概述中央空调的变频控制设计及节能

时间:2022-09-28 04:00:46

概述中央空调的变频控制设计及节能

摘要:中央空调变频控制技术对空调的节能效率有重要作用,本文根据笔者工作经验,对中央空调主机制冷系统/送风系统、水循环系统的变频控制技术进行了探讨,对变频控制技术的节能效果进行了分析,以期为相关人员提供借鉴.

关键词:中央空调 变频 控制 设计 节能

中图分类号:TE08文献标识码: A 文章编号:

正文:

对于整个的中央空调系统而言,一定是按照实际的最大需求量进行设计的,并且,在配置冷冻机组过程中,也要以最大负荷为参考依据进行配置的,而且,还保持10%一20%的设计余量。所以,在节能设计时,要对电机电源的频率进行分析,通过合理的调节,改变电机转速,有效地控制泵的转速、流量和轴功率,从而整个系统就可以达到良好的节能目的。

1中央空调变频控制设计

1.1主机制冷系统

在主机制冷系统变频控制设计中,需要注意以下方面的内容:

首先,对于压缩机进行变频控制。在变频控制设计中,压缩机作为制冷系统的核心部分,一方面,可以减少振动、降低温度、避免运行过程中噪声过大,另一方面,还可以检测出负载变化,使得起动电流大大降低,有效地实现了软制动和软启动,并且,还可以同时调整输出。为此,需要加强对压缩机的变频控制,以设计要求为标准,结合实际需要和运行的相关参数,达到所需要的精度要求,另外,要通过机组的运行情况,降低功耗量,使得主机系统保持最佳的运行状态。目前,已经投人到运行中,经过过实践证明,压缩机变频控制设计,在低负荷的情况下,节能效果可以达到70%以上,而在高负荷运行下,全年节能可达30%以上,这在很大程度上增强了节能效果。

其次,对于压缩机连接方式的选择。在制冷变频设计过程中,压缩机可以采用制冷关联的方式有效地进行。l)在每次开机之前,要将所有的压缩机全部投人运行,利用冷冻水,将出口温度降到8℃以下;2)在系统运行1一1.sh后,将一部分压缩机关闭,对于剩余的压缩要,继续保持原有的制冷量,进行变频运行;3)需要在相同的时间内,控制好冷冻水的出口温度,一般情况下,其所允许的波动范围在9一12℃之间,一方面,既可以保证节能效果,另一方面,还可以保持良好的制冷效果。

1.2送风系统

对于系统中的送风系统,其变频控制设计主要通过相关的送风设备来完成,一般主要用到的送风设备有盘管风机、变风量风机以及回风机、新风机等等。

l)对地风机转速的改变,要用变频器来实现,保持风机稳定运行,一方面,可以避免冷冻水从顶棚上漫出来,另一方面,方便于系统控制、而且节能效果良好,是中央空调系统实现节能的一种根本途经。

2)变频风机最好通过恒温PID来进行控制,因为对于整个的空调区域而言,由于其空间不大,但是对舒适性的要求却比较高,为此,在实践中,一定要结合运行需求,进行具体调整。

3)对于大型空调来讲,若是在节假日,那么则要采用多段速变风量的方法进行控制。这种控制方式区别于其他控制方式的主要特点就是其在对风量估算的基础,结合已有的经验,来完成的程序控制,在系统运行时,风量需求较小时,可以通过改变吸风机转速的方法控制风量,同时,还可以有效地减少风机能耗。温差较磊,情况则与以上情况截然相反。所以,根据情况分析,我们可以得知,在热负载不断变化的过程中,冷冻水泵机组的转速也会不断地发生变化,这样,一旦系统中的每一台电机达到其额定功率,仍旧没有达到相关的要求,就可以通过系统,将第二台电机进行起动,以此类推,实现变频运行(如图2)。在整个的水循环系统中,通过变频调整控制,确保中央空调系统的良好运行。

