基于變頻調(diào)速與聯(lián)機(jī)控制在 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能降耗中的應(yīng)用

文_吳海廉 廣西中醫(yī)藥大學(xué)制藥廠

1 系統(tǒng)的組成

中央空調(diào)系統(tǒng)主要由中央空調(diào)機(jī)組、盤(pán)管風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔以及膨脹水塔等組成（如圖1）。

圖1 中央空調(diào)系統(tǒng)組成

2 系統(tǒng)工作原理

中央空調(diào)機(jī)組通過(guò)壓縮機(jī)將冷媒（如R407C、R22等）壓成液態(tài)后送入蒸發(fā)器中，由冷凍泵將冷凍循環(huán)系統(tǒng)中的常溫水泵入蒸發(fā)器盤(pán)管中與冷媒進(jìn)行冷熱交換，冷凍循環(huán)系統(tǒng)中的常溫水就變成了低溫冷凍水，同時(shí)在冷凍泵的作用下冷凍水被送至各風(fēng)機(jī)風(fēng)口的冷卻盤(pán)管中，冷卻盤(pán)管吸收其周?chē)臒崃坎a(chǎn)生低溫的空氣，再由風(fēng)機(jī)送至各個(gè)功能間，從而實(shí)現(xiàn)降溫的目的。冷媒在蒸發(fā)器中充分壓縮并伴隨熱量吸收過(guò)程完成后由壓縮機(jī)將其送到冷凝器中釋放熱量，其釋放的熱量由冷卻循環(huán)系統(tǒng)中的冷卻水帶走。冷卻循環(huán)水由冷卻泵通過(guò)冷卻循環(huán)系統(tǒng)泵入冷凝器交換盤(pán)管后，再將已升溫的冷卻水送到冷卻塔，再由冷卻塔進(jìn)行冷卻交換后變成常溫水，以備循環(huán)使用。

3 系統(tǒng)存在的問(wèn)題

①配置上存在“大牛拉小車(chē)”。本文中央空調(diào)循系統(tǒng)是1997年建制劑樓時(shí)設(shè)計(jì)的，配置是溴化鋰機(jī)組SX2-1115、冷卻泵37kW/34m/300m3、冷卻塔350型15kW風(fēng)機(jī)、冷凍泵37kW 47m/300m3組成中央空調(diào)系統(tǒng)。2003年由于鍋爐的搬遷，由溴化鋰機(jī)組更換成水冷機(jī)組FTW-130，該機(jī)組為雙機(jī)頭90kW（單機(jī)頭45kW）冷卻98m3、冷凍79m3，但循環(huán)系統(tǒng)并沒(méi)做任何改動(dòng)。

②控制上單機(jī)啟停、星三角降壓?jiǎn)?dòng)。中央空調(diào)機(jī)組、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)與生產(chǎn)樓層風(fēng)機(jī)均為單機(jī)直接啟停，均為人工操作。每次啟動(dòng)后都要由車(chē)間通知方可停機(jī)，造成很大的能源浪費(fèi)，特別是單個(gè)樓層生產(chǎn)時(shí)問(wèn)題尤為突出。

③變壓器的運(yùn)行載荷過(guò)重。藥廠現(xiàn)在使用的變壓器的容量為400kVA，變壓器的效率一般為0.8，電容柜補(bǔ)償無(wú)功，可將功率因數(shù)提高到0.9，根據(jù)公式: P=S×COSφ，變壓器的有功功率為360kW；從2003年更換成電能水冷式空調(diào)機(jī)組后，只要空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行，就占據(jù)了變壓器額定容量的37%～50%（單機(jī)頭137kW，雙機(jī)頭179kW）。

4 系統(tǒng)改造措施

4.1 設(shè)備的選擇

（1）循環(huán)泵的選擇

根據(jù)中央空調(diào)機(jī)組參數(shù)FTW-130-2 冷卻水98m3、冷凍水79m3選擇合適的冷凍泵、冷卻泵作為冷凍系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的循環(huán)泵。

