中遠變頻器在中央空調(diào)智能控制中的節(jié)能應(yīng)用
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概述：在傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)中，其制冷壓縮機組、冷凍循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機系統(tǒng)等的容量大多是按照建筑物最大制冷、制熱負荷選定的，且再留有充足余量。在沒有使用具備負載自動調(diào)節(jié)特性的控制系統(tǒng)中，無論季節(jié)、晝夜和用戶負荷的怎樣變化，各電機都長期固定在工頻狀態(tài)下全速運行，造成了能量的巨大浪費。近年來由于電價的不斷上漲，使得中央空調(diào)系統(tǒng)運行費用急劇上升，致使它在整個營運成本費用中占據(jù)越來越大的比例，加之目前各生產(chǎn)、服務(wù)業(yè)競爭激烈，多數(shù)企業(yè)利潤空間不夠理想因此電能費用的控制顯然已經(jīng)成為經(jīng)營管理者所關(guān)注的問題所在。據(jù)統(tǒng)計，中央空調(diào)的用電量占酒店賓館總用電量的70%以上，故節(jié)約低負荷時壓縮機系統(tǒng)和水系統(tǒng)的消耗的能量，具有很重要的意義。所以，隨著負荷變化而自動調(diào)節(jié)變化的變頻空調(diào)水系統(tǒng)和自適應(yīng)智能負荷調(diào)節(jié)的壓縮機系統(tǒng)應(yīng)運而生，并逐漸顯示其巨大的優(yōu)越性，而且得到越來越多的被廣泛推廣與應(yīng)用。采用變頻調(diào)速技術(shù)不僅能使空調(diào)系統(tǒng)發(fā)揮更加理想的工作狀態(tài)，更重要的是通常其節(jié)能效果高達30%以上，能帶來良好的經(jīng)濟效益。
中央空調(diào)系統(tǒng)一般主要由制冷壓縮機系統(tǒng)、冷媒循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、盤管風(fēng)機系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機系統(tǒng)等組成。冷凍循環(huán)水系統(tǒng)通過冷凍水泵將常溫水泵入蒸發(fā)器盤管中與冷媒進行間接熱交換，這樣原來的冷媒水就變成了低溫冷凍水，冷凍水被送到各風(fēng)機風(fēng)口的冷卻盤管中吸收盤管周圍的空氣熱量，產(chǎn)生的低溫空氣由盤管風(fēng)機吹送到各個房間，從而達到降溫的目的。冷媒在蒸發(fā)器中被充分壓縮并伴隨熱量吸收過程完成后，再被送到冷凝器中去恢復(fù)常壓狀態(tài)，以便冷媒在冷凝器中釋放熱量，其釋放的熱量正是通過循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的冷卻水帶走。冷卻循環(huán)水系統(tǒng)將冷卻水通過冷卻水泵泵入冷凝器熱交換盤管后再將這已變熱的冷卻水送到冷卻塔上，由冷卻塔對其進行自然冷卻或通過冷卻塔風(fēng)機對其進行噴淋式強迫風(fēng)冷。
在冬季需要制熱時，中央空調(diào)系統(tǒng)僅需要通過冷熱水泵(在夏季稱為冷凍水泵)將常溫水泵入蒸汽熱交換器的盤管，通過與蒸汽的充分熱交換后再將熱水送到各樓層的風(fēng)機盤管中，即可實現(xiàn)向用戶提供供暖風(fēng)。由于不具備自動調(diào)節(jié)功能，空調(diào)溫度很難達到穩(wěn)定舒適，同時還會造成很大的能源浪費。
一、變頻器中央空調(diào)智能控制
根據(jù)酒店賓館對溫度的控制要求，把中央空調(diào)系統(tǒng)的冷媒水回水管路中的回水溫度作為檢測對象，通過溫度傳感器將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號傳送給中遠變頻器智能接口，與溫度設(shè)定值進行比較產(chǎn)生差值號，變頻器根據(jù)差值信號來控制水泵的工作頻率和轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)冷媒水的溫度可根據(jù)設(shè)定要求保持穩(wěn)定，實現(xiàn)了空調(diào)系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)，避免了人工控制而導(dǎo)致空調(diào)溫度忽高忽低的現(xiàn)象，提高了人體舒適度。系統(tǒng)圖如圖1所示。
〔 1〕、制冷模式下冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制
該方案在保證最末端設(shè)備冷凍水流量供給的情況下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設(shè)定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調(diào)節(jié)是通過安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經(jīng)由溫度控制器設(shè)定的溫度來控制變頻器的頻率增減，控制方式是：冷凍回水溫度大于設(shè)定溫度時頻率無極上調(diào)。
〔2〕、制熱模式下冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制