图1送风系统

图2冷冻水循环系统变频图

1.3水循环系统

在变频设计中,水循环系统的变频控制设计也是非常关键的一个环节。通常情况下,主要是通过变频调速技术,使得水循环系统冷却水和冷冻水发生改变,并且结合水泵电机的运行,保持整个水循环系统的良好运行,但是一定要控制好水泵电机的转速,使电机在输送能量过程中,确保能量的充分利用。在实践中,对于水循环系统的变频设计,还要结合具体情况进行具体调整:

第一,冷冻水循环系统。在制冷机组中,要注意出水量和温差的控制,可通过设置一个温度传感器,安装在冷冻水回水管上方,并且与变频器和PID调节器三者的结合应用,构成一个良好的闭环控制系统。与此同时,还要考虑到冷冻水的温差,将变频器频率控制在合理的范围内,保证电机转速的稳定性。在这个过程中,对于冷冻水出水量调节,其主要的作用就是通过风机组件,使得冷冻水能够有足够的时间释放,并且在相同的时间内,使得水泵电机的功耗就大大降低。在这里我们以制冷模式为例作具体详细地说明:一般而言,如果温差小,那么则说明室内温度较低,室内负荷也比较小,这时,通过变频控制,使得冷冻水泵的转速有效地降低,相应的变频也会有所下调;如果温差较磊,情况则与以上情况截然相反。所以,根据情况分析,我们可以得知,在热负载不断变化的过程中,冷冻水泵机组的转速也会不断地发生变化,这样,一旦系统中的每一台电机达到其额定功率,仍旧没有达到相关的要求,就可以通过系统,将第二台电机进行起动,以此类推,实现变频运行(如图2)。在整个的水循环系统中,通过变频调整控制,确保中央空调系统的良好运行。

第二,冷却水系统。在整个系统中,冷却水系统的变频控制与冷冻水循环系统一样,其控制方式是一样的,都是通过冷却水的回水温度,结合相关的机组,构建闭环系统,从而进行变频调节。在系统中,如果温差小,则说明机组产生的热量较小,那么需要将冷却泵的转速有效地降低,下调频率,进而有地控制在冷却水的循环速度;若是温差大,则采用相反的方式进行频率调整方可。

2节能分析

2.1 节能率的比对测试

工程上常用工频/变频隔日交替运行的比对方法测定节能率。在同一个中央空调系统中,使用相同的设备,用相同的能量计量仪表,每天运行相同的时间段,隔日交替工频与变频运行,且默认各测试日的气候条件和负荷状态基本相同; 可选择总共运行测试 2 d 或4 d或 6 d 等,计算节能率 = ( E0- Ev) /E0,其中,E0为工频运行日的耗能平均值,Ev为变频运行日的耗能平均值。节能率可按冷热水泵、冷却水泵、冷却塔风机、主机分别作测试计算; 也可按水系统、主机两部分测试计算( 唐军等,2009) 。

2.2 节能率的估测

在对新建中央空调系统实施变频调速装置配置设计前,在对既有中央空调系统实施变频调速节能改造设计前,对节能率作估测是很有必要的,这很可能关系到工程项目的实际效果。

a) 冷水一次泵节能率的估测影响冷水一次泵节能率的主要因素是制冷源的实际负荷率,即制冷机实际提供的资用冷量与负荷侧实际需要的冷量之间的差值; 其外在的运行参数表现是冷水供回水温差,供回水温差越是小于额定温差,上述差值越大,采用适当的变频调速控制后的节能可能性越大。制冷机供回水额定温差都为5 ℃。对既有系统可检测运行时的实际供回水平均温差 Δt ℃,按 1 -( Δt/5)3估算最高节能率。

