中央空调系统节能改造方案.docx

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1、中心空调系统水泵变频节能改造方案 一、概述中心空调系统在现代企业及生活环境改善方面极为普遍，而且 某此生活环境或生产工序中是属必需的，即所谓人造环境，不仅是温度的要求， 还有湿度、干净度等。至所以要中心空调系统，目的是提高产品质量，提高人的 舒适度，集中供冷供热效率高，便治理，节约投资等缘由，为此几乎企业、高层 商厦、商务大楼、会场、剧场、办公室、图书馆、宾馆、商场、超市、酒店、消 遣场、体育馆等中大型建筑上都承受中心空调的，它是现代大型建筑物不行缺少的 配套设施之一，电能的消耗格外之大，是用电大户，几乎占了用电量50%以上，日 常开支费用很大。由于中心空调系统都是按最大负载并增加肯定余量设计

2、，而 实际上在一年中，满负载下运行最多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大局 部时间负载都在70%以下运行。通常中心空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气 温变化自动调整负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调整负 载，几乎长期在100%负载下运行，造成了能量的极大铺张，也恶化了中心空调的 运行环境和运行质量。随着变频技术的日益成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温 度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差闭环自动把握系统，自动调整 水泵的输出流量；承受变频调速技术不仅能使商场室温维持在所期望的状态，让 人感到舒适满足，可使整个系统工作状态平缓稳定，更重要的是其节能效果高达 3

3、0%以上，能带来很好的经济效益。二、水泵节能改造的必要性中心空调是大厦里的耗电大户，每年的电费中空调耗电占60%左右，因此 中心空调的节能改造显得尤为重要。由于设计时，中心空调系统必需按天气最热、负荷最大时设计，并且留 10-20%设计余量，然而实际上绝大局部时间空调是不会运行在满负荷状态下， 存在较大的充裕，所以节能的潜力就较大，其中，冷冻主机可以依据负载变化随 之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应调整，存在很大 的铺张。水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通调整来完成，因此，不行避开地存在 较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象，不仅大量铺张电能，而且还造 成中心空调最

4、末端达不到合理效果的状况。为了解决这些问题需使水泵随着负载 的变化调整水流量并关闭旁通。再因水泵承受的是Y- 起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3 4倍，一台90KW的电动机其起动电流将到达500A ,在如此大的电流冲击下，接 触器、电机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时水垂现象， 简洁对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加修理工作量和备品、 备件费用。承受变频器把握能依据冷冻水泵和冷却水泵负载变化随之调整水泵电机的 转速，在满足中心空调系统正常工作的状况下使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调整, 以到达节能目的。水泵电机转速下降，电机从电网吸取的电能就会大大削减。其

5、削减的功耗 P=P0 ( 1-(N1/NO)3 ) 1式削减的流量 Q=QO ( 1-(N1/NO) )( 2 )式其中N1为转变后的转速，NO为电机原来的转速，P0为原电机转速下的电机 消耗功率，Q0为原电机转速下所产生的水泵流量。由上式可以看出流量的削减与 转速削减的一次方成正比，但功耗的削减却与转速削减的三次方成正比。如：假设原 流量为100个单位，耗能也为100个单位，假设转速降低10个单位，由(2 )式4 Q=Q0 ( 1-(N1/NO) ) =100 * 1-(90/100)=10 可得出流 量转变了 10个单位，但功耗由(1 )式a P=P0l-(Nl/N0)3=100 *(1-

6、(90/100)3 ) =27. 1可以得出,功率将削减27.1个单位,即比原来削减 27. 1% o再因变频器是软启动方式，承受变频器把握电机后，电机在起动时及运转过 程中均无冲击电流，而冲击电流是影响接触器、电机使用寿命最主要、最直接的 因素，同时承受变频器把握电机后还可避开水垂现象，因此可大大延长电机、接 触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。三、中心空调系统构成及工作原理图一所示：1、冷冻机组：通往各个房间的循环水由冷冻机组进展“内部热交换”作用，使 冷冻水降温为57。并通过循环水系统向各个空调点供给外部热交换源。内部 热交换产生的热量，通过冷却水系统在冷却塔中向空气中排放。内部

7、热交换系统 是中心空调的“制冷源”。2、冷冻水塔：用于为冷冻机组供给“冷却水”。3、“外部热交换”系统：由两个循环水系统组成：、冷冻水循环系统由冷冻泵及冷冻管道组成。从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻 泵加压送入冷冻水管道，在各个房间内进展热交换，带走房间内的热量，使房间 内的温度下降。、冷却水循环系统由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进展热交换，使 水温冷却的同时，必将释放大量的热量，该热量被冷却水吸取，使冷却水温度上 升，冷却泵将升了温的冷却水压入水塔，使之在冷却塔中与大气进展热交换，然 后再将降了温的冷却水，送回到冷冻机组，如此不断循环，带走冷冻机组成释放 的热量。4、冷却风机、室内风

