浅谈中央空调系统的优化设计.doc

浅谈中央空调系统的优化设计 摘要：中央空调系统设计的合理与否，直接影响到投资运行的成本。本文主要对中央空调系统中水泵的节能进行改造及效益分析。 关键词：中央空调系统；节能改造 Abstract: the central air conditioning system design reasonable or not directly affects the cost of the investment operation. This paper focuses on the central air conditioning system reform of the pump in energy saving and efficiency analysis. Keywords: the central air conditioning system; Energy saving transformation 中图分类号：TU831.3+5文献标识码：A 文章编号： 一、水系统管路的优化设计与水泵的科学选型 众所周知，一般情况下，水泵的设计点通常是泵的最佳工况点，前后有一段最佳工作高效区，水泵只有在高效区运转，才能使水泵的运行效率高、运行可靠性好。通过对很多中央空调机组中水泵使用单位的广泛调研，发现这种系统管路与泵特性不相匹配的现象十分突出。大多数是因为当初系统设计者，没能优化设计水系统的管路，也有是因为安全余量选的过大，使得水泵选型时选得过大，使得水泵不能在其高效区运转，水泵的实际运转运转效率远低于水泵的最高效率，造成着大马拉小车的现象。这种现象不仅仅只会在以前的水系统设计中出现，今后在此类水系统管路设计中可能还会出现。 通过调研发现，有的不合理的系统设计中的能量浪费多达40，有的甚至更多，少的也有20左右。如此是一个多么巨大的能量浪费。因此，中央空调系统中水系统管路的优化设计与水泵的科学选型对水泵的节能运行起到至关重要的作用。 二、工频工况下运行的水泵的节能改造分析 我国有很多已经投入使用的中央空调系统中的水泵都是采用的工频水泵，造成能量不必要的浪费。下面为苏州固锝电子股份公司中央空调系统中水泵的节能改造情况分析： （1）原系统简介 某公司是一家专业生产硅整流二极管的生产企业，常年24运行，由于生产设备的发热量比较大，且生产环境对温度的要求比较高，所以冷水机组常年运行，即便在冬季也是制冷状况运行。公司有3套中央空调冷冻水系统，其主要设备有：系统一（7楼）：700冷气主机台，型号为200麦克维尔冷水机组，备用机型号为100麦克维尔冷水机组一台，冷却水泵台，扬程28米，配用 功 率15，冷 水 泵 有台，扬 程32米，配 用 功 率15。系统 二 （）：754冷 气 主 机台，型 号 为220天加冷水机组，冷却水泵台，扬程28米，配用功率22，冷水泵有台，扬程32米，配用功率18.5。系统 三 （6楼 ）：920冷 气 主 机台，型 号 为2805冷水机组，冷却水泵台，扬程28米，配用功率22，冷水泵有台，扬程32米，配用功率18.5。 （）原系统运行中存在的水泵节能问题 由于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1020左右的设计余量。其中螺杆冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载来实现冷量平衡，而冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调节。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，特别是在负荷较轻的冬季尤为突出，造成了能量的极大浪费。 为了解决以上问题，公司利用变频器、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、冷却水泵进行改造，以节约电能。 （3）节能改造的可行性分析 由流体传输设备水泵的工作原理可知：水泵的流量与其转速成正比；水泵的压力（扬程）与其转速的平方成正比，而水泵的轴功率等于流量与压力的乘积，故水泵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）。 根据上述原理可知：降低水泵的转速，水泵的功率可以下降得更多。用变频器进行流量控制时，可节约大量电能。中央空调系统中的冷却泵，冷冻泵，在实际使用中有90多的时间都工作在非满载状态下。而用阀门、自动阀调节不仅增大了系统节流损失，而且由于对空调的调节是阶段性的，造成整个空调系统工作在波动状态，而通过在冷却泵、冷冻泵上加装变频器则可一劳永逸地解决该问题，还可实现自动控制，并可通过变频节能收回投资。