再考虑变频器自身的耗能,电动机效率可能发生下降,低限工作频率( 30 Hz) 的制约,控制系统存在静态误差等原因,可乘以( 0. 7 ~ 0. 9) 的折扣后用以估测节能率。如实测 Δt =3. 5 ℃,可按[1 - ( 3. 5/5)3]( 0. 7 ~0. 9) =46 % ~ 59 % 估测平均节能率。受变频器低限工作频率制约,实测冷水供回水平均温差 <3 ℃时,宜按 1 - ( 3/5)3= 78 % 估算最高节能率,按 55 % ~70 %估测平均节能率。

b) 热水一次泵节能率的估测热水一次泵节能率的估测方法同冷水一次泵。用热泵供热时供回水额定温差取 5℃,经由热交换器供热时供回水额定温差取 10℃。用同一台水泵或同一组水泵分季供冷或供热时,供热时的节能率通常都会高于供冷时的节能率。

c) 冷却水泵节能率的估测影响冷却水泵节能率的主要因素是冷却塔的实际散热能力,即冷却塔实际提供的资用散热量与制冷机实际需要的排热量之间的差值; 其外在的运行参数表现是冷却水出水温度和冷却水进出水温差。对既有系统来讲,实测冷却水出水温度等于或低于额定出水温度且冷却水进出水温差较小时,节能率较高; 冷却水出水温度较低时,节能率较高。节能率与当地气候条件关系很大。按设计规范配置和运行水系统,在正常气候条件下冷却水泵变频调速的节能率一般在 40 % ~70 % 范围内。d) 制冷机节能率的估测水系统变频调速节能控制能使制冷机节能的必要条件是: 水系统变流量必须在适当的范围内、平稳地控制运行; 水系统自身的节能空间较大即节能率较高; 制冷机自身具有良好的自动能量调节能力,最好具有能量连续无级调节的能力;冷水泵和冷却水泵降频降流量运行,首先应保证不增加制冷主机耗能,尽可能地使主机效率即COP 值维持不变或下降很小。中央空调系统中,主机耗能常为水系统耗能的 3 ~ 4 倍。水泵节能很多而主机增加耗能更多的结果是不能接受的;冷水和冷却水循环系统,在流量即流速未变情况下,水泵消耗的电能,没有用来改变流体的动能,也没有用来改变流体的重力位能,只用以克服管阻做功。克服管阻做功意味着流体撞击管壁,与管壁发生摩擦,流体分子相互摩擦和碰撞,最终都会使流体升温,这部分附加冷负荷也是需由制冷机承担的。水泵变频降功率运行,这部分附加冷负荷随之下降,制冷机可望因此节能。按上述原理,可对制冷机的节能率作出粗略估测。工程实践中,对按规范设计配置、正常运行的系统,若制冷机具有良好的能量调节能力,制冷机的节能率常为 3 % ~8 %左右。热水泵耗能发热对热源制热的贡献是正面的,热水泵变频降流量不能降低制热源能耗。

2.3 节能量的估测节能总量的估测关系到工程的经济性,如初投资的回收期,业主的得益等; 也关系到工程的社会效益,如 CO2、SO2的减排量等。年节能量 = ( 设备工频时的实际功率) × ( 节能率) × ( 年运行小时数) ( kW·h) 。水泵、风机和主机工频下运行时,实际功率一般都小于其额定功率; 水泵、风机常为 0. 8 × ( 额定功率) 左右,制冷机常为( 0. 5 ~0. 7) × ( 额定功率) 左右。目前,我国火力发电厂的平均供电煤耗为 404( 克标准煤) /kW·h,每发电 1 kW·h 产生的污染物:CO2约 990 g,SO2约 10 g,NOX约 5 g,总悬浮颗粒物约1. 4 g; 可由此估算变频调速节能控制对环境保护的价值。

3结语

总而言之,在中央空调的节能设计中,要采用变频控制,有效控制主机以及空调系统,提升系统及机组的工作效率,降低空调能耗,达到增收节支、降低运营成本的目的。

参考文献

赵冰,郭素娜,尚希.基于变频技术的中央空调冷却水循环系统改造设计【J].电子设计工程,2012(9).

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