中央空调节能改造方案

一 一 前言前言 中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一 电能的消耗非常大 约占 建筑物总电能消耗的 50 由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计 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 几乎绝大部分时间负载 都在 70 以下运行 二 存在问题二 存在问题 由于在中央空调系统使用期间 每一天的天气状况不同和使用状况的不同 所以每天所要 求的冷却水和冷冻水的流量要求是不同的 如制冷量仅为其额定负荷的 80 时 冷却水流 量仅需其额定流量的 80 冷冻水流量仅需其额定流量的 80 而依照建筑设计来说 选用空调系统都是按当地最热天气时的最大制冷量来选取择机型的 而根据一年当中空调 机组运行状态进行分析 其中 90 的运行时间处于非满负荷运行状态 而冷却水泵 冷冻 水泵在此 90 的时间内仍处于是 100 的满负荷运行状态 冷却水泵 冷冻水泵 长期限处于满负荷运行状态 在空调机组非满负荷运行状态时 电 机作了大量的无用功 造成了大量电能的浪费 三 三 改造措施及原理效果分析改造措施及原理效果分析 一 系统组成 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 在各个房间内进行热交换 带走房间内的热量 使房间内的温度下降 2 冷却水循环系统 由冷却泵 冷却水管道及冷却塔组成 冷冻机组进行热交换使水温冷 却的同时 必将释放大量的热量 该热量被冷却水吸收 使冷却水温度升高 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行热交换 然后再将降了温的冷却水 送回到冷冻机组 如此不断循环 带走冷冻机组内释放的热量 二 解决措施 1 循环系统 采用 REGIN 节能控制系统 根据冷却水系统和冷冻水系统的供回水温度进行采样和控制 通过变频器对循环泵系统进行控制 调整各泵电机的工作状态 主要是转速 保证各电 机以最小功率输出 精确地进行温度控制 延长循环水系统的寿命 并大幅度地节约电能 另外 即使变频控制回路发生故障 REGIN 节能控制系统的变频 工频切换功能也可将机 组切换到工频工作 以确保设备正常工作的需要 2 控制逻辑 1 冷冻水泵水泵智能控制柜 冷却水泵水泵智能控制柜 采暖循环水泵智能控制柜冷却 塔风机智能控制箱 现场模糊控制箱 水力平衡控制系统运行参量采集设备以及系统软件 组成 冷却水循环系统的回水与出水温度之差 反应了需要进行交换的热量多少 根据回 水和出水温度差 控制循环水的速度来控制热交换的冷却 在满足需要的前提下 达到节 电的目的 温差大说明冷却机组产生的热量大 应降低回水和出水温度差 通过加快控制 循环水的速度来控制热交换的速度 加速冷却水的降温 温差小 说明冷却机组产生的热 量小 可降低冷却泵的循环速度 温度控制器将传感器检测到的温差信号同设定温差比较 后控制变频器调整电机的转速 2 冷冻循环系统 见冷却部分不再重复 3 根据贵单位中央空调系统的实际情况以及对本系统改造的要求 在制冷主机制冷负荷 不足 100 时 本系统根据冷却 冷冻出水和回水的温度差 动态地调整泵电机转速 并 以最小的电能向制冷主机提供所需的水流量 三 节电原理分析 1 节电原理 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 根据上述原理可知 改变水泵的转速就可改变水泵的输出功率 例如 将供电频率由 50Hz 降为 45Hz 则 P45 P50 453 503 0 729 即 P45 0 729P50 P 为电机轴功率 将供电 频率由 50Hz 降为 40Hz 则 P40 P50 403 503 0 512 即 P40 0 512P50 P 为电机轴功率 2 冷冻 冷却循环节电原理 现定性的分析一下冷冻 冷却循环系统节电的原理 现假设某循环水泵改为变频控制 平 均流量为原来的 0 8 现分析节电情况 节电率 W 原来 W 节电 W 原来 100 1 W 节电 W 原来 100 W P T P Q H Q K 1 n H K 2 n2 P K 1 K 2 n3 K 0 