中央空调变频系统节能改造方案书.doc

专业服务 诚实守信中央空调变频系统节能改造方案书目录第一章 中央空调水系概况3第二章 中央空调系统节能原理及依据5第三章 中央空调常见缺陷9第四章 节能产品设计原理12第五章 产品系统的主要配件15第六章 计算机控制原理图19第七章 产品报价清单25第八章 节能效益分析27第九章 施工质量,施工安全保证措施30第十章 变频器抗干扰措施32第一章 中央空调水系概况 1.1 中央空调系统配置情况 序号设备名称功率单位数量备注1冷却泵45KW台22冷却泵30KW台13冷冻泵45KW台24冷冻泵22KW台15冷却塔7.5KW、4KW台各1共：243.5KW空调水系统流程图如下图所示： 1.2 中央空调系统工作现状中央空调系统的操作管理人员会根据天气及负荷情况调节设备运行台数。 通常，中央空调系统设计时必须按天气最热、负荷最大时设计，且留有10%-20%左右的设计余量。然而实际上在早晚或者在过渡季节这部分时间空调是不会在满负荷状态下运 行，整个中央空调系统不能随着负荷的变化而变化。这样，冷冻水、冷却水系统在早晚或 者在过渡季节的低负荷下运行情况下不能随着负荷的变化而变化，总是“定流量”运行， 系统长期处于低效率状态，造成了能量的浪费。除此之外，对于多台冷水主机并联使用的 空调系统，许多用户都不能做到随时根据气候和负荷变化合理控制主机、水泵和冷却塔的 启停台数和运行时间。这就导致空调系统的运行模式与负荷需求不匹配，从而增加了中央 空调系统的能耗，造成了能源浪费。绝大多数中央空调系统也同样发现机组在实际工作中不能根据环境温度变化和生产负荷的变化而变化的问题，其冷冻/冷却进出水阀门长期处于大流量状态，不能随时根据实际运行调整中央空调机组的启停台数，从而增加了中央空调系统的 能耗，造成了能量的浪费。 第二章 中央空调系统节能原理及依据一般来说，中央空调系统的最大负载能力是按照天气最热、负荷最大的条件来设计的，机组设计功率普遍是按峰值冷负荷对应功率的1.2倍选配，保留着很大宽裕量。但实际上系统极少在这些极限条件下工作，根据中国制冷协会资料统计，空调设备90%的时间运行在70%负荷以下非满载额定状态里，系统各部分的实际负荷总不能达到满负荷。中央空调节能不能也不可能是单一的调高空调的制冷温度。首先，空调理念是一个综合的理念，大家别忘记设置空调的目的。一味的调高制冷温度，还不如关掉它或者把机组卖掉，每个人发一把电扇或折扇，空调费用不就是几乎等于零吗？岂不深更加节能？中央空调节能设备以整栋建筑作为系统来综合考虑，以控制房间舒适度(温度为 25-27度)以及实际生产需求温度（针对工厂）为最终目标。根据 空调负荷的变动性， 环境温度越高，新风温度就越高， 建筑与外部环境的热交换就越多(包括新风的热交换、建筑与外部的热传导），需要的 冷气需就越多。反之 需要的 冷气需就越少。 季节交替（春、夏、秋、冬的替换）； 气候变幻（阴、晴、雨、雪的变化）； 昼夜轮回（白昼与黑夜的温差变化）； 使用变化（旅游旺季、淡季）； 人流量增减（客流量的变化）等。 室内耗电设备使用情况等（使用率的变化）。 中央空调节能设备通过实时检测室内、外环境温度，适时调整冷却水、冷冻水温度进出温差 , 压差，控制制冷机组、水泵、水塔风机节能运行； 采用先进的计算机通讯技术、计算机控制技术、传感器技术和变频调速技术 , 实现了中央空调冷媒流量系统运行的智能控制 , 科学地解决了中央空调能量供应按末端负荷需要提供，在保障空调效果舒适性的前提下，最大限度地减少了空调系统的能源浪费，达到了最佳节能的目的。系统不仅对中央空调冷冻水系统、冷却水系统、冷却塔风机等各个环节进行全面控制，而且采用系统集成技术 将各个控制系统在物理上、逻辑上和功能上互连在一起，实现它们之间的信息综合、资源共享，在一个计算机平台（智能控制器）上进行集中控制和统一管理，实现中央空调全系统的整体协调运行和综合性能优化。原理分析采用交流变频技术控制水泵的运行，是目前中央空调系统节能改造的最有效途经之一，图一绘出了阀门调节和变频调速控制两种状态比较的水泵功率消耗流量关系。