揚(yáng)程選擇：更換循環(huán)泵，循環(huán)管路工況沒(méi)有發(fā)生任何改變，在此揚(yáng)程以原泵的揚(yáng)程作為參考。

流量的選擇：根據(jù)機(jī)組設(shè)備提供的參數(shù)，水泵的流量應(yīng)為冷水機(jī)組額定流量的1.1～1.2倍（單臺(tái)取1.1倍，兩臺(tái)并聯(lián)取1.2倍），在此取1.15。

式中 L為冷凍冷卻水泵的流量m3/h

Q為制冷機(jī)組的額定冷凍水流、冷卻水流量m3/h；

根據(jù)以上結(jié)果，選用22kW，37m，120m3作為冷卻泵、22kW，44m，93.6m3作為冷凍泵。

（2）變頻器的選擇

ABB ACS510系列變頻器是水泵、風(fēng)機(jī)用變頻器，針對(duì)水泵、分機(jī)做了特別的優(yōu)化，典型應(yīng)用在恒溫恒壓供水、冷卻風(fēng)機(jī)、鐵路和隧道通風(fēng)機(jī)等場(chǎng)地。ABB ACS510不但功能范圍廣、性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠，而且無(wú)需額外使用PLC。

因此，選用ABB ACS510-1-046A-4變頻器作為冷凍泵、冷凍泵調(diào)速單元。

（3）PID溫控器的選擇

虹潤(rùn)OHR-DN30模糊PID溫控器抗干擾能力強(qiáng)，采用模糊PID算式，具有自整定功能，自動(dòng)尋找最優(yōu)參數(shù)達(dá)到很好控制效果，控制溫度精度達(dá)±0.1，性?xún)r(jià)比高，支持熱電偶、熱電阻、電壓、電流信號(hào)輸入；支持模擬量、開(kāi)關(guān)量或RS485通訊輸出；支持2路報(bào)警功能；自帶24V饋電輸出，為現(xiàn)場(chǎng)變送器配電。因此，選用OHR-DN30模糊PID溫控器作為冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔分機(jī)溫控單元。

4.2 系統(tǒng)節(jié)能改造

中央空調(diào)系統(tǒng)啟停由樓層風(fēng)機(jī)發(fā)出信號(hào)控制，為了確保無(wú)誤啟動(dòng)，中央空調(diào)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)采用人工啟動(dòng)。當(dāng)樓層分機(jī)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，中央空調(diào)系統(tǒng)方可人工啟動(dòng)；當(dāng)樓層風(fēng)機(jī)停機(jī)時(shí)，中央空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)要求自動(dòng)停機(jī)。

冷凍循環(huán)泵、冷卻循環(huán)泵由變頻器和PID溫控器共同控制，PID溫控器采集冷凍水、冷卻水的回水溫度，回水的溫度通過(guò)信號(hào)形式輸入變頻器，變頻器根據(jù)實(shí)際溫度偏差決定冷凍水、冷卻水的流量。

冷卻塔風(fēng)機(jī)的啟停由PID溫控器控制，PID溫控器采集冷卻水溫度，采用溫控器的上下偏差報(bào)警功能控制冷卻塔的啟停。

進(jìn)入樓層風(fēng)機(jī)盤(pán)管的冷凍閥由手動(dòng)閥改為電動(dòng)閥門(mén)，其打開(kāi)與關(guān)閉通過(guò)分機(jī)的啟動(dòng)與停止控制。

5 取得的成果

5.1 構(gòu)建調(diào)整冷卻、冷凍水循環(huán)控制系統(tǒng)