n3 T 节电 T 原来 节电率 1 P 节电 P 原来 100 1 n 节电 n 原来 3 100 1 0 8 3 100 48 8 49 注 W 功 即水泵所消耗电量 P 功率 T 时间 Q 流量 H 扬程 n 转速 K 1 系数 K 2 系数 K 0 系数 四 效果分析 1 原机组的电机起动时会出现较大的冲击电流 采用节能系统控制后 可以使电机起动 时电流平缓上升 没有任何冲击 另外 大功率电机停机时会产生很大的反生冲击电流 对设备造成一定程度的损害 采用变频控制后 可使电机实现软停 避免反生电流造成的 危害 有利于延长设备的使用寿命 2 本节能控制系统系统采用瑞典 REGIN 瑞晶的节能系统设备 结合硬件操作的无差别软 件识别 无需再配置冷冻水泵 冷却水泵 冷却塔风机 阀们控制箱等控制设备 3 节约贵单位机房工人劳动强度 由于自动化水平较高 无需配置针对中央空调机房的 楼控系统 节能系统可实现中央空调系统的现代化计算机控制 达到无人值守效果 实现 中央空调系统自动高效节能运行 并可方便与楼控系统无缝联接 4 采用 REGIN 瑞晶节能控制系统后 可根据温度传感器反馈回来的温度信号控制水的循 环速度 从而进行准确的温度控制 无需另行安装水力平衡系统 可实现空调冷媒流量跟 随负荷的变化而动态调节 5 循环水系统用阀门来调整水的循环速度 当阀门关小时 循环水循环时阻力增加 浪 费了大量的电能 采用了变频控制系统后 可将阀门全部打开 通过调整电机的转速来调 整水的循环速度 节省了大量的电能 6 以大大减小电机运行时的噪音 并节约运行时的蒸汽量 由以上内容可以看出 用节能系统进行流量 风量 控制时 可节约大量电能 冷冻 冷 却循环系统在设计时是按现场最大需求量来考虑的 其水泵按单台设备的最大工况来考虑 的 在实际使用中有 95 以上的时间循环泵都工作在非满载状态下 采用阀门调节不仅 增大了系统循环压力和节流损失 而且由于对循环的调节是阶段性的 造成整个供暖系统 工作在波动状态 而在安装变频控制系统则可一劳永逸地解决该问题 还可实现自动控制 并通过节能收回投资 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 延长机组及管网的使用寿命 7 节能效果显著 整个机组系统节能在 28 以上 项目案例分析 项目案例分析 中央空调系统使用及节能改造建议分析中央空调系统使用及节能改造建议分析 一 一 系统概况 图纸为依据 系统概况 图纸为依据 XXX 空调系统主机更换为直燃型溴化锂吸收式冷热水机 直燃机 三台 因不同的用途分 为两个系统 直燃机 1 和直燃机 2 直燃机 1 系统设备构成情况 直燃机 1 2620KW 台 共 2 台 冷冻水泵 37KW 台 共 4 台 软启动器减压启动 冷却水泵 55KW 台 共 4 台 软启动器减压启动 冷却塔 共 4 个 冷却塔风扇 7 5KW 台 共 8 台 每个冷却塔 2 个风扇 电动阀门 370W 380V 12 主机冷水和冷却水进口各一个 每个冷却塔进出口各一个 冷温水系统组成 单台主机对应 2 台冷冻水泵 末端共用 冷却水系统组成 单台主机可对应任意 2 台冷却水泵 1 台冷却水泵对应 1 个冷却塔 该 冷却塔 2 个风扇在负荷变化时启停变换 系统运行基本要求 开单台主机必须开 2 台冷冻水泵 2 台冷却水泵 2 个冷却塔 以及 相应的冷冻水电动阀门和冷却水电动阀门 并且启动顺序满足主机启动要求 直燃机 2 810KW 台 共 1 台 冷冻水泵 22KW 台 共 1 台 冷却水泵 22KW 台 共 1 台 冷却塔 共 1 个 冷却塔风扇 3KW 台 共 2 台 冷温水系统 1 台主机对应 1 台冷冻水泵 1 套末端 冷却水系统 1 台主机对应 1 台冷却水泵 1 台冷却水泵对应 1 台冷却塔 系统运行基本要求 需按单台直燃机启动要求顺序启动设备 二 系统使用分析二 系统使用分析 直燃机系统启动顺序 以制冷为例 冷温水泵 冷温水电动阀 冷却水泵 冷却水电动阀 冷却塔进口电动阀 冷却塔出口电动阀 直燃机 冷却塔风扇停机顺序为后开先停 手动控制方式 1 在手动控制时 需人工按上述启动顺序手动启动各设备 各电动阀要严格对应相 应的直燃机 并严格控制好各设备间的启动间隔时间 直燃机的工作特性要求 在发出水 泵启动指令前不能检测出水流量 在水泵启动指令发出后的一定时间内务必检测到水流量 