从上图中可见用变频调速的方法来减少水泵流量的经济效益是十分显著的，当所需流量减少，如水泵转速下降到额定转速的60%，此时变频调速的节能效果比阀门控制要高出60。当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降。如水泵转速下降到额定转速的60%即频率F=30Hz时，其电动机轴功率下降了78.4%，即节电率为78.4% 。对于水泵来说，流量Q与转速N成正比，扬程H与转速N的二次方成正比，而轴功率与P与转速N的三次方成正比，下表（表一）列出了它们之间的关系变化：表一 转速、频率、扬程、功率联动关系水泵转速N%运行频率F(Hz)水泵扬程H%轴功率P节电率10050100100090458172.927.180406451.248.870354934.365.760303621.678.4从上表中可见用变频调速的方法来减少水泵流量进行节能改造的经济效益是十分显著的，当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降。中央空调主要由制冷机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和散热水塔组成。制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻水泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中，由风机吹送冷风达到降温的目的。经蒸发后的制冷剂在冷凝剂中释放出热量，与冷却循环水进行热交换，由冷却水泵将带来热量的冷却水送到散热水塔上由水塔风扇对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换。如下控制原理图：第三章 中央空调常见缺陷在冷气需求量少的情况下，主机负荷量低，为了保证有较好的运行状态和较高的运行效率，主机能在一定范围根据负载的变化加载和卸载，但与之相配套的冷却水泵和冷冻水泵却仍在高负荷状态下运行，（泵功率是最少按峰值冷负荷对应水流量的1.2倍选配）这样会带来以下一系列问题：1、恶化主机环境水流量过大使冷冻水系统出水和回水温差降低，恶化了主机的工作条件，引起主机热交换效率下降，造成额外的电能损失 。2、功率浪费由于水泵压力过大，通常都是通过调整管道上的阀门开度来调节冷却水和冷冻水流量，因此此种牺牲了阻力能耗来适应末端负荷要求，造成很大的能量损失。无论负荷大小，水系统设备却几乎满负荷运转，造成运行成本居高不下。3、空调舒适度差阀门调整、水泵启停等物理调节方式，调节品质难以达到理想状态而导致空调舒适度不良,且监控人员劳动强度较大。4、加重设备磨损传统的水泵起停控制不能实现软启、软停，在水泵启动和停止时，水泵和电机都承受较大的物理冲击，出现的水锤现象，对管网造成较大冲击，增加管网阀门的跑冒滴漏现象。水泵通常采用继电器起动，电机的起动电流较大，会对供电系统带来一定冲击。从以上问题可见，中央空调冷却水、冷冻水系统运行效率低、能耗大、控制落后且设备易损。通过对以上问题的逐一解决，必将使中央空调的控制系统得以完善、机组系统的运行环境全面改善、并能节省大量的电能。 在中央空调系统中，冷冻水泵和冷却水泵的容量是根据建筑物最大设计热负荷选定的，且留有10-20%的设计余量。在没有使用调速的系统中，水泵一年四季在工频状态下全速运行，中央空调系统耗电量70%集中在冷却、冷冻系统。 同时因水泵采用的是Y-起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的34倍，一台55KW的电动机其起动电流将达到300A，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，容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件费用。 