一、中央空調(diào)的發(fā)展
中央空調(diào)系統(tǒng)在現(xiàn)代企業(yè)及生活環(huán)境改善方面極為普遍,而且某此生活環(huán)境或生產(chǎn)工序中是屬必須的,即所謂人造環(huán)境,不僅是溫度的要求,還有濕度、潔凈度等。至所以要中央空調(diào)系統(tǒng),目的是提高產(chǎn)品質(zhì)量,提高人的舒適度,集中供冷供熱效率高,便管理,節(jié)省投資等原因,為此幾乎企業(yè)、高層商廈、商務(wù)大樓、會場、劇場、辦公室、圖書館、賓館、商場、超市、酒店、娛樂場、體育館等中大型建筑上都采用中央空調(diào)的,它是現(xiàn)代大型建筑物不可缺少的配套設(shè)施之一,電能的消耗非常之大,是用電大戶,幾乎占了用電量50%以上,日常開支費(fèi)用很大。
由于中央空調(diào)系統(tǒng)都是按最大負(fù)載并增加一定余量設(shè)計,而實(shí)際上在一年中,滿負(fù)載下運(yùn)行最多只有十多天,甚至十多個小時,幾乎絕大部分時間負(fù)載都在70%以下運(yùn)行。通常中央空調(diào)系統(tǒng)中冷凍主機(jī)的負(fù)荷能隨季節(jié)氣溫變化自動調(diào)節(jié)負(fù)載,而與冷凍主機(jī)相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動調(diào)節(jié)負(fù)載,幾乎長期在100%負(fù)載下運(yùn)行,造成了能量的極大浪費(fèi),也惡化了中央空調(diào)的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行質(zhì)量。
二 中央空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理
1.冷凍機(jī)組
通往各個房間的循環(huán)水經(jīng)由冷凍機(jī)組進(jìn)行“內(nèi)部熱交換”作用,使冷凍水降溫為5~7℃。并通過循環(huán)水系統(tǒng)向各個空調(diào)點(diǎn)提供外部熱交換源。內(nèi)部熱交換產(chǎn)生的熱量,通過冷卻水系統(tǒng)在冷卻塔中向空氣中排放。內(nèi)部熱交換系統(tǒng)是中央空調(diào)的“制冷源”。
2. 冷凍水塔
用于為冷凍機(jī)組提供“冷卻水”。
3.“外部熱交換”系統(tǒng)
此系統(tǒng)由兩個循環(huán)水系統(tǒng)組成:
a.冷凍水循環(huán)系統(tǒng)由冷凍泵及冷凍管道組成。
從冷凍機(jī)組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道,在各個房間內(nèi)進(jìn)行熱交換,帶走房間內(nèi)的熱量,使房間內(nèi)的溫度下降;
b.冷卻水循環(huán)系統(tǒng)由冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍機(jī)組進(jìn)行熱交換,使水溫冷卻的同時,必將釋放大量的熱量,該熱量被冷卻水吸收,促使冷卻水溫度升高,冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入水塔,使之在冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換,然后再將降了溫的冷卻水,送回到冷凍機(jī)組,如此不斷循環(huán),帶走冷凍機(jī)組所釋放的熱量。
4.冷卻風(fēng)機(jī)
a.室內(nèi)風(fēng)機(jī)安裝于所有需要降溫的房間內(nèi),用于將由冷凍水冷卻了的冷空氣吹入房間,加速房間內(nèi)的熱交換。
b.冷卻塔風(fēng)機(jī)用于降低冷卻塔中的水溫,加速將“回水”帶回的熱量散發(fā)到大氣中去。
中央空調(diào)系統(tǒng)的四個部分都可以實(shí)施節(jié)電改造,但冷凍水機(jī)組和冷卻水機(jī)組改造后的節(jié)電效果最為理想。
5.系統(tǒng)組成
原系統(tǒng)中冷凍、冷卻水泵采用的均是Y-△起動方式,電機(jī)的起動電流均為其額定電流的3~4 倍,在如此大的電流沖擊下,接觸器的使用壽命大大下降;同時,啟動時的機(jī)械沖擊和停泵時的水錘現(xiàn)象,容易對機(jī)械部件、軸承、閥門和管道等造成破壞,從而增加維修工作量、維修費(fèi)用,設(shè)備也容易老化。