該模式是在中央空調(diào)中熱泵運行（即制熱）時水泵系統(tǒng)的控制方案。同制冷模式控制方案一樣，在保證最末端設(shè)備冷凍水流量供給的情況下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設(shè)定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調(diào)節(jié)是通過安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經(jīng)由溫度控制器設(shè)定的溫度來控制變頻器的頻率增減。不同的是：冷凍回水溫度小于設(shè)定溫度時頻率無極上調(diào)，當(dāng)溫度傳感檢測到的冷凍水回水溫越高，變頻器的輸出頻率越低。
〔3〕、冷卻水系統(tǒng)的閉環(huán)控制
目前，在冷卻水系統(tǒng)進行改造的方案最為常見，節(jié)電效果也較為顯著。該方案同樣在保證冷卻塔有一定的冷卻水流出的情況下，通過安裝在冷卻水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器檢測冷卻水回水溫度來控制變頻器的輸出頻率來調(diào)節(jié)冷卻水流量，當(dāng)中中央空調(diào)冷卻水出水溫度低時，減少冷卻水流量；當(dāng)中中央空調(diào)冷卻水出水溫度高時，加大冷卻水流量，從而達到在保證中中央空調(diào)機組正常工作的前提下達到節(jié)能增效的目的。
〔4〕、中遠PLC控制
中央空調(diào)系統(tǒng)在變頻器應(yīng)用的基礎(chǔ)上通過PLC控制，可根據(jù)不同的時間段、不同的季節(jié)來進行設(shè)置，控制更加合理，操作更加簡單，節(jié)能效果更加明顯。系統(tǒng)圖如圖2所示。
二、變頻器節(jié)能分析
1. 從流體力學(xué)原理得知，水泵流量與電機轉(zhuǎn)速功率相關(guān)：水泵的流量（流量）與水泵（電機）的轉(zhuǎn)速成正比，水泵的壓力與水泵（電機）的轉(zhuǎn)速的平方成正比，水泵的軸功率等于流量與壓力的乘積，故水泵的軸功率與水泵（電機）的轉(zhuǎn)速的三次方成正比（即水泵的軸功率與供電頻率的三次方成正比）：
眾所周知，在水系統(tǒng)中，對于水泵，其壓力（H）、流量（Q）、轉(zhuǎn)速（n）和軸功率（P）之間存在如下關(guān)系：
Q=K1×n
H=K2×n2
P=K3×H×Q=K1×K2×K3×n3=K×n3
由此可見，如果水泵的功率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時，轉(zhuǎn)速n可成比例下降，而此時的軸輸出功率P則成立方比關(guān)系下降，即水泵電機的耗電功率與轉(zhuǎn)速n近似立方比關(guān)系，例如：一臺水泵電機功為55KW，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原來轉(zhuǎn)速的4/5時，其耗電量為28.16KW,省電為48.8%,當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的1/2時,其耗電量為6.88KW,省電87%,風(fēng)機節(jié)能原理同理。
2. 功率因素補償節(jié)能,無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱,更主要的是功率因素的降低會導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低,大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中,設(shè)備使用效率低,浪費嚴重,普通水泵、風(fēng)機電機的功率因素在0.6~0.7之間,使用中遠變頻器后,由于變頻器的內(nèi)部渺茫波電容的作用,功率因素近似等于1,從而減少了無功損耗,增加了電網(wǎng)的有功功率。
3. 軟啟動節(jié)約維修費用,由于電機為直接啟動或降壓啟動,啟動電流為4~7倍,額定電流,這樣會對供電電網(wǎng)造成嚴重沖擊,同時啟動時的沖擊會對檔板或閥門、管道等相關(guān)設(shè)備造成損害，而使用變頻器后，使啟動電流從零開始，實現(xiàn)軟啟動，減輕發(fā)對電網(wǎng)的沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命，節(jié)省了設(shè)備的維修費用。
三、應(yīng)用效果
無論是空調(diào)系統(tǒng)還是末端設(shè)備應(yīng)用中遠變頻器實現(xiàn)智能控制后，輸出的空調(diào)溫度穩(wěn)定舒適，并且節(jié)能效果顯著，經(jīng)測試，節(jié)電率大于25%，同時還能保護系統(tǒng)設(shè)備、延長設(shè)備使用壽命、減少故障率、節(jié)省維修費用。
四、中遠變頻器的技術(shù)特點
1、采用美國TI公司32位DSP芯片CPU，精度高，速度快。
2、選用德國及日本著名品牌的IGBT功率模塊。
3、采用獨特的空間矢量控制技術(shù)（已申請發(fā)明專利）
4、具有轉(zhuǎn)矩自動補償，電壓自動調(diào)整功能。
5、具有過流、過壓、欠壓、過載、過熱、接地等多重保護。
6、內(nèi)置RS485通訊接口，可計算機聯(lián)網(wǎng)及遠程維護。
7、內(nèi)置PID調(diào)節(jié)功能，容易實現(xiàn)閉環(huán)控制。
8、載波頻率2－10KHz，靈活可調(diào),實現(xiàn)靜音運行。
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