通过上图可以看出中央空调系统的工作过程是由压缩产生冷量，通过冷冻水循环系统将冷量带入盘管，再由风机将盘管中的冷量通过风道送到终端用户，同时，压缩机工作产生的热量由冷却循环水通过冷却塔降温再送回空调主机系统。可以看出，中央空调系统的工作过程是一个不断地进行热交换的能量转换过程。在这中间，冷冻水循环系统和冷却水循环系统是能量的主要传递者。因此，对冷冻水和冷却水循环系统的控制便是中央空调控制系统的重要组成部分。第四章 节能产品设计原理水泵是传送流体的装置，这种负载消耗的能量与流量成立方比的关系。目前通常都采用调节出口阀进行流量控制，实际运行时不论流量的大小，拖动设备的电动机所消耗的电量变化很小。如果采用改变设备转速的方式调节流量，当流量下降时，电量消耗将以三次方的比例下降。因此在水泵设备中，在保证流量需求的前提下，采用变频调速的方式来调节流量，可以大大降低电力能量的消耗。以达到节能目的。水泵电机转速下降，电机从电网吸收的电能就会大大减少。 其减少的功耗： P=P01-(N1/N0)3 （1）式减少的流量： Q=Q01-(N1/N0) （2）式 其中N1 为改变后的转速，N0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减少与转速减少的一次方成正比，但功耗的减少却与转速减少的三次方成正比。 如：假设原流量为100个单位，耗能也为100个单位，如果转速降低10%，由（2）式Q=Q01-(N1/N0)=1001-(90/100)=10可得出流量改变了10个单位，但功耗由（1）式P=P01-(N1/N0)3=1001-(90/100)3=27.1 可以得出，功率将减少27.1%。 产品设计冷却水循环系统的处理冷却水循环系统进水与出水之间存在水温差，温差越大说明冷却器需要交换的热量越多，相反温差越小说明冷却器需要交换的热量越少。如果采用传感器采集冷却水进水和出水温度，温差控制器将温差量变为模拟量反馈给中央处理器，然后由中央处理器控制变频器的频率。当温差相差不大时，冷却水流量可适当减少，这时中央处理器使变频器输出为较低频值，电机转速减慢，水流量减少；当温差较高时，冷冻机组有更多的热量需要带走，这时中央处理器使变频器输出为较高频率值，电机转速加快，水流量增加，带走更多的热量。这样能够根据系统实时需要，提供合适的流量，不会造成电能浪费。当然为了保证循环系统的流量和进回水压差,我们必须给定水泵一个最低转速不低于额定转速的70%.冷冻水循环系统的处理冷冻水循环系统的工作类似冷却系统，冷冻水的回水温度和出水温度之差说明了冷冻水从用户端带走热量的大小，所以通过温差控制器可以做出冷量需求的判断，利用温差作为冷冻水流量的控制依据，进行节能控制。但由于冷冻主机的出水温度一般较为稳定，故实际上，简单控制时只需根据回水温度的检测，进行控制就可以了。 当然为了保证循环系统的流量和进回水压差,我们必须给定水泵一个最低转速不低于额定转速的70%.第五章 产品系统的主要配件变频器： 采用水泵专用节能型变频器，其软件设置可以最大限度地提高电动机功率因数和电机效率。 温差控制器： 系统采用高精度的温差变送器对管网水温度进行监测，以保证系统正常运行在要求的温度范围内。 控制系统： 根据系统需要可采用变频器或温差控制器自身所带控制系统进行简单控制、PLC典型控制及工业控制机全面控制。根据现场所处的环境实际情况进行变频器编程、设定变频器控制参数。 1、EMERSON EV2000 系列变频器的优点1）高转矩、高精度、宽调速驱动；2） 防跳闸、适应恶劣电网、温湿度、粉尘能力；3） 零频回差控制、主副给定控制、摆频控制、定长控制等；4)实用的PI、简易的PLC、灵活的输入输出端子；5) 脉冲频率给定、停电停机参数储存选择； 6) 频率给定通道与运行命令通道捆绑；7) 低噪音、低电磁干扰。 EMERSON EV2000 系列变频器2、中央空调系统构成 图五 中央空调系统构成示意图3、 EMERSON汉铭中央空调系统节能设备的主要技术性能对冷冻泵、冷却泵、冷却塔风机的运行频率、运行电流、电压、功率等电参数在触摸屏上进行全数字量的显示，所有的数据准确度高，没有二次仪表测量的误差。