8、机：安装于全部需要降温的房间内，用于将由冷冻水冷却了的冷空气 吹入房间，加速房间内的热交换；、冷却塔风机用于降低冷却塔中的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大 气中去。中心空调系统的四个局部都可以实施节电改造。但冷冻水机组和冷却水机组的改 造改造后节电效果最为抱负，文章中我们将重点阐述对冷冻机组和冷却机组的变 频调速技术改造。四、中心空调变频系统改造方案现将内蒙古某饭店的中心空调系统的变频节能改造方案做一具体介绍。1 .中心空调原系统简介：1.1 该集饭店中心空调系统改造前的主要设备和把握方式：450冷吨冷气主机2台，型号为特灵二极式离心机，两台并联运行；冷冻水泵2台，扬程28米配有 功率4

9、5K肌 冷却水泵有2台，扬程35米，配用功率75KW。均承受两用一备的方 式运行。冷却塔2台，风扇电机11K肌 并联运行。室内风机4台，5. 5KW,并联 运行。L2原系统的运行及存在问题：该饭店是一家五星饭店，为了给客入营造一个良 好的居住环境，饭店大部空间承受全封密的，且饭店大局部空间自然通风效果不好, 所以对夏季冷气质量的要求较高。由于中心空调系统设计时必需按天气最热、负荷最 大时设计，且留有10%-20%左右的设计余量。其中冷冻主机可以依据负载变化随 之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调整。这样， 冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行，造成了能

10、量的极 大铺张。而且冷冻、冷却水泵承受的均是Y起动方式，电机的起动电流均为 其额定电流的3-4倍，在如此大的电流冲击下，接触器的使用寿命大大下降； 同时，启动时的机械冲击和停泵时的水锤现象，简洁对机械器件、轴承、阀门和 管道等造成破坏，从而增加修理工作量、修理费用、设备也简洁老化。另外由于 冷冻泵轴输送的冷量不能跟随系统实际负荷的变化，其热力工况的平衡只能由人 工调整冷冻主机出水温度，以及大流量小温差来掩盖。这样，不仅铺张能量，也 恶化了系统的运行环境、运行质量。特别是在环境温度偏低、某些末端设备温控 稍有失灵或灵敏度不高时，将会导致大面积空调室温偏冷，感觉不适，严峻干扰 中心空调系统的运行质

11、量。由于空调偏冷的问题经常接到客人的投诉，处理这些 投诉造成不少人力资源的铺张。依据实际状况，我们向该饭店负责人提出：利用变频器、人机界面、PLC、数模 转换模块、温度模块、温度传感器等构成的温差闭环自动调速系统。对冷冻、冷 却水泵进展改造，以节约电能、稳定系统、延长设备寿命。2 .中心空调系统节能改造的具体方案中心空调系统通常分为冷冻（媒）水和冷却水两个系统（如以下列图，左半局部为 冷冻（媒）水系统，右半局部为冷却水系统）。依据国内外最资料介绍，并多处 通过对在中心空调水泵系统进展闭环把握改造的成功范例进展考察，现在水泵系 统节能改造的方案大都承受变频器来实现。1上 变 领中央史调,主,机、

12、冷冻（媒）水泵系统的闭环把握制冷模式下冷冻水泵系统的闭环把握该方案在保证最末端设备冷冻水流量供给的状况下，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整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，再经由温度把握器设定的温度来把握变频器的频率增 减，把握方式是：冷冻回水温度大于设定温度时频率无极上调。该模式是在中中心空调中热泵运行（即制热）时冷冻水泵系统的把握方案。同制冷模式把 握方案一样，在保证最末端设备冷冻水流量供给的状况下，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整是通过安装在

13、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，再经由温度把握器设定的温度来把握变频器的频率 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。2.1 、冷却水系统的闭环把握目前，在冷却水系统进展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 冷却塔有肯定的冷却水流出的状况下，通过把握变频器的输出频率来调整冷却水流量，当中中 心空调冷却水出水温度低时，削减冷却水流量；当中中心空调冷却水出水温度高时，加大冷却 水流量，从而到达在保证中中心空调机组正常工作的前提下到达节能增效的目的。现有的把握方式大都先确定一个冷却泵

14、变频器工作的最小工作频率，将其设定为：下限频率并锁定，变频冷却水泵的频率是取冷却管进、出水温度差和出水温度信号来调 节，当进、出水温差大于设定值时，频率无极上调，当进、出水温差小于设定值时，频率无 极下调，同时当冷却水出水温度高于设定值时，频率优先无极上调，当冷却水出水温度低于 设定 值时，按温差变化来调整频率，进、出水温差越大，变频器的输出频率越高；进、出水温差 越小，变频器的输出频率越低。2.2 该中心空调整能系统具体装机清单如表二：机组名称机型品牌数量冷冻水泵45KW变频柜ABB ACS800两套冷却水泵75KW变频柜ABB ACS800两套风机组11KW变频柜ABB ACS800两套室

