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中远变频器在酒店宾馆中央空调智能控制中的节能应用
在传统中央空调系统中,其制冷压缩机组、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、冷却塔风机系统等的容量大多是按照建筑物最大制冷、制热负荷选定的,且再留有充足余量。在没有使用具备负载自动调节特性的控制系统中,无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化,各电机都长期固定在工频状态下全速运行,造成了能量的巨大浪费。近年来由于电价的不断上涨,使得中央空调系统运行费用急剧上升,致使它在整个营运成本费用中占据越来越大的比例,加之目前各生产、服务业竞争激烈,多数企业利润空间不够理想。因此电能费用的控制显然已经成为经营管理者所关注的问题所在。据统计,中央空调的用电量占酒店宾馆总用电量的70%以上,故节约低负荷时压缩机系统和水系统的消耗的能量,具有很重要的意义。所以,随着负荷变化而自动调节变化的变频空调水系统和自适应智能负荷调节的压缩机系统应运而生,并逐渐显示其巨大的优越性,而且得到越来越多的被广泛推广与应用。采用变频调速技术不仅能使空调系统发挥更加理想的工作状态,更重要的是通常其节能效果高达30%以上,能带来良好的经济效益。

中央空调系统一般主要由制冷压缩机系统、冷媒循环水系统、冷却循环水系统、盘管风机系统、冷却塔风机系统等组成。冷冻循环水系统通过冷冻水泵将常温水泵入蒸发器盘管中与冷媒进行间接热交换,这样原来的冷媒水就变成了低温冷冻水,冷冻水被送到各风机风口的冷却盘管中吸收盘管周围的空气热量,产生的低温空气由盘管风机吹送到各个房间,从而达到降温的目的。冷媒在蒸发器中被充分压缩并伴随热量吸收过程完成后,再被送到冷凝器中去恢复常压状态,以便冷媒在冷凝器中释放热量,其释放的热量正是通过循环冷却水系统的冷却水带走。冷却循环水系统将冷却水通过冷却水泵泵入冷凝器热交换盘管后,再将这已变热的冷却水送到冷却塔上,由冷却塔对其进行自然冷却或通过冷却塔风机对其进行喷淋式强迫风冷。

在冬季需要制热时,中央空调系统仅需要通过冷热水泵(在夏季称为冷冻水泵)将常温水泵入蒸汽热交换器的盘管,通过与蒸汽的充分热交换后再将热水送到各楼层的风机盘管中,即可实现向用户提供供暖热风。

由于不具备自动调节功能,空调温度很难达到稳定舒适,同时还会造成很大的能源浪费。

一、变频器中央空调智能控制
根据酒店宾馆对温度的控制要求,把中央空调系统的冷媒水回水管路中的回水温度作为检测对象,通过温度传感器将温度信号转换为电信号传送给中远变频器智能接口,与温度设定值进行比较产生差值信号,变频器根据差值信号来控制水泵的工作频率和转速,使系统冷媒水的温度可根据设定要求保持稳定,实现了空调系统的自动调节,避免了人工控制而导致空调温度忽高忽低的现象,提高了人体舒适度。系统图如图1所示。

〔1〕、制冷模式下冷冻水泵系统的闭环控制
该方案在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下,确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率,将其设定为下限频率并锁定,变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度,再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减,控制方式是:冷冻回水温度大于设定温度时频率无极上调。
〔2〕、制热模式下冷冻水泵系统的闭环控制
该模式是在中央空调中热泵运行(即制热)时水泵系统的控制方案。同制冷模式控制方案一样,在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下,确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率,将其设定为下限频率并锁定,变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度,再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减。不同的是:冷冻回水温度小于设定温度时频率无极上调,当温度传感检测到的冷冻水回水温越高,变频器的输出频率越低。
〔3〕、冷却水系统的闭环控制
目前,在冷却水系统进行改造的方案最为常见,节电效果也较为显著。该方案同样在保证冷却塔有一定的冷却水流出的情况下,通过安装在冷却水系统回水主管上的温度传感器检测冷却水回水温度来控制变频器的输出频率来调节冷却水流量,当中中央空调冷却水出水温度低时,减少冷却水流量;当中中央空调冷却水出水温度高时,加大冷却水流量,从而达到在保证中中央空调机组正常工作的前提下达到节能增效的目的。
〔4〕、中远PLC控制
中央空调系统在变频器应用的基础上通过PLC控制,可根据不同的时间段、不同的季节来进行设置,控制更加合理,操作更加简单,节能效果更加明显。系统图如图2所示。

二、变频器节能分析
1. 从流体力学原理得知,水泵流量与电机转速功率相关:水泵的流量(流量)与水泵(电机)的转速成正比,水泵的压力与水泵(电机)的转速的平方成正比,水泵的轴功率等于流量与压力的乘积,故水泵的轴功率与水泵(电机)的转速的三次方成正比(即水泵的轴功率与供电频率的三次方成正比):
众所周知,在水系统中,对于水泵,其压力(H)、流量(Q)、转速(n)和轴功率(P)之间存在如下关系:
Q=K1×n
H=K2×n2
P=K3×H×Q=K1×K2×K3×n3=K×n3
由此可见,如果水泵的功率一定,当要求调节流量下降时,转速n可成比例下降,而此时的轴输出功率P则成立方比关系下降,即水泵电机的耗电功率与转速n近似立方比关系,例如:一台水泵电机功率为55KW,当转速下降到原来转速的4/5时,其耗电量为28.16KW,省电为48.8%,当转速下降到原转速的1/2时,其耗电量为6.88KW,省电87%,风机节能原理同理。
2. 功率因素补偿节能,无功功率不但增加线损和设备的发热,更主要的是功率因素的降低会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,浪费严重,普通水泵、风机电机的功率因素在0.6~0.7之间,使用中远变频器后,由于变频器的内部渺茫波电容的作用,功率因素近似等于1,从而减少了无功损耗,增加了电网的有功功率。
3. 软启动节约维修费用,由于电机为直接启动或降压启动,启动电流为4~7倍,额定电流,这样会对供电电网造成严重冲击,同时启动时的冲击会对档板或阀门、管道等相关设备造成损害,而使用变频器后,使启动电流从零开始,实现软启动,减轻发对电网的冲击,延长了设备的使用寿命,节省了设备的维修费用。

三、应用效果
无论是空调系统还是末端设备应用中远变频器实现智能控制后,输出的空调温度稳定舒适,并且节能效果显著,经测试,节电率大于25%,同时还能保护系统设备、延长设备使用寿命、减少故障率、节省维修费用。

四、中远变频器的技术特点
1、采用美国TI公司32位DSP芯片CPU,精度高,速度快。
2、选用德国及日本著名品牌的IGBT功率模块。
3、采用独特的空间矢量控制技术(已申请发明专利)
4、具有转矩自动补偿,电压自动调整功能。
5、具有过流、过压、欠压、过载、过热、接地等多重保护。
6、内置RS485通讯接口,可计算机联网及远程维护。
7、内置PID调节功能,容易实现闭环控制。
8、载波频率2-10KHz,灵活可调,实现静音运行。
 
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