5.2 通過(guò)減少空調(diào)機(jī)組設(shè)備的功率，減輕了變壓器的載荷，達(dá)到節(jié)能降耗目的

本項(xiàng)目將冷凍泵37kW和冷卻泵37kW分別降低為各22 kW，變壓器負(fù)荷節(jié)約30kW。

藥廠現(xiàn)在使用的變壓器的容量為400kvA，變壓器的效率一般為0.8，因?yàn)榘惭b有電容柜補(bǔ)償無(wú)功，可將功率因數(shù)提高到0.9。根據(jù)公式:

式中 P—有功功率；S—視在功率（即變壓器容量）；COSΦ—功率因數(shù)；

則藥廠現(xiàn)使用的變壓器的有功功率為：中央空調(diào)機(jī)組單機(jī)頭45kW，雙機(jī)頭90kW。只要有兩個(gè)樓層開(kāi)啟空調(diào)風(fēng)機(jī)，中央空調(diào)機(jī)組就要開(kāi)雙機(jī)頭。在同等條件下，技改前后對(duì)比：

①技改前，由于用工頻直接啟動(dòng)，以實(shí)際電流計(jì)算：冷凍泵電流73A，37kW；冷卻泵電流73A，37kW；冷卻塔風(fēng)機(jī)電流19A，10kW；則中央空調(diào)系統(tǒng)的用電量為：

P1=中央空調(diào)機(jī)組+冷凍泵+冷卻泵+冷卻塔風(fēng)機(jī)

②技改后，由于冷卻塔風(fēng)機(jī)使用工頻直接啟動(dòng)，以實(shí)際使用電流計(jì)算；冷凍泵、冷卻泵用變頻器控制，現(xiàn)以設(shè)備銘牌的標(biāo)注作為對(duì)比：

冷卻塔風(fēng)機(jī)電流19A，10kW；冷凍泵電流41.6A，22kW；冷卻泵電流41.6A，22kW；則中央空調(diào)系統(tǒng)的用電量為：

P2=中央空調(diào)機(jī)組+冷凍泵+冷卻泵+冷卻塔風(fēng)機(jī)

由公式（1）、（2）、（3）的計(jì)算結(jié)果可知，變壓器每小時(shí)可承載的最大功率為360kW，中央空調(diào)系統(tǒng)每小時(shí)所需的電量為174kW，幾乎占用了變壓器的50%；技改后（冷凍泵和冷卻泵從設(shè)備名牌計(jì)算）每小時(shí)用144kW，為每小時(shí)變壓器減輕了30kW的載荷。

5.3 在空閑期通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備自動(dòng)截流或停機(jī)，降低空調(diào)機(jī)組能耗

（1）技改后節(jié)約冷卻水蒸發(fā)損失量計(jì)算（m3/h）

式中 WE—蒸發(fā)水量；TW1-TW2—溫差，常溫塔取5℃；CP—水的定壓比熱，取4.2kJ/kg·℃；R—水的蒸發(fā)潛熱，取2520kJ/kg。

表1 中央空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)技改前后能耗對(duì)比

通過(guò)以上對(duì)比結(jié)果，按初步計(jì)算，單機(jī)頭每天節(jié)約電費(fèi)237.60元，水費(fèi)50.00元，水電費(fèi)合計(jì)287.60元；雙機(jī)頭每天節(jié)約194.40元，水費(fèi)50.00，水電費(fèi)合計(jì)244.40元，按每年生產(chǎn)150d（75d為單機(jī)頭，75d為雙機(jī)頭），年節(jié)約水電費(fèi)39885.00元，本技術(shù)改造項(xiàng)目達(dá)到了降低變壓器載荷及節(jié)能降耗的目的。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)中央空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能降耗技改后得知，變頻調(diào)速與聯(lián)機(jī)控制在中央空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)實(shí)際樓層生產(chǎn)工況，建立了人工操控結(jié)合自動(dòng)控制能耗以及自動(dòng)停機(jī)的循環(huán)控制系統(tǒng)，不但節(jié)能降耗效果比較明顯，而且在工程的實(shí)踐過(guò)程中獲得了較大的成果。