监控功能：具备独立物理通道的232/485监控接口，并提供开放的通信协议文本，所有的如冷冻泵、冷却泵、冷却塔风机的运行频率、运行电流、电压、功率等电参数及水泵的运行与故障信息均可以通过监控接口，接入现有的DDC监控系统(动环系统)。节能设备具备：DDC直接监视与控制功能，可在原有的DDC系统中进行自动或手动启停整个空调系统，同时也不改变原有的DDC控制方法。最大相对湿度：93%无结露或滴水，符合IEC68-2-3标准环境温度：存放：-25至+65；运行：-10至+50无降容；最高十60，50以上每升高1电流降容不超过2.2%输入电源：380V-10%至460V+10%，三相；50/60Hz5%输出电压：最大电压等于进线电源电压电气隔离：动力和控制电路（输入端、输出端、电源）间进行电气隔离，动力回路中的互锁装置确保机械互锁与电气互锁。输出频率范围：0，1至50HZ制动力矩：对于低功率额定值，为电动机额定力矩的30%，无制动电阻（典型值）瞬时过力矩：电动机额定力矩的110%（典型值10%之间持续60秒）防护和安全功能：短路保护（输出相之间、输出相和地之间、内部电源输出）、热保护防止过流、电源欠压和过压安全保护电路、输入相缺失安全保护电路（避免单相运行）、具备工频和变频切换的工作模式电动机保护：具备电机缺相保护变频器符合下列电网标准.1.3 电源及EMC 标准IEC/EN61000-4-4: 瞬变电压/ 噪声脉冲:4kV(VDE0847Part4-4)IEC/EN61000-4-5: 浪涌电压: 4kV 共模(VDE0847Part4-5) 2kV 差分IEC/EN61000-4-11: 电压塌陷: 30%，60ms(VDE0847Part4-11) 10%，100ms电压中断: 95%，5s电压波动: Vrated10%IEC/EN61000-2-4: 工业环境低频干扰的兼容性(VDE0839Part2-4) 级3,5% 畸变系数(THDi)EN61000-3-2 谐波电流的限定值EMC 规则1 级: 普通工业环境EMC 电机传动标准EN61800-32 级: 具有滤波器的工业环境EMC 电机传动标准EN50081-2 和EN50082-2(VDE083981-2 部分和VDE0839 部分82-2)3 级: 具有滤波器的民用、商业环境EMC 电机传动标准EN50081-2 和EN50082-2(VDE083981-1 部分和VDE0839 部分82-1)，EN61000-3-2控制柜外壳防护等级IP20； 对于冷冻水泵和冷却水泵的变频节能改造，最低频率应满足扬程及流量要求。每台变频器控制的装置可以人工或自动选择在工频模式和变频模式下运行。变频器应选用品牌暖通空调专用最新产品，所有功率等级变频器均采用艾默生著名品牌、同一防护等级，以便运行维护方便和随机附件的采购和控制。采用一台变频器控制一台水泵的形式，但可切换至不同水泵。变频器控制系统与变频系统，两者间有电气连锁及机械连锁，当变频器启动某一台水泵工作的同时，相应的工频主电路将被切断，禁止其启动工作，反之亦然。变频器控制器应提供“工频”和“变频”两种模式可供选择，在变频模式故障时可自动转为工频运行。系统改造完成后，不影响主机的自动能量调节造成主机能效比下降，不存在主机一直无法自动卸载的现象。当热负荷增大要求水泵全速运转时，变频器虽然工作在50HZ；但此时的水泵扬程会小于未装变频器之前在工频运行时的扬程，在此扬程下，不影响空调系统的正常供冷。第六章 计算机控制原理图 所有的参数温度,室内外温度,进出水口温度,通过485标准通讯采集到计算机, 再通过中央控制软件通过485标准通讯控制变频器调节水泵自动运行 产品的特点 节能率：可达30%-60%； 工频系统、变频系统可互相切换； 系统闭环控制电机，按工艺要求设定进出水温差，电机输出功率随热负载的变化而变化，在满足使用要求的前提下达到最大限度的节能； 降速运行和软启动，减少振动、噪声和磨损，延长了设备维修周期和使用寿命，并减少了对电网冲击； 先进的设置和监控及调节功能改善了系统运行特性使系统使用方便； 系统具有各种保护措施，使系统的运转率和安全可靠性大大提高； 系统具有故障报警及故障自动停机功能，保证了运行的可靠性； 技术参数 水泵功率：2.2KW110KW； 压力/温度精度：0.01Mpa/0.1； 工作压力：0.05MPa20Mpa； 工作温度：0-40； 工作电源：三相四线、 380V10%、 50Hz。