狀況進行分析。

1.未安裝VSD前的機組運行狀況分析。由實際運行情況可知，園區內3臺機組在20xx年4-8月份這一期間內，不存在3臺機組同時使用的情況，因當地氣候原因，4-5份時，僅1臺機組的制冷量便可以滿足溫度要求，因而，機組雖然出現交替使用的情況，但卻始終保持只有1臺機組運行的狀態；6-8月時，由于外界溫度急劇升高，僅憑借1臺機組無法滿足園區的冷量需求，因此，這3個月中，由2臺機組共同運行以滿足園區對冷量的要求。按照4-8月份機組實際運行情況，整理得出3臺機組全年運行數據及耗電量，如表1所示。

2.安裝VSD后機組全年運行情況對比分析。按照機組在不同負荷率下的負荷能效數值計算得出不同負荷負荷率下機組的實際耗電量，如表2所示。

表2 三臺機組安裝VSD前后的

耗電量情況

由表2可知，加裝VSD之后的離心式冷水機組用電量明顯低于未安裝之前的機組用地能量；加裝VSD后機組在較低負荷率條件下運行的節電比例較高，其中3#機組長時間處于低負荷運行狀態，其節電率約為17%，節能效果非常明顯。

（二）實例2

某大型商場使用2臺離心式冷水機組，其中1臺為主設備，另一臺為備用設備，該機組滿負荷輸入功率為511kW，滿負荷電流為886A，冷凍水進出水設定溫度分別為7℃和12℃，冷卻水進出水溫度分別為32℃和37℃，蒸發器水流量設定為每小時480立方米，冷凝器水流量設定為每小時575立方米。整個計算過程中所采用的能效值全部來源于該機組的選型軟件，機組全年365天運行，3-10月份每天運行13h，其余4個月每天運行11h。

1.逐月負荷率。由于機組的運行效率主要與負荷率和冷卻水的進水溫度這兩個參數有關，為此，通過對機組全年逐時的運行記錄進行整理分析得出逐月運行參數，再按照加裝VSD前后系統的運行功率比較，計算出機組逐月的能耗狀況。具體可采用以下兩種方法對機組的逐月負荷率進行計算：①平均電流法。通常情況下，機組的平均電流與滿負荷電流之間的比例即機組實際功率與滿負荷功率的比值。為了使取值更加精確，以該商場20xx年每個月的5日、10日、15日、20日、25日和30日作為代表日，由機組逐日平均電流與滿負荷電流的比值計算出逐月的平均電流滿載率，并以此作為機組負荷率。②平均溫差法。以該商場20xx年每月逐日平均冷凍水進出水溫度為依據，計算出機組逐月的平均進出水溫差，然后結合冷凍機的實際流量，便可得出機組每一個月的平均制冷能力，通過機組的實際制冷能力與額定冷量進行比較便可以得出機組的逐月負荷率。因為平均溫差是根據負荷率的定義來進行具體計算的，故此該方法計算所得的結果是真實結果。當機組處于滿負荷運轉時，電機轉速完全是由溫差進行控制，而隨著負荷的不斷減小，通過VSD調節輸入電流頻率，直至電機轉速達到最低為止。在這一過程中壓力保護裝置會始終處于檢測機組蒸汽與冷凝壓力的狀態，這樣能夠防止系統出現過載的情況，特別是當制冷機的負荷率相對較低時，為確保其能夠正常運行，機組的電流值不能低于允許最小值。

2.節能量計算。按照20xx全的全年運行記錄可獲得制冷機逐月冷卻水的進水溫度平均值，然后再按照逐月負荷率和冷卻水進水溫度，根據機組設計選型的配套軟件計算得出對應的制冷機實際功率，通過常規星三角啟動的離心機與VSD

離心機功率的對比，可得出加裝VSD后離心式冷水機組能夠節約能耗193584kWh/年，具體對比數據如表3所示。

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