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变频器中央空调节能自控系统
2013-08-02

1. 概述

建筑物能耗描述:

  大部份建筑物一年中,只有几十天时间,中央空调处于最大负荷。中央空调冷负荷,始终处于动态变化之中,如每天早晚,每季交替,每年轮回,环境及人文,实时影响中央空调冷负荷。一般,冷负荷在5~60%范围内波动,大多数建筑物每年至少70%是处于这种情况。而大多数中央空调,因系统设计多数以最大冷负荷为最大功率驱动。这样,造成实际需要冷负荷与最大功率输出之间的矛盾,实际造成巨大能源浪费,给公司造成巨额电费支出,增加经营者的成本,降低企业竞争力。

2
中央空调变频节能分析

中央空调系统的构成

  中央空调系统主要由以下几个部分组成:
1
. 冷水机组

  这是中央空调制冷源心藏,通往各个房间循环水由冷水机组进行内部交换,降温为冷却水

2
. 冷却水塔
  用于为冷水机组提供冷却水。

3
. 外部热交换系统
  由两个循环水系统组成
1)冷冻水循环系统
  由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷水机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道,在个房间内进行热交换,带走房间内热量,是房间内的温度下降。
2)冷却水循环系统
  由冷却泵及冷却水管道及冷却塔组成。冷水机组进行热交换,是水温冷却的同时,必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收,是冷却水温度升高。冷却泵将升了温冷却水压入冷却塔,使之在冷却塔中与大气进行热交换,然后再降了温的冷却水,送回到冷水
机组。如此不断循环,带走冷水机组释放的热量。

4
. 冷却风机
  有两种情况:
(1)
室内风机。安装于所需要降温的房间内,用于将由冷冻水冷却了的空气吹入房间,加速房间内的热交换。
(2)
冷却塔风机。用于降低冷却塔的水温, 加速将回水带回的热量散发到大气中去。

中央空调系统的拖动

   1. 冷水机组拖动系统
   2. 冷冻泵拖动系统。由若干台水泵组成。
   3. 冷却泵拖动系统。由若干台水泵组成。
   4. 风机(包括室内风机和冷却塔风机)拖动系统。拖动系统不能调速,故能耗大。

中央空调系统拖动节能经济指标分析

   1.对冷冻泵拖动系统,冷却泵拖动系统,风机(包括室内风机和冷却塔风机)拖动系统。
  节能35%~55%。最小节能35%,最大达55%
   2.对冷水机组拖动系统
  节能20%-30%。最小节能20%,最大达30%

  对风机水泵类

  根据流体力学原理,风量Q与转速n的一次方成正比,风压H与转速n的二次方成正比,轴功率与转速n的三次方成正比。即
  Q=K1*n
  
H=K2*n2
  
Ps=K3*n3
  当所需风量减少,风机转速降低时,其功率按转速的三次方下降。如所需风量的80%,则转速也下降为额定转速的80%,而轴功率降512%;当所需风量为而额定风量的50%时,而轴功率降125%。当然,转速降低时,效率也会有所下降,同时还应考虑控制装置的附加损耗等影响。即使如此,这种节电效果也非常可观。

  通过实际证明,风机水泵类,节能40%-50%

  对离心式水冷机组

  节能25%-35%.最小节能25%,最大节能35%

  离心式水冷机组拖动特点。

  机械特性具有恒转矩性质,故电机的轴功率PL与转速N成正比。大多数处于长时间连续运动状态。但负载大小常有变动。为连续变动负载。飞轮力矩(GD2)大,故要求有较大的启动转矩。启动次数少,对升降时间无要求。大多数有自动卸载于装载装置。 在自动卸栽或装载时。负载将突变。

离心式水冷机组调速的必要

1
. 从节能的角度看。
  由于压缩机不排除在满负载状态下长时间运行的可能性,所以只能按最大需求来决定电动机的容量,故设计裕量一般偏大。在实际运行中,轻载运行的时间所占的比例是非常高的。如采用变频调速,可大大提高轻载运行时的工作效率。因此,节能潜力是很大的。有些调节方式(如调节阀门开度和改变叶片角度),即使再需求量较小的情况下,也不能减少电动机的运行效率。采用了变频调速后,但需求量较小时,可降低电动机的转速,减少电动机的运行功率,从而进一部实现节能。

2
. 从运行质量的角度看。

  单电机拖动系统大多数不能根据负载的轻重连续进行调节,不能保持压力,流量,温度等参数的稳定,从而大大提高压缩机的工作性能。
  离心式水冷机组变频自动节能原理。
  根据冷水机组冷负荷,PID调节冷水机组的转速达到节能的目的。


离心式水冷机组变频自动节能分析


  在5%~60%冷负荷范围内,每年节约电费大于25%,、最大达35%。大部分舒适性空调系统,一年大部分时间均在小于或等于建筑物设计负荷60%下运行,且大部分介于50~60%之间。结合空压机特点,频率调节范围fmin=40hz,fmax=50hz。控制点在最小40hz,最大42hz,ps正比频率的平方。节能范围30%~35%范围内。

某商业广场变频节能方案。
某商业广场中央空调系统主要设备

序号

名称

功率

数量

运行情况

1

冷却水泵

37KW

3

一台用,另二台切换

2

冷冻水泵

30KW

3

一台用,另二台切换

3

冷却塔

7.5KW

2

同时用

4

冷水机组-开利19XL

400LT

2

一台用,另一台切换

 

序号

名称

功率

数量

每年满负荷最小能耗耗(度)

1

冷却水泵

37KW

3

324120

2

冷冻水泵

30KW

3

262800

3

冷却塔

7.5KW

2

131400

4

冷水机组-开利19XL

400LT275KW

2

2,409,000

总计:3127320



某商业广场中央空调系统主要设备变频节能情况

序号

名称

功率

数量

每年满负荷最小能耗(度)

1

冷却水泵

37KW60%

3

194,472

2

冷冻水泵

30KW60%

3

157,680

3

冷却塔

7.5KW(60%)

2

78,840

4

冷水机组-开利19XL

400LT275KW(70%)

2

1686,300

预计最少节电:3127320-2117292=1010028 /

序号

名称

功率

数量

每年满负荷最小能耗(度)

1

冷却水泵

37KW

3

95000.00

2

冷冻水泵

30KW

3

75000.00

3

冷却塔

7.5KW

2

27440.00

4

冷水机组-开利19XL

400LT275KW

2

825000.00

总计(人民币)1049,880


某商业广场中央空调系统节能主要设备详情

序号

名称

功率

主要设备

品牌

1

冷却水泵

37KW

变频器柜,智能仪表,PLC,安装布线

德国 SIEMENS

2

冷冻水泵

30KW

变频器柜,智能仪表,PLC,安装布线

德国 SIEMENS

3

冷却塔水泵

7.5KW

变频器柜,智能仪表,PLC,安装布线

德国 SIEMENS

4

冷水机组-开利19XL

275kw

变频器柜,智能仪表,PLC,安装布线

冷负荷传感器,变送器


某商业广场中央空调系统节能主要设备直接投资回报率-回收周期详情
(按每度电费壹园)

序号

名称

功率

投资周期

投资回报率

1

冷却水泵

37KW

0.73

136.5%

2

冷冻水泵

30KW

0.71

140.2%

3

冷却塔水泵

7.5KW

0.99

99.4%

4

冷水机组-开利19XL

275kw

0.87

87.5%


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