摘要:隨著我國高層建筑及智能化大樓的大樓涌現(xiàn),中央空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用也得到了飛速的發(fā)展,而中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗約占建筑總能耗的60%以上,因此中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能降耗也引起人們的關(guān)注。本文在分析中央空調(diào)冷凍水一、二次定變流量節(jié)能控制的基礎(chǔ)上,研究了其控制邏輯和策略。 

關(guān)鍵詞:中央空調(diào);變流量;邏輯;策略 
中圖分類號:te08文獻(xiàn)標(biāo)識碼:a 文章編號: 
一.中央空調(diào)水系統(tǒng)二次泵變頻節(jié)能基本原理 
空調(diào)水泵變頻控制裝置的變頻控制理論基礎(chǔ)是:伯努力方程在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用,即水泵的揚(yáng)程只需克服系統(tǒng)的沿程水頭損失和末端局部水頭損失之總和。通俗地講就是量體裁衣,只是提供系統(tǒng)需要的,而不是多余的,沒有提供多余的就是節(jié)約了能量。 
其變頻控制技術(shù)的目標(biāo)和理念是:在滿足系統(tǒng)負(fù)荷需求下,采用變流量和變揚(yáng)程的控制,并在控制系統(tǒng)中內(nèi)嵌水泵、變頻器和馬達(dá)的參數(shù)曲線,以最節(jié)能的方式也就是最高效率原則來判斷和控制水泵啟停的臺數(shù),達(dá)到最佳節(jié)能效果。而非簡單的以水泵的流量或水泵效率范圍作為水泵的啟停依據(jù)。例如: 
圖a-1 
上述計(jì)算顯示,開2 臺水泵操作同樣能滿足系統(tǒng)負(fù)荷,但比開1 臺水泵要節(jié)能75%。內(nèi)在原因是揚(yáng)程需求在起作用,空調(diào)水系統(tǒng)是變壓變流量,當(dāng)流量減低時,流速也降低,且流速和揚(yáng)程是平方關(guān)系,即當(dāng)負(fù)荷是50%時,揚(yáng)程僅需原來的25%,節(jié)能是很巨大的。而開1 臺水泵就要提供100%的揚(yáng)程,75%的揚(yáng)程就是多余的,也就是浪費(fèi)的。 
所以在空調(diào)水泵變頻系統(tǒng)中,在滿足負(fù)荷的情況下,唯有盡可能降低水泵的揚(yáng)程,才是安全的和真正節(jié)能的。 
圖a-3 所示為一個標(biāo)準(zhǔn)的二次泵變頻節(jié)能系統(tǒng),水泵變頻控制器通過接受末端環(huán)路的壓差信號對變頻器發(fā)出指令從而完成變頻控制。 
空調(diào)水泵變頻控制器以綜合最高效率原則來節(jié)能的,前提也是要滿足工藝的要求即滿足末端負(fù)荷的需要。壓力信號在水中的傳播速度比溫度快得多的多,所以可以及時反映負(fù)荷的變化,達(dá)到既滿足末端負(fù)荷的需要,又達(dá)到節(jié)能的目的。 
當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷減少,即部分空調(diào)末端關(guān)閉時,壓差信號偏離設(shè)定值(變大),則控制器向變頻器發(fā)出指令,水泵降低頻率運(yùn)行,直到壓差信號恢復(fù)為設(shè)定值,反之亦然。 
二.水泵變頻控制要點(diǎn) 
 
圖a-2二次泵變頻控制原理示意圖 
 
變頻時要考慮水泵在不同的頻率下效率的變化,如圖a-3所示,該圖說明了水泵在不同頻率下工作時的性能曲線的變化特點(diǎn),特別是效率的變化規(guī)律。 
 
 
圖a-3 
例如:當(dāng)系統(tǒng)需要負(fù)荷是250m3/h時,定速泵工作點(diǎn)會在圖中的b點(diǎn),此點(diǎn)的效率<50%,而該泵如果變頻運(yùn)行到40%,工頻轉(zhuǎn)速(即20hz)時,水泵的工作點(diǎn)是a點(diǎn),而a點(diǎn)的泵效率是70%,如圖a-4所示。 
 