产品可选件工业控制器/工业计算器 通讯接口内置/标准485通讯接口 控制柜体 人机界面 成套控制柜案例图 1. RLJZ-V3.0 软件操作界面 （1）主界面 RLJZ-V3.0 中央空调节能控制系统的监控界面如下图所示。在界面的下方为系统的主菜单，最左边的菜单为副菜单。该界面是以现场设备的工作流程为基础，根据设备需要和现场情况（现场的工控机为触摸屏）设计的。画面简洁，只在画面上显示运行设备的必要参数（如运行循检指示灯、设备运行状态、运行电压、运行电流、设备状态和传感器读数等）。1.1 系统登陆界面 双击程序后出现系统登陆界面 进入系统后首先进入控制策略界面：控制策略供冷系统界面1.2 系统监控界面： 13数据分析界面 参数设置 参数设置单台设备参数设置界面参数设置所有设备参数设置界面系统管理系统管理能耗分析（需安装带通讯功能的专用电能表。） 说明:同功率的节能控制柜完全相同 详细清单见：第七章 产品报价清单 序号名 称规 格单位数量145KW艾默生变频器EV2000-4T0450P台4230KW艾默生变频器EV2000-4T0300P台1322KW艾默生变频器EV2000-4T0220P台147.5KW艾默生变频器EV2000-4T0075P台155.5KW艾默生变频器EV2000-4T0055P台16变频器配电柜22001200600个27变频器配电柜2200900600个18变频器配电柜800500400个19传感器控制柜400*300*200个110中央控制一体工作站RELL003-2套111中央控制主机控制软件包RELL003-3套112其它配件套113合计（大写）人民币：贰拾陆万元整备注：以上报价含税费、运输费、安装、调试费，保修24个月。不需要电抗器，滤波器减30000.00第八章 节能效益分析 采用本节能控制产品系列，可使水泵的转速随室内温度的变化而自动调整，根据以往经验中央空调系统年平均节能率在20-33%。变频控制系统的节能效果是十分突出的，请见下面水泵的比较曲线： 中央空调水泵运行数据表 冷冻水泵总台数：3台 经常运行：45KW一台、30K一台 冷却水泵总台数：3台 经常运行：45KW一台、22K一台 冷却塔总台数：2台 经常运行：7.5KW一台、4K一台 根据调查分析: 1:贵公司中央空调适合采用系统控制方案, 系统控制方案 = 采用先进的计算机通讯技术、计算机控制技术、传感器技术和变频调速技术,实时调节空调水系统流量和冷却塔风机风量,使其跟随负荷的变化而变化,降低水泵、风机能耗 30%-45% .优化空调主机运行环境，维持主机高效运行，降低主机能耗 5%-12% 。 系统整体节能效果15-25%,设备供应商承诺最低节能效果20%以上. 经济效益分析: 1: 直接经济效益: 以一台45KW、30KW冷冻泵和一台45KW、22KW冷却泵为例:(不含主机功率)中央空调负载（日均用电时间为18小时）,每年用电天数300天,年消耗电量(以全年按一套中央空调运行计算):冷冻：45*18*300*(0.86-功率因素)=208980(度) 30*18*300*(0.86-功率因素)=139320(度)冷却：45*18*300*(0.86-功率因素)=208980(度) 22*18*300*(0.86-功率因素)=102168(度)全年总用电量=659448(度)安装中央空调系统控制节能控制设备后，以保守节电率30%-45%计，因中央空调负载负载较轻,(冷冻水进出水温度差1-4 度),以30%的节电效果计算,每年可节省电量659448(度)X30% 197834度左右，按照综合电费数据为1 元/度，则理论上年节约电费197834元。凡是1220个月收回投资都属于正常且合理的投资。 