另外,由于冷凍泵軸輸送的冷量不能跟隨系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷的變化,其熱力工況的平衡只能由人工調(diào)整冷凍主機(jī)出水溫度,結(jié)果只能是用大流量獲得小溫差。這樣,不僅浪費(fèi)能量,也惡化了系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境與運(yùn)行質(zhì)量。特別是在環(huán)境溫度偏低、某些末端設(shè)備溫控稍有失靈或靈敏度不高時,將會導(dǎo)致大面積空調(diào)室溫偏冷,感覺不適,嚴(yán)重干擾中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。由流體傳輸設(shè)備(水泵、風(fēng)機(jī))的工作原理可知:水泵、風(fēng)機(jī)的流量(風(fēng)量)與其轉(zhuǎn)速成正比;水泵、風(fēng)機(jī)的壓力(揚(yáng)程)與其轉(zhuǎn)速的平方成正比;而水泵、風(fēng)機(jī)的軸功率等于流量與壓力的乘積,故水泵、風(fēng)機(jī)的軸功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比(即與電源頻率的
三次方成正比)。變頻器節(jié)能的效果是十分顯著的,這種節(jié)能回報是看得見的。特別是調(diào)節(jié)范圍大、啟動電流大的系統(tǒng)及設(shè)備,通過圖2 可以直觀地看出在流量變化時只要對轉(zhuǎn)速(頻率)稍作改變就會使水泵軸功率有更大程度上的改變,此特點(diǎn)使得使用變頻器進(jìn)行調(diào)速成為一種趨勢,而且不斷深入并應(yīng)用于各行各業(yè)的調(diào)速領(lǐng)域。
根據(jù)上述原理可知:改變水泵、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就可改變水泵、風(fēng)機(jī)的輸出功率。
三、變頻改造方案
1.對冷凍泵進(jìn)行變頻改造PLC控制器通過溫度模塊及溫度傳感器將冷凍機(jī)的回水溫度和出水溫度讀入控制器內(nèi)存,并計算出溫差值;然后根據(jù)冷凍機(jī)的回水與出水的溫差值來控制變頻器的轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)出水的流量,控制熱交換的速度。溫差大,說明室內(nèi)溫度高系統(tǒng)負(fù)荷大,應(yīng)提高冷凍泵的轉(zhuǎn)速,加快冷凍水的循環(huán)速度,加大流量,加快熱交換的速度;反之溫差小,則說明室內(nèi)溫度低,系統(tǒng)負(fù)荷小,可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速,減緩冷凍水的循環(huán)速度,減小流量,
降低熱交換的速度以節(jié)約電能。
2.對冷卻泵進(jìn)行變頻改造由于冷凍機(jī)組運(yùn)行時,其冷凝器的熱交換量是由冷卻水帶到冷卻塔散熱降溫,再由冷卻泵送到冷凝器進(jìn)行不斷循環(huán)的。冷卻水進(jìn)水出水溫差大,說明冷凍機(jī)負(fù)荷大,需冷卻水帶走的熱量大,應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速,加大冷卻水的循環(huán)量;溫差小,則說明,冷凍機(jī)負(fù)荷小,需帶走的熱量小,可降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速,減小冷卻水的循環(huán)量,以節(jié)約電能。
3.冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻控制通過檢測冷卻塔水的溫度對冷卻塔風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速閉環(huán)控制,使冷卻塔水溫恒定在設(shè)定溫度,可以有效地節(jié)省風(fēng)機(jī)的電能額外損耗,能達(dá)到最佳節(jié)電效果。
4.室內(nèi)風(fēng)機(jī)組變頻控制通過檢測冷房溫度對變風(fēng)機(jī)組的風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速閉環(huán)控制,實(shí)現(xiàn)冷房溫度恒定在設(shè)定溫度。室內(nèi)風(fēng)機(jī)組變頻控制后可達(dá)到理想的節(jié)電效果,并且使空調(diào)效果更佳。
四、中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的優(yōu)點(diǎn)
變頻節(jié)能改造后除了可以節(jié)省大量的電能外還具有以下優(yōu)點(diǎn):
1)電機(jī)起動是軟起動,電流從0 A到額定電流變化,減小了大電流對電機(jī)的沖擊;
2)電機(jī)軟起動轉(zhuǎn)速從0 開始緩慢升速,可以有效減少水泵或風(fēng)機(jī)的機(jī)械磨損;
3)變頻器是高性能的電力電子設(shè)備,具有較強(qiáng)的電機(jī)保護(hù)功能,能延長系統(tǒng)各部件的使用壽命;
4)使室溫維持恒定,讓人感到舒適;
5)經(jīng)過改造后,可以使系統(tǒng)具有較高的可靠性,減少了環(huán)境噪音,減少了維修維護(hù)工作量。
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