否则直燃机启动失败 需 2 3 个操作人员每日协同操作 2 现有冷却塔风扇的启停不受冷却塔出口温度控制 即使在冷却塔出口温度很低的时 候 冷却塔风扇还将继续工作 除非操作员手动停风扇 冷却塔出口温度过低 会使直 燃机保护性停机 甚至会引起直燃机结晶 冷剂污染 冻管等严重故障 这些都必需专人 职守 机组运行期间不间断监控操作 为了系统本身的安全 可靠 节能 对操作人员要 求很高 3 手动控制无法固化规范操作 随意的操作亦会带来巨大的能源浪费 且各设备也无 法均损耗运行 自动控制方式 1 一键启停中央空调系统 系统使用中可能出现的多种工作状态完全自动控制实现 减少操作人员同时 也降低对人员的要求 规避了人工操作带来的系统风险 2 在负荷变化和温湿度变化的情况下 平稳控制冷却水系统回水温度 冷却塔风扇的 启停受冷却塔出口温度控制 以保证直燃机运行的稳定 3 在直燃机系统中 冷却水流量可在 50 100 间调节 通过自动加减冷却水泵配合 变频控制 使冷却水流量随空调负荷的变化而变化 从而实现显著节能的目的 4 在集控系统上显示各设备的状态 运行参数 故障 报警和运行记录 便于维护和 保养 5 预留楼宇监控接口 方便监管部门监管 以太网 MODBUS 或 PROFIBUS 任选 在直燃机 1 系统中 多台直燃机对应多台冷水泵 多台冷却水泵 多座冷却塔组 每个冷 却塔有多个风扇 和多台电动阀 多对多系统优势是各相同用途设备互为备用 这样能使 单个设备故障对整个系统运行的影响降到最低 但也给启动和停止机器带来了问题 尤其 是单机切换多机和多机切换单机 若不能及时开关并联口的阀门很容易带来浪费能源或者 启动主机失败等问题 冷却塔 冷却水泵 冷温水泵 直燃机可以通过多种组合方式来实 现运行 系统支持设备实现均匀损耗 在以后的大修及设备更换中更方便用户自身的管理 和施工 但这种系统优势的体现 无法靠人工操作达到 需要把这些复杂的运行工况固化 后 用自动化控制来实现 三 节能投资分析三 节能投资分析 除了系统本身通过集中控制减少人员配备 并确保设备安全使用 在中山门空调系统中 水泵有着很大节能空间的 在一年中不同的季节 以及每天从早到晚 空调的负荷不断变 化 空调主机可以根据负载变化自动加载 减载 水流量却不能随主机匹配调节 大部分 时间工作在大流量小温差的状态 极大的浪费能源 可以利用变频技术改变水流量达到节 能降耗的目的 由流体力学原理可知 流量与转速的一次方成正比 压力与转速的平方成正比 轴功率与 转速的三次方成正比 可知 当转速降低时 流量与转速同比例降低 但轴功率却以转速的 三次方形式降低 当一个 100KW 轴功率水泵转速下降 20 时 它的流量也下降 20 但 轴功率却下降为 1 20 100KW 51 2KW 节电率是 48 8 以下是输出轴功率 100KW 的水泵或风机在各转速情况下能耗及节电情况 在中央空调系统中 水泵的功率是根据最大负荷来选择的 在使用中 水流量根据空调负 荷的变化而进行变频调节 从而达到节能的目的 以上是通过计算得到的理论值 我们看 到当水泵的流量下降到 50 时候 理论节能能够达到 87 5 在实际应用中因为电机效率 和空调负荷变化情况等原因 中央空调系统中水泵的综合节能率在 55 左右 本项目中 项目性质超市卖场 以一年间制冷季 6 个月 约 180 天 每天 12 小时计 年制冷时间为 180 12 2160 小时 当操作人员严格操作规程 商业电费以 1 元 度计算 以直燃机 1 系统中单台直燃机供冷情况计算 各泵组在运行时间内能耗及费用情况 冷却水泵能耗情况 冷冻水泵能耗情况 人工操作非变频状态 单台冷却水泵费用 2160 55 118800 元 单台冷冻水泵费用 2160 37 79920 元 每天直燃机运行时需要 2 台冷却水泵和 2 台冷冻水泵 合计 118800 2 79920 2 216000 159840 375840 元 自动加减泵配合变频状态 以每年极限 20 满负荷小时 其它时间则按综合节能计算 冷却水泵费用 2160 20 55 2160 80 55 1 55 66528 元 台 冷冻水泵费用 2160 20 37 2160 80 37 1 55 44755 元 台 合计 66528 2 44755 2 133056 89510 222566 元 单台直燃机泵系统每年制冷期间可节省费用 