圖a-4 
三.最高效率原則下系統(tǒng)變頻及水泵切換控制方式 
水泵變頻控制是采用最高綜合效率原則,綜合考慮水泵臺數(shù)切換和變頻之間最佳的組合以達(dá)到最佳的節(jié)能效果的原則。例如,開兩臺泵在頻率f1下運(yùn)行與開三臺泵在f2下運(yùn)行相比后者節(jié)能,則采用三臺泵在f2下運(yùn)行的模式運(yùn)行。 
四、變頻控制策略的應(yīng)用實(shí)例 
例如,某項(xiàng)目共采用了二組變頻冷凍二次泵,針對每一組變頻泵,我們均做了典型負(fù)荷下的運(yùn)行模式分析。 
綜合效率是指組成變頻系統(tǒng)的各耗能部件在頻率下降時的綜合效率,因?yàn)轭l率降低時水泵功耗降低,而電機(jī)及變頻器的效率均會下降,尤其是電機(jī)效率,我們將綜合效率稱為w/w效率,即wire/water效率,也叫水電效率。 
1.變頻系統(tǒng)裝置配置 
共二組 
二次冷凍水泵泵組 
其中每組配置 設(shè)備名稱 數(shù)量 
水泵 2*3 
控制器
變頻器 2*3 
壓差傳感器 2個 
2、系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能分析 
 
 
第一組 變頻二級離心冷凍水泵技術(shù)參數(shù)表 
水泵功能:冷凍水二次泵 揚(yáng)程:24 m 
馬達(dá)功率:15kw 運(yùn)行泵數(shù)量:2+1 
轉(zhuǎn)速:1450rpm 控制壓頭:5 meters 
流量:130 m3/h 系統(tǒng)峰值流量:260 m /hr 
定速運(yùn)行費(fèi)用分析 
 
雙泵并聯(lián)運(yùn)行 
 
以年運(yùn)行8760小時計(jì),定速泵年耗電量為95053kwhr. 
變頻運(yùn)行分析 
 
水泵總效率對比表 
 
負(fù)荷 小時 流量 揚(yáng)程 轉(zhuǎn)速 泵效率 軸功率 馬達(dá)效率 耗電 費(fèi)用 水電綜合效率 
單泵運(yùn)行 
 
雙泵并聯(lián)運(yùn)行 
 
以年運(yùn)行8760小時計(jì),變頻泵年總耗電58899kwhr 
 
第二組變頻二級離心冷凍水泵技術(shù)參數(shù)表 
水泵功能:冷凍水二次泵 揚(yáng)程:20 m 
馬達(dá)功率:15kw 運(yùn)行泵數(shù)量:2+1 
轉(zhuǎn)速:1450rpm 控制壓頭:5 meters 
流量:130 m3/h 系統(tǒng)峰值流量:260 m /hr 
定速運(yùn)行費(fèi)用分析 
 
雙泵并聯(lián)運(yùn)行 
 
以年運(yùn)行8760小時計(jì),定速泵年耗電量為78229kwhr. 
變頻運(yùn)行分析 
總效率對比表 
 
電機(jī)效率表 
 
雙泵并聯(lián)運(yùn)行 
 
以年運(yùn)行8760小時計(jì),變頻泵年耗電量為50769kwhr 
五、結(jié)論 
采用中央空調(diào)冷凍水一、二次定變流量節(jié)能控制邏輯可以使空調(diào)冷凍水泵的輸送能耗大幅度降低,為用戶節(jié)省開支,針對文章所述項(xiàng)目其節(jié)電量見下表: 
 
變頻節(jié)省年電量:63,614 變頻節(jié)省年電費(fèi):¥127,228 
注:電費(fèi)按每度2.00元rmb計(jì) 
注:文章內(nèi)所有公式及圖表請用pdf形式查看。