15、内风机5.5KW变频柜ABB ACS800四套配件PLC西门子S7300 一台人机界面西门子一台温度传感器丹佛斯两个温度模块欧姆龙两个数字转换模块欧姆龙两个2.3 介绍变频节电原理：变频节能原理：由流体传输设备（水泵、风机）的工作原理可知：水泵、风机的流量（风量） 与其转速成正比；水泵、风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比，而水泵、风机的轴功 率等于流量与压力的乘积，故水泵、风机的轴功率与其转速的三次方成正比即与电源频率的 三次方成正比）。变频器节能的效果是格外显著的，这种节能回报是看到见的。特别是调 节范 围大、启动电流大的系统及设备，通过图三可以直观的看出在流量变化时只要对转速（频率稍作

16、转变就会使水泵轴功率有更大程度上的转变，就因此特点使得变频调速装置成为一种 趋势，而且不断深入并应用于各行各业的调速领域。依据上述原理可知：转变水泵、风机的转速就可转变水泵、风机的输出功率。图中阴影局部为同一台水泵的工频运行状态与变频运行状态在随着流量变化所耗功率差。A.变焕泵功率 工獭R功率C.中能泮;功率建P仪）铀功率Q3）流 SL .2.4 介绍系统电路设计和把握方式依据中心空调系统冷却水系统的一般装机，建议在冷却水系统和冷冻水系统各装两套ABB ACS800 一体化变频调速把握柜，其中冷却变频调速把握柜供两台冷却水泵切换（循环）使 用，冷冻变频调速把握柜供两台冷冻水泵切换（循环）使用。

17、变频节能调速系统是在保存原 工频系统的根底上加装改装的，变频节能系统的联动把握功能与原工频系统的联动把握功能 一样，变频节能系统与原工频系统之间设置了联锁保护，以确保系统工作安全。利用变频器、 人机界面、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差闭环 自动把握系统，自动调整水泵的输出流量，为了到达节能目的供给了牢靠的技术条件。如图 四 所 示：人机界面系统主电路的把握设计依据具体状况，同时考虑到本钱把握，原有的电器设备尽可能的利用。冷冻水泵及冷却水泵 均承 受一用一备的方式运行，因备用泵转换时间与空调主机转换时间全都，均为一个月转换一次， 切换频率不高，打算将冷冻水泵

18、和冷却水泵电机的主备切换把握利用原有电器设备，通过接 触器、启停按钮、转换开关进展电气和机械互锁。确保每台水泵只能由一台变频器拖 动，避开 两台变频器同时拖动同一台水泵造成沟通短路事故；并且每台变频器任何时间只能拖动一台水 泵，以免一台变频器同时拖动两台水泵而过载。2.5 系统功能把握方式上位机监控系统主要通过人机界面完成对工艺参数的检测、各机组的协调把握以及数据的处理、 分析等任务，下位机PLC主要完成数据采集，现场设备的把握及连锁等功能。具体工作流 程：开机：开启冷水及冷却水泵，由PLC把握冷水及冷却水泵的启停，由冷水及冷却水泵 的接触器向制冷机发出联锁信号，开启制冷机，由变频器、温度传感

19、器、温度模块组成的温 差闭环把握电路对水泵进展调速以把握工作流量，同时PLC把握冷却塔依据温度传感器信号 自动选择开启台数。当过滤网前后压差超出设定值时，PLC发出过滤堵塞报警信号。送风机 转速的快慢是由回风温度与系统设定值相比拟后，用PID方式把握变频器，从而调整风机 的转速，到达调整回风温度的目的。停机：关闭制冷机，冷水及冷却水泵以及冷却塔延时十五 分钟后自动关闭。保护：由压力传感器把握冷水及冷却水的缺水保护，压力偏低时自动开启 补水泵补水。2.6 介绍系统节能改造原理1、对冷冻泵进展变频改造把握原理说明如下：PLC把握器通过温度模块及温度 传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入把握器内存

20、，并计算出温差值；然后 依据冷冻机的回水与出水的温差值来把握变频器的转速，调整出水的流量，把握 热交换的速度；温差大，说明室内温度高系统负荷大，应提高冷冻泵的转速，加 快冷冻水的循环速度和流量，加快热交换的速度；反之温差小，那么说明室内温度 低，系统负荷小，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度和流量，减缓热 交换的速度以节约电能；2、对冷却泵进展变频改造由于冷冻机组运行时，其冷凝器的热交换量是由冷却 水带到冷却塔散热降温，再由冷却泵送到冷凝器进展不断循环的。冷却水进水出水温差大，说明冷冻机负荷大，需冷却水带走的热量大，应提高冷 却泵的转速，加大冷却水的循环量；温差小，那么说明，冷冻机负荷小