375840 222566 153274 元 制热时冷却水不运行 但温水泵节能空间与制冷时类同 在此不再列出 此外冷却塔风扇功率较小但节能情况与泵相同 在此不再列出 单泵对单机的系统可以减少泵组效率降低带来的能源浪费 系统长期使用也可以考虑更换 泵 但这需要对管路系统作出相应改造 并另外购买合适的泵 这部分除了投资 还需要 涉及系统本身所在空间问题等 在此不作细致分析 直燃机 2 系统泵的节能空间不再赘述 可见在这个系统中节能空间是巨大的 目前系统中水泵厂家做的水泵控制柜是通用型的基本设计 仅仅是对水泵减压启动和停止 并无节能功效 是整个中央空调系统自动化控制组成部分 但要把各个设备和这些控制柜 集中联动起来 才能真正优化系统 进而达到变频节能的效果 建议在直燃机 1 2 系统 中可以补充一些控制和节能设备 投资通常在 2 3 年左右即可收回 而且对系统以后的安 全 低成本运行更有利 延长设备使用寿命的同时 节能降耗 杭州黄工 地源热泵空调与常规空调技术特点 投资 运行费用 经济性分析一览表 1 万平方米建筑配置 冷热负荷分别为 100W 平方米 项目地源热泵空调 溴化锂吸 收式直燃 机组 水冷机组 燃油 气 热水锅炉 水冷机 组 电 热锅炉 水源热 泵空调 煤炭锅 炉 风冷热 泵 占地面积 机房占地面 积小 设置 灵活 可设 在地下室或 楼梯间 机房占用 建筑面积 较大 冷 却塔占用 屋顶面积 储油设备 需要占地 面积 需冷冻站和锅炉房 冷却塔占用屋顶面积 储油设备需占地面积 需冷冻 锅炉房 冷却塔 占用屋 顶面积 需较大 电负荷 机房占 地面积 较大 需消耗 较多地 下水资 源和污 染地下 水资源 占地面 积大 不能制 冷 需 要煤场 和渣场 占地面 积小 需要很 大电负 荷 制 冷效果 受气候 影响有 时不能 制热 占地面积比例分 配 1221 51 23 50 6 设备寿命20 25 年7 10 年 冷水机组 20 年 燃油 锅炉 7 10 年 冷水机 组 20 年 电 锅炉 15 年 15 20 年7 10 年7 10 年 年均维修维护成 本 100 元3000 元1500 元 1500 元 2000 元 2000 元 以上 50 元 水资源消耗 只利用地下 的热量 不 消耗 不污 染水资源 冷却水循 环量的 2 冬季 供热的排 污补水 冷却水循环量的 2 冬季锅炉的排污补水 冷却水 循环量 的 2 冬季锅 炉的排 污补水 消耗 污染地 下水资 源 有 的地区 难以回 灌 消耗一 定的排 污补水 不消耗 水 驱动能源 电能能源利 用系数为 5 61 7396 燃油或燃 气能源利 用系数为 80 夏季电能利用系数为 3 5 3 8 冬季燃油或燃 气 80 夏季电 能利用 系数为 3 5 3 8 冬季 90 电能的 利用系 数为 3 8 4 5 能源利 用率为 60 电能利 用率为 夏季 2 2 6 冬 季利用 系数为 2 以下 人员管理 实现无人职 守或 1 人 日 3 人 日3 人 日3 人 日1 人 日6 人 日 无人职 守或 1 人 日 环境指标无污染 有燃烧污 染 有一 定的噪音 和水霉菌 污染 冷 却塔 产 生城市热 岛效应 有燃烧污染 有一定 的噪音和水霉菌污染 冷却塔 产生城市 热岛效应 无燃烧 污染 有一定 的噪音 和水霉 菌污染 冷却 塔 产 生城市 热岛效 应 对水体 有一定 的污染 运行 过程中 加阻垢 剂 有燃烧 污染 煤场 粉尘的 污染和 污渣污 染 噪 音污染 产生热 岛效应 运行安全方面 没有危险 安全监控全 智能化 需 要一套人员 即可管理 机房需设 置自动安 全报警系 统和灭火 系统 需 较多人员 值班管理 需要设置两套机组和 人员 运行和维护复 杂 锅炉需要设置自 动安全报警系统 需要设 置两套 机组和 人员 运行和 维护复 杂 需要水 井经常 维护 如果淤 井需洗 井 需 不断在 运行中 加阻垢 剂 需较多 的运行 人员轮 班 运 煤 除 渣等 没有危 险 管 理人员 少 140909070 80制冷机 组 70 17 油 30 气 24 40 附设设 备 120 埋管 12 冷却 塔 10 冷却塔 10 冷 却塔 20 井 水 辅助设 备 4015 224 320 225 机房土 建 1015202010308 设备安 装 100483050100155 管网30354040355025