2: 间接经济效益，不仅节约电能，同时在以下几方面带来较大的效益： 1) 由于总电流下降20%，整个用电系统温度大幅度降低，设备故障率下降，提高设备和开关触点的使用寿命数倍，减少设备维修费用和设备的更新成本； 2) 由于采取了有效的节电措施后，不仅节约了电能，同时变压器减轻容量，保证了变压器安全运行，同时为新增用电设备提供了空间； 第九章 施工质量,施工安全保证措施1. 技术、质量保证措施开工前施工技术负责人组织施工人员对重要及特殊部位做详细交底，并进行 图纸会审。 1.2 各分项工程施工前，专业工程师向施工人员提出书面交底，对质量技术、安全、消防、质量保证措施及成品保护等提出具体要求 1.3 搞好隐检、预检工作，由工程师组织，并作好记录 1.4 工程施工中的变更，洽商，随时记录 2 材料质量保证措施：1把好电气材料质量关，进场材料要进行验收。 2.2导线检查：导线规格型号符合设计要求及国家规范，并有合格证及长城安全认证标志。 2.3配电箱(柜)检查：外观良好，无机械损伤、变形、油漆剥落、箱(柜)内闸具导线规格型号及参数符合设计要求及国家标准。 3.电气设备试运行及负荷运行要求3.1所有电气设备安装完毕，须经测试线路绝缘电阻在符合要求后方可临时通电试运行。 3.2通电试通行24小时后，导线、配电装置应无异常，开关灵敏，各电设备接线正确，符合设计要求。调试过程中由电气工程师负责详细记录情况和技术数据，以备分析情况及积累技术资料 4. 安全、消防保证措施严格执行电气技术操作规程、电气安全操作规程、电气岗位责任制、消防制度等。5节能改造技术方案设计依据 用户需求、工艺布置图以及现场施工安装条件等 公共建筑节能设计标准（GB 50189-2005）采暖通风与空气调节设计规范（GB 50019-2003） 室内空气质量标准（GB/T 18883-2002） 建筑节能工程施工质量验收规范（GB50411-2007） 节能产品政府采购实施意见（财库2004185号） 通风与空调工程施工质量验收规范（GB50234-2002） 建筑工程施工质量验收统一标准（GB50300-2001） 建筑电气工程施工质量验收规范（GB50303-2002） 第十章 变频器抗干扰措施10.1 方案综述谐波的传播途径是传导和辐射，解决传导干扰主要是对通过电路传导的高频电流进行滤波或者隔离；解决辐射干扰就是对辐射源或被干扰的线路进行屏蔽。因此我公司采用的方法如下：1）变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器，切断谐波电流；2）在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，或安装谐波滤波器，滤波器的组成必须是LC型，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的；3）电动机和变频器之间的电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，并与其他弱电信号在不同的电缆沟分别敷设，避免辐射干扰；4）信号线采用屏蔽线，且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离（至少20 cm 以上），切断辐射干扰；5）变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电气设备的地线必须与变频器配线分开，使用短线，这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。10.2变频器与选配件的连接安装图图一 采取抗干扰措施的变频器与选配件的连接10.3 具体措施及说明1. 配置直流电抗器，可以抑制线路的高次谐波，同时保护变频器，提高功率因素。2. 当电网波形畸变严重，或变频器在配置直流电抗器后，变频器和电源之间高次谐波的相互影响还不能满足要求是，增配交流输入电抗器，交流输入电抗器还可以提高变频器输入侧的功率因素。3. 当变频器到电动机的连线超过80米时，还可以安装可抑制高频振