21、，需带走的 热量小，可降低冷却泵的转速，减小冷却水的循环量，以节约电能。3、冷却塔风机变频把握通过检测冷却塔水温度对冷却塔风机进展变频调速闭环 把握，使冷却塔水温度恒定在设定温度，可以有效地节约风机的电能额外损耗， 能到达最正确节电效果。4、室内风机组变频把握通过检测冷房温度对变风机组的风机进展变频调速闭环 把握，实现冷房温度恒定在设定温度。室内风机组变频把握后可到达抱负的节电 效果，并且空调效果较佳。2. 5系统流量、压力保障本方案的调整方式承受闭环自动调整把握，冷却水泵系统和冷冻水泵系统的调整方 式根本一样，用温度传感器对冷却冷冻水在主机上的出口水温进展采样，转 换成电量信号后送至温控器将

22、该信号与设定值进展比拟运算后输出一类比信 号一般为420MA、010V等）给PLC,由PLC、数模转换模块、温度传感器、温 度模块进展温差闭环把握，手动/自动切换和手动频率上升、下降由PLC把握，最 终把数据传关到上位机人机界面实行监视把握。变频器依据PLC发出的类比信号打 算其输出频率，以到达转变水泵转速并调整流量的目的。冷却（冷冻）水系统的变频节能系统在实际使用中要考虑水泵的转速与扬程的平 方成正比的关系，以及水泵的转速与管损平方成正比的关系；在水泵的扬程随转速 的降低而降低的同时管道损失也在降低，因此，系统对水泵扬程的实际需求一样 要降低；而通过设定变频器下限频率的方法又可保证系统对水泵

23、扬程的最低需求。 供水压力的稳定和调整量可以通过PID参数的调整。当供水需求量削减时，管道 压力渐渐上升，内部PID调整器输出频率降低，当变频器输出频率低至OHZ时， 而管道在一设定时间内还高于设定压力，变频器切断当前变频把握泵，转而把握 下一个原工频把握泵，变频器在水泵把握转换过程中，渐渐轮换使用水泵，使每 个水泵的利用率均等，增加系统、管道压力的稳定性和牢靠性。五、中心空调系统进展变频改造的优点变频节能改造后除了可以节约大量的电能外还具有以下优点：1、只需在中中心空调冷却管出水端安装一个温度传感器（如图，安装在冷却水 系统中中心空调冷却水出水主管上的B处，简洁牢靠。2、当冷却水出水温度高于

24、温度上限设定值时，频率直接优先上调至上限频率。 3、当冷却水出水温度低于温度下限设定值时，频率直接优先下调至下限频率。 而承受冷却管进、出水温度差来调整很难到达这点。4、当冷却水出水温度介于温度下限设定值与温度上限设定值时，通过对冷却水出 水温度及温度上、下限设定值进展PID计算，从而到达对频率进展无极调速，闭 环把握快速准确。5、节能效果更为明显。当冷却水出水温度低于温度上限设定值时，承受冷却管 进、出水温度差来调整方式没有将出水温度低这一因素参加节能考虑范围，而仅 仅由温度差来对频率进展无极调速，而承受上、下限温度来调整方式充分考虑这 一因素，因而节能效果更为明显，通过对多家用户市场调查，

25、平均节电率要提高 5 %以上，节电率到达20 %以上。额定电流变化，减小了大电流对电机的冲击；六、ABB ACS800系列一体化变频器的优点L 承受独特的空间矢量（SVPWM）调制方式； 2.操作简洁，具有键盘锁定功能，防止误操作； 3.内置PID功能，可承受多种给定、反遗信号； 4具有节电、市电和停顿三位锁定开关，便于转换及治理； 5.保护功能完善，可远程把握；6 .超静音优化设计，降低电机噪声；7,安装比拟便利，不用破坏原有的配电设施及环境；8 .稳定整个系统的正常运行，抗干扰力量强；.具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能及声光报警功能。七、完毕语在科技日月异的今日，乐观推广变频调速节能技术的应用， 使其转化为社会生产力，是我们工程技术人员应尽的社会责任。对落后的设备生产 工艺进展技术革，不仅可以提高生产质量、生产效率，制造可观的经济效益。对节能、 环保等社会效益同样有着重要的意义。随着变频器应用普准时代的降临，我公司已将 变频器的应用扩展到传统中心空调改造的领域，不仅扩大了变频器的应用市场， 而且为中心空调应用也提出了的课题。估量在不久的将来，由于变频调速技术的介入，中心空调系统将真正地进入经济运行时代，期望上述工作对 于同仁们在传统的电气传动设备技术改造和推动高技术产品的普及应用工作中 能有所启发和借鉴。