同时变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对系统的平稳调节，使系统工作状态稳定，并延长机组及网管的使用寿命。因此，随热负荷而改变水量的变流量空调水系统显示了巨大的优越性，因而得到越来越广泛的应用，采用变频器调节泵的转速，可以方便地调节水的流量，根据负荷变化的反馈信号经调节与变频器组成闭环控制系统，使泵的转速随负荷变化，这样就可以实现节能，其节能率通常都在20以上。改造的节电率与用户的使用情况密切相关，一般情况下，春、秋两季运行节电率较高，可达40以上，夏季由于利用率相对较高，可节省的空间有限，一般在20左右。以下是分析过程： 改造原理简介。在中央空调系统设计中，设计者为保证自己方案的有效性，冷冻泵、冷却泵的装机容量是取系统最大负荷再增加1020余量作为设计保险系数。根据统计，中央空调系统中冷冻水、冷却水循环用电约占中央空调总用电的20左右，实施对冷冻水和冷却水循环系统的能量自动控制是中央空调系统节能改造的重要组成部分。 水泵的转速调节。根据交流电动机工作原理中的转速关系： 60（） 式中： 电机转速； 电源频率； 电机极对数； 电机转差率。 由上式可见，调节转速有 种方法，改变频率、改变电机磁极对数、改变转差率。在以上调速方法中，变频调速性能最好，调速范围大，静态稳定性好，运行效率高。因此改变频率而改变转速的方法最方便有效。 （4）节能改造的具体方案 电路的控制设计以及安装。根据具体情况，同时考虑到成本控制，原有的电器设备尽可能的利用。在原有的冷冻水泵及冷却水泵回路中串入变频器（包含数摸转换和温度模块），在冷冻水及冷却水供回水管道上安装温度传感器。 功能控制方式。开机：开启冷冻水及冷却水泵，由控制冷水及冷却水泵的启停，由冷冻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、温度传感器、温度模块组成的温差闭环控制电路对水泵进行调速以控制工作流量。 停机：关闭制冷机，冷冻水及冷却水泵延时十分钟后自动关闭。 保护：由压力传感器控制冷冻水及冷却水的缺水保护。 （5）变频节能示意图及改造原理分析 变频节能示意图（见图所示） 对冷冻泵进行变频改造。 图 变频节能示意图 控制原理说明如下： PLC控制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控制器内存，并计算出温差值；然后根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的频率，以控制电机转速，调节出水的流量，控制热交换的速度；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，则说明室内温度低，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。 对冷却泵进行变频改造。 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行不断循环的。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，则说明，冷冻机负荷小，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。 （6）开机调试注意事项 整改设备安装完毕后，设定变频器参数，检查电器部分并逐级通电调试。 投入试运行时，人为地减少负荷，观察流量是否因频率的降低而减小，并找到制冷机报警时的最低变频器频率，以及流量降低后管道末端的循环情况，使变频器工作在一个最低的稳定工作点。 用温度计及时检测各点温度，以便检验温度传感器的精确度及校验各工况状态。 （7）技术改造后的运行效果比较 节能效果及投资回报 进行技术改造后，系统的实际节电率与负荷状态、天气温度变化等因素有一定关系。根据以往运行参数的统计与改造后的节能预测，平均节能应在以上。经济效益十分显著，设备投资万元，改造后投入个月即可收回成本，以后每年可为公司节约用电约万元。详见表所示。（以每度电费为元计算） 对系统的正面影响 a.由于冷冻泵、冷却泵采用了变频器软启停，消除了原来启动时大电流对电网的冲击，用电环境得到了改善； b.消除了启停水泵产生的水锤现象对管道、阀门、压力表等的损害，消除了原来直接启停水泵造成的机械冲击，电机及水泵的轴承、轴封等机械磨擦大大减少，机械部件的使用寿命得到延长； c.由于水泵大多数时间运行在额定转速以下，电机的噪声、温升及震动都大大减少，电气故障也比原来降低，电机使用寿命也相应延长； b.由于采用了温差闭环变频调速，提高了冷冻机组的工作效率，提高了自动化水平。减少了人为因数的影响，大大优化了系统的运行环境、运行质量。 表水泵节能改造前后的用电量比较 三、结束语 通过前面的分析得知，对于新建的中央空调系统