一. 概述
改革开放以来,我国国民经济迅速发展,但是能源工业的发展远远满足不了需要,而且相当一个时期内能源缺口的状态不会改观,因此国家以开发与节约并重的能源政策为主。尤其以节约宝贵的二次能源-电能为主,我国电能最大的用户是电机,约占50%,其中风机水泵的耗电占全部电能的30%。传统的风机水泵的风量、水量的调节是靠风门、节流阀的调节。当风量、水量的需要减少时,风门、阀的开度减少;当风量、水量的需要增加时,风门、阀的开度增加。这种调节方式虽然简单易行,已成习惯,但它是以增加管网损耗,耗费大量能源在风门、阀上为代价的。并且通常在设计中,用户风机水泵的设计容量都要比实际需要高出很多,这样容易形成人们常说的“大马拉小车”的现象,造成电能的大量浪费。如果采用调节速度的方式来调节流量,就可以从根本上防止电能浪费。近年来随着电力电子技术的发展,变频调速技术越来越成熟,因此推广变频调速在风机、泵类设备上的应用,对于减少能源浪费具有重要意义。
二. 中央空调系统的节能改造原理
1.系统分析
在中央空调系统中冷冻水泵和冷却水泵的容量是按照建筑物最大设计热负载选定的,且留有余量,而运行情况是一年四季长期在固定的最大水流量下工作,由于季节、昼夜和用户负荷的变化,实际空调热负载在绝大部分时间内远比设计负载低,图1示出某建筑物的实测热负载率变化的情况,由图1可见,与决定水泵流量和压力的最大设计负载(负载率为100%)相比,一年中负载率在50%以下的小时数约占全部运行时间的50%以上。一般冷冻水设计温差为5~7℃,冷却水的设计温差为4~5℃,在系统流量固定的情况下,全年决大部分运行时间温差仅为1.0~3.0℃,既在低温差、大流量情况下工作,从而增加了管路系统的能量损失,浪费了水泵运行的输送能量。根据统计分析,一般空调水泵的耗电量约占总空调系统耗电量的20~30%,故节约低负载时水系统的输送能量,具有很重要的意义,因此,随热负载而改变水量的变流量空调水系统显示了其巨大的优越性,而得到越来越广泛的应用。采用变频器调节泵的转速可以方便地调节水的流量,其节能率通常都在40%以上。
图7 冷却水泵控制方案
2.2 系统构成
SY6000-55P型一台
控制柜一只(含工变频转换)
水温传感器二只(工作电源 DC10V 量程0-50℃ 输出0-10V
温差调节器一只
3.冷却塔风机系统
3.1控制方式
冷却塔风机控制系统中,变频器可以利用内置PID功能,可以组成以温度为控制对象的闭环控制。冷却塔风机的作用是将出水温度降到一定的值,其降温的效果可以通过变频器的速度调整来进行。被控量(出水温度)与设定值的差值经过变频器内置的PID控制器后,送出速度命令并控制变频器频率的输出,最终调节冷却塔风机的转速。在这里,温度信号给定量通过变频器操作面板的参数进行设定,温度反馈量通过出水管路中的温度检测以4-20mA的电流形式送至变频器,然后通过设置合理的PI参数,就可以获得满意的闭环控制效果。冷却塔风机具体控制方式如图1
图1 冷却塔风机变频控制原理图
3.2 系统构成
SY6000-22P型二台
控制柜一只(含工变频转换)
水温传感器一只(工作电源 DC10V 量程0-50℃ 输出0-10V)
四. 关于冷冻水末端压力问题的说明
冷冻水泵降低流量降低转速运行, 人们担心会不会影响供水末端压力不足, 导致缺水现象, 实际上由于转速降低虽然会使水泵供水压力降低,然而管道特性的压力损失也会随流量减少而减少, 即需要的压力也会减少,供水压力与转速的二次方成比例降低,需要压力(管道损失)则与流量的二次方成比例减少,二者可以相互补偿。而另一方面, 泵的“压力-流量”特性是一个下降的特性, 即随着流量减少, 泵的出口压力将相对增加, 致使供水末端压力相对提高, 也就是说,降低流量降低转速运行,不仅不会使末端供水问题恶化反而会有所改善。我们单位的实践也证明了这一点。
五.经济性分析
1. 投资
2. 收益
3. 回收周期
六. 结束语
采用变频闭环控制电机,按需要设定温度,使设备储备容量和随时间季节变化的热负载通过转速调节, 在满足使用要求下达到最大限度的节能。根据对部分中央空调风机、水泵进行改造经验, 统计分析全年综合节电率平均达到了20~50%。另外, 使用变频器还具有以下特点:
(1) 变频器对电动机的保护功能较好,有过电压、欠电压、过电流、接地等保护;
(2) 因变频器的软启动,消除了循环水泵启动时的水锤效应,延长了设备的寿命;
(3) 变频器的起动电流较小,对电网的冲击较少,有利于电网的稳定运行;
(4) 变频器中直流电容器的隔离作用使输入的功率因数接近于1, 电动机的励磁无功电流由电容器提供,可节省30%左右的电网容量。
(5) 使用变频器节能改造后,室内温度调节